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.
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.
Med den siste utviklingen i nanoteknologi som bruker ulike typer nanopartikler for å forbedre en rekke teknologier i bransjer som informasjonsteknologi, energi, miljø, medisin, Homeland Security, mattrygghet, og transport; en grundig forståelse av transport og oppbevaring av nanopartikler i jord og grunnvann er kritisk for risikovurdering, samt miljøprodukter av konstruerte nanopartikler 1-3. Karbon nanorør (CNTs) er et av de mest produserte karbonbaserte nanopartikler 2,4. CNTs er den lange og den sylindriske form av graphene med en diameter på typisk under 100 nm og en lengde i området fra 100 nm til 50 um. De har unike egenskaper som har akselerert deres bruk i mange programmer, for eksempel elektronikk, optikk, kosmetikk, og biomedisinsk teknologi (f.eks komposittmaterialer) 5. Med økt bruk, er det også en økt rISK til human eksponering og effekt på helse, samt uheldige økologiske konsekvenser følgende CNT og andre karbon nanomaterialer disposisjon for miljøet 5-8.
Uten overflatemodifiseringer (unfunctionalized), CNTs er ekstremt hydrofobt og har en tendens til å aggregere i vandig oppløsning. Funksjon CNTs kan imidlertid forblir dispergert og stabilt i vandige oppløsninger og anvendes for biomedisinske formål, for eksempel levering av legemidler 9. Her er det vesentlig at de CNTs forblir dispergert og mobiliserte, slik at medikamentet kan leveres i kroppen 10. På den annen side, for å redusere miljørisikoen, er det behov for studier som fokuserer på hvordan å immobilisere CNTs for å unngå sin inntreden i akviferer og drikkevann ressurser 11. Nyere studier har rapportert den giftige effekten av CNTs på levende organismer og risikerer også å økosystemene i form av CNTs inn og akkumuleres i næringskjedene, sidenCNTs er vanskelig å brytes 5,8. Selv med barriere systemer i deponier inneholder CNTs, kan det være mulig for CNTs å passere gjennom barrierene. I slike tilfeller CNTs kunne inngå grunnvannsreservoarer og overflate vannforekomster. Som CNT forskrifter ikke er godt definert og transportmekanismer er dårlig forstått, er nødvendig en bedre forståelse av mobilitet av CNTs å formulere og design passende Avfallshåndtering 12. Derfor er det viktig å studere og forstå skjebnen og transport av CNTs i porøse media, og effekten av fysiske og kjemiske forhold som vanligvis er til stede i undergrunnsmiljøet på overflatemodifiserte CNT oppbevaring.
En rekke undersøkelser er blitt utført på effekten av samleren kornstørrelse 13-15, strømningshastighet 16, og overflateegenskaper kornene 17 på transport av nanopartikler i porøse medier. Imidlertid systematiske undersøkelser på effekten av solution kjemi (slik som pH og ionestyrke) på mulige avsetning på kollek overflater er fortsatt begrenset 18-20. I tillegg er den kombinerte virkningen av fysiske faktorer, oppløsningskjemi av mediet, og overflateegenskaper karbon nanorør ikke godt forstått, og varierer i forskjellig litteratur. I denne studien vil en fremstillingsmetode for overflatemodifisering av MWCNTs bli vist sammen med en systematisk laboratorie-skala kolonne pakket med syre renset kvartssand vil bli brukt til å undersøke transport, oppbevaring og re-mobilisering av overflatemodifiserte CNTs i mettede porøse media .
Effekten av MWCNT funksjon
Som figur 2 bekrefter stabiliteten av funksjon MWCNTs, den observerte forskjellen i volum av eluert MWCNT skyldtes funksjonalise og særlig på grunn av tilsetningen av carboxyl (-COOH) -grupper til overflaten av MWCNTs (figurene 3 og 4). På tilsvarende funksjonprosessen, ble tilstedeværelsen av oksygen bekreftet ved røntgen-fotoelektronspektroskopi 14. Det har vist seg tidligere at t…
The authors have nothing to disclose.
The authors would like to acknowledge the support from the Department of Earth Sciences, Uppsala University for supporting part of this research.
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 |