Sb(III) 酸化と隔離を同時に行う二重機能電気活性フィルタ
Summary
カーボンナノチューブとチタン酸ナノワイヤーからなる二重機能電気活性フィルタの合理的な設計のためのプロトコルが報告され、Sb(III)酸化と隔離に向けた環境応用が提示される。
Abstract
チタン酸ナノワイヤーとカーボンナノチューブの2つの1次元材料からなる二重機能電気化学フィルターを合成するファシリティ法を設計しました。ハイブリッドチタン酸CNTフィルタは、濾過後経路と結合した超音波処理によって調製した。露出した吸着部位の増加の相乗効果により、電気化学的反応性、流れ抜け設計と相まってチタン酸CNTネットワークの小さな細孔サイズ、同時Sb(III)酸化および隔離が容易に可能達成。原子蛍光分光計技術は、応用電界がSb(III)変換速度を加速し、得られたSb(V)がSb特異性のためにチタン酸ナノワイヤーによって効果的に吸着されたことを実証した。このプロトコルは、非常に有毒なSb(III)および他の同様の重金属イオンの除去のための実用的な解決を提供する。
Introduction
近年、新たなアンチモン(Sb)による環境汚染が注目されている1、2.広範な研究は、Sb化合物がヒトおよび微生物に高い毒性を有することを示すが、環境3、4に低濃度で存在する。さらに悪いことに、従来の物理化学的または生物学的方法は、通常、その低濃度および高毒性5のためにこれらの新たな汚染物質を除去するのに効果的ではない。Sbの最も豊富な種はSb(V)とSb(III)であり、そのうち後者の形態はより毒性が高い。
現在入手可能な治療法の中でも、吸着は、その高効率、低コスト、および簡便性6、7に起因する有望かつ実現可能な代替であると考えられている。これまで、TiO 2 8、MnO29、チタン酸10、ゼロバレント鉄11、酸化鉄および他の二項金属酸化物12、13などの、調整性微細構造を有するいくつかのナノスケール吸着剤が開発されてきた。ナノスケール吸着剤を扱う際の一般的な問題は、粒子サイズが小さいための分離後の問題です。この問題に対処する 1 つの戦略は、マクロ/マイクロスケールサポート14にこれらのナノソルベントをロードすることです。吸着技術の広範な適用を制限するもう一つの挑戦的な問題は、標的化合物/分子15の限られた濃度によって引き起こされる貧しい大量輸送である。この問題は、膜設計を採用することによって部分的に対処することができ、条約は、質量輸送を大幅に強化することができる。最近の取り組みは、効果的なSb(III)除去のための単一の単位で吸着と酸化を組み合わせた高度な治療システムの開発に注力されています。ここでは、電気活性チタン酸カーボンナノチューブ(チタン酸-CNT)フィルタが合理的に設計され、同時に毒性Sb(III)の吸着および隔離に適用された方法を示す。チタン酸負荷量、印加電圧、流量を微調整することで、Sb(III)酸化速度と隔離効率をいかに応じて調整できるかを実証します。このプロトコルには電気活性フィルタの製造と応用が示されていますが、他の重金属イオンの処理にも同様の設計が適用できます。
製造プロセスおよび試薬のわずかな変化は、最終システムの形態および性能に大きな変化を引き起こす可能性がある。例えば、熱水時間、温度、化学純度は、これらのナノスケール吸着剤の微細構造に影響を与することが示されている。吸入液の流量は、フロースルーシステム内の滞留時間とターゲット化合物の除去効率も決定します。これらの主要な影響を与えるパラメータの明確な同定により、再現可能な合成プロトコルを確保し、Sb(III)の安定した除去効率を達成することができる。このプロトコルは、二重機能ハイブリッドフィルタの製造に関する詳細な経験を提供するだけでなく、フロースルーの方法で有毒な重金属イオンの除去に向けたアプリケーションを提供することを目的としています。
Protocol
Representative Results
Discussion
この技術の鍵は、高いSB特異性を有する電気活性導電性および多孔質ハイブリッドフィルタを製造することです。これを行うには、製造プロセスに特別な注意を払う必要があります。チタン酸ナノワイヤの量は、フィルタの電気伝導度と表面積の間の「トレードオフ」効果のために正確に制御する必要があります。
また、適切な印加電圧が必要なことも留意すべきである…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この作品は、中国・上海自然科学財団(第18ZR1401000)、上海浦江プログラム(第18PJ1400400)、中国国家主要研究開発プログラム(No. 2018YFF0215703)によって支援されました。
Materials
| Atomic fluorescence spectrometer | Ruili Co., Ltd | ||
| Carbon nanotubes (CNT) | TimesNano Co., Ltd | ||
| DC power supply | Dahua Co., Ltd | ||
| Ethanol, 96% | Sinopharm | ||
| Hydrochloric acid, 36% | Sinopharm | Corrosive | |
| L-antimony potassium tartrate | Sigma-Aldrich | Highly toxic | |
| N-methyl-2-pyrrolidinone (NMP), 99.5% | Sinopharm | Highly toxic | |
| Potassium hydroxide, 85% | Sinopharm | Corrosive | |
| Peristaltic pump | Ismatec Co., Ltd | ||
| Titanium dioxide powders | Sinopharm |
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