Le transport des nanotubes de carbone modifiés en surface par une colonne de sol
Summary
Surface properties of a nanoparticle are important for their interaction with the surrounding medium. Therefore the surface modification of carbon nanotubes can be critical for their transport and retention through porous media. Here, lab scale column experiments are used to understand the possible transport and retention of these nanoparticles.
Abstract
Carbon nanotubes (CNTs) are widely manufactured nanoparticles, which are being utilized in a number of consumer products, such as sporting goods, electronics and biomedical applications. Due to their accelerating production and use, CNTs constitute a potential environmental risk if they are released to soil and groundwater systems. It is therefore essential to improve the current understanding of environmental fate and transport of CNTs. The transport and retention of CNTs in both natural and artificial media have been reported in literature, but the findings widely vary and are thus not conclusive. There are a number of physical and chemical parameters responsible for variation in retention and transport. In this study, a complete procedure of selected multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs) is presented starting from their surface modification to a complete set of laboratory column experiments at critical physical and chemical scenarios. Results indicate that the stability of the commercially available MWCNTs are critical with their attached surface functional group which can also influence the transport and retention of MWCNT through the surrounding medium.
Introduction
Avec le développement récent dans les nanotechnologies qui utilise différents types de nanoparticules pour améliorer un certain nombre de technologies dans des secteurs comme la technologie de l'information, l'énergie, les sciences environnementales, la médecine, la sécurité intérieure, la sécurité alimentaire, et le transport; une compréhension approfondie du transport et la rétention des nanoparticules dans le sol et les eaux souterraines est essentiel pour l'évaluation des risques ainsi que des applications environnementales des nanoparticules manufacturées 1-3. Les nanotubes de carbone (NTC) sont une des nanoparticules à base de carbone produites plus 2,4. NTC sont la forme longue et cylindrique de graphène avec un diamètre généralement inférieur à 100 nm et une longueur dans la plage de 100 nm à 50 um. Ils ont des propriétés uniques, qui ont accéléré leur utilisation dans de nombreuses applications, telles que l'électronique, l'optique, les cosmétiques et la technologie biomédicale (par exemple, les matériaux composites) 5. Avec l'utilisation accrue, il ya aussi une augmentation de la rISK à l'exposition humaine et les effets sur la santé ainsi que des conséquences écologiques indésirables suivants CNT et d'autres nanomatériaux à base de carbone disposition pour l'environnement 5-8.
En l'absence de modifications de surface (non fonctionnalisés), les NTC sont extrêmement hydrophobe et ont tendance à se agréger dans une solution aqueuse. NTC fonctionnalisés peuvent, cependant, restent dispersées et stable dans des solutions aqueuses et sont utilisés à des fins biomédicales telles que la livraison de drogue 9. Ici, il est essentiel que les NTC restent dispersées et mobilisés, de sorte que le médicament peut être délivré dans le corps humain 10. D'autre part, à réduire les risques environnementaux, il ya un besoin pour des études portant sur la façon d'immobiliser les NTC afin d'éviter leur entrée dans les aquifères et des ressources d'eau potable 11. Des études récentes ont signalé l'effet toxique de NTC sur les organismes vivants et aussi des risques pour les écosystèmes en termes de NTC qui entrent et qui se accumulent dans les chaînes alimentaires, carNTC sont difficiles à biodégrader 5,8. Même avec les systèmes de barrière dans les décharges contenant des nanotubes de carbone, il peut être possible pour les CNT à passer à travers les barrières. Dans de tels cas NTC pourraient entrer en réservoirs d'eau souterraine et les masses d'eau de surface. Comme les règlements d'élimination de la CNT ne sont pas bien définis et des mécanismes de transport sont mal compris, une meilleure compréhension de la mobilité des NTC est nécessaire de formuler et de conception de systèmes d'élimination appropriée 12. Par conséquent, il est important d'étudier et de comprendre le devenir et le transport des NTC dans les milieux poreux et l'effet de facteurs physiques et chimiques couramment présents dans l'environnement souterrain sur la surface modifiée rétention CNT.
Un certain nombre de recherches ont été menées sur l'effet de la taille de grains de collecteur 13-15, débit 16, et les propriétés de surface des grains 17 sur le transport des nanoparticules dans les milieux poreux. Cependant, des enquêtes systématiques sur l'effet de solutchimie ions (tels que le pH et la force ionique) sur le dépôt possible sur les surfaces collectrices sont encore limitées 18-20. En outre, l'effet combiné de facteurs physiques, chimie de la solution du milieu, et les propriétés de surface des nanotubes de carbone ne est pas bien comprise et varie dans la littérature différente. Dans cette étude, une méthode de préparation pour la modification de surface de MWCNTs sera démontré avec une colonne en laboratoire systématique emballé avec du sable nettoyés à l'acide quartz sera utilisée pour étudier le transport, la conservation et la remobilisation de NTC à surface modifiée dans les milieux poreux saturés .
Protocol
Representative Results
Discussion
Effet de fonctionnalisation MWCNT
Comme la figure 2 confirme la stabilité de MWCNT fonctionnalisés, la différence observée dans le volume élué de MWCNT était due à fonctionnalisation et en particulier en raison de l'addition d'un groupe carboxyle (-COOH) des groupes à la surface des MWCNT (figures 3 et 4). Dans le processus de fonctionnalisation similaire, la présence d'oxygène a été confirmée par X…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors would like to acknowledge the support from the Department of Earth Sciences, Uppsala University for supporting part of this research.
Materials
| Name of Material/ Equipments | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| MWCNT | Cheap Tubes Inc., USA | sku-03040304 | Purchased as semi-functionlized powder |
| Quartz sand | Sibelco Nordic, Baskarp, Sweden | B44 | Purchased with more than 91% silica sand |
| H2SO4 | VWR | 1.01833.2500 | 95-97% purity |
| HNO3 | VWR | 1.00441.1000 | 70% purity |
| HCl | VWR | 1.00317.2500 | 37-38% purity |
| H2O2 | VWR | 23615.248 | 30% purity |
| NaCl | VWR | 1.06404.0500 | 99.5% purity |
| NaOH | Sigma-Aldrich | S8045-500G | 99.99% pur pellets |
| Ultrasonic Homogenizer | Biologics Inc. Manassas, Virginia | Model 3000, 0-127-0002 | Operated for fix time interval |
| Sonicator (bath) | Kerry Ultrasonic Ltd | 1808 | Common bath sonicator |
| Peristaltic pump | Ismantec, Glattbrugg, Switzerland | ISM931 | Work with tygon tubing in the pump |
| Spectrophotometer | Hach Lange | DR500, LPV408.99.0001 | Operate with manual cuvette as well as automated sampling |
| pH meter | Metrohm | 781 | pH analysis |
| Glass column | Chromaflex | 420830-1510 | Column with adjustable cap |
| Fraction collector | Spectrum Labs Europe | CF-2, 124846 | Fixed at regular interval of time |
| Fraction collector tubes | VWR | 212-9599 | 6 ml volume glass tube |
| Hot plate stir | Thermo Scientific | SP131320-33 | Adjustable tempurature |
| Oven | Elektro Helios | 259 | For oven dry of sand |
| Balance | Mettler Toledo | AE 160 | For accurate weight |
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