JoVE Journal > Engineering
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Resultados
Discussion
Declarações
Acknowledgements
Materials
Referências
Tadução automática
Engenharia

En effektiv metode for selektiv desalinering av radioaktivt jod anioner ved hjelp av gull nanopartikler-Embedded membran Filter

Published: July 13, 2018
doi:
10.3791/58105
, ,
1Advanced Radiation Technology Institute,Korea Atomic Energy Research Institute, 2Department of Chemistry,Kyungpook National University, 3Department of Radiation Biotechnology and Applied Radioisotope Science,University of Science and Technology

Summary

En effektiv metode for rask og ion-selektiv avsalting av radioaktivt jod i flere vandige løsninger er beskrevet ved hjelp av gull nanopartikler-immobilisert celluloseacetat membran filtre.

Abstract

Her viser vi en detalj protokoll for utarbeidelse av nanomaterialer-embedded sammensatt membraner og dens anvendelse til effektiv og ion-selektiv fjerning av radioaktivt iodines. Ved hjelp av citrate-stabilisert gull nanopartikler (gjennomsnittlig diameter: 13 nm) og celluloseacetat membraner, gull hydrogenion-embedded celluloseacetat membraner (Au-CAM) har lett fabrikkert. Nano-adsorbents på Au-CAM var svært stabile i nærvær av høy konsentrasjon av uorganiske salter og organiske molekyler. Iodide ioner i vandige løsninger kan raskt hentes av dette utviklet membran. Gjennom en filtrering bruker en Au-CAM som inneholder filter enhet, utmerket renseeffekt (> 99%) så vel som ion-selektiv desalinering resultatet ble oppnådd på kort tid. Videre, gitt Au-CAM god reusability uten betydelig reduksjon av sine forestillinger. Disse resultatene antydet at dagens teknologi bruker utviklet hybrid membranen blir en lovende prosess for store dekontaminering av radioaktivt jod fra flytende avfall.

Introduction

I flere tiår, har stor mengde radioaktivt flytende avfall blitt generert av medisinske institusjoner, forskningsfasiliteter og atomreaktorer. Disse forurensningene har ofte vært en følbar trussel for miljøet og menneskers helse1,2,3. Spesielt, er radioaktivt jod anerkjent som en av de mest farlige elementene fra kjernefysiske anlegg ulykker. For eksempel et miljømessig rapportere om Fukushima og Chernobyl kjernefysiske reaktoren vist at mengden utgitt radioaktivt iodines inkludert 131jeg (t1/2 = 8.02 dager) og 129jeg (t1/2 = 15.7 millioner år) til miljøet var større enn de andre Radionuklider4,5. Spesielt resulterte eksponering av disse radioisotopes i høye opptak og berikelse i menneskelige skjoldbruskkjertelen6. Videre kan utgitt radioaktivt iodines forårsake alvorlig forurensning av jord, sjøvann og grunnvann på grunn av deres høye oppløselighet i vann. Derfor mye Utbedring prosesser bruker ulike uorganiske og organisk adsorbents er gransket for å fange radioaktivt iodines i vandig avfall7,8,9,10 , 11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17 , 18 , 19 , 20. selv om omfattende innsats har vært viet for utvikling av avanserte adsorbent systemer, etablering av et dekontaminering metoden viser tilfredsstillende forestillinger under kontinuerlig i flyt tilstand var svært begrenset. Nylig rapportert vi en roman desalinering prosess viser god renseeffekt, ion-selektivitet, bærekraft og reusability ved hjelp av hybrid nano-kompositt materialer laget av gull hydrogenion (AuNPs)21,22 , 23. blant dem, gull hydrogenion-embedded celluloseacetat membraner (Au-CAM) tilrettelagt høyeffektive desalinering iodide ioner under en kontinuerlig-flow-systemet sammenlignet med de eksisterende adsorbent materialer. Videre kan hele prosedyren være ferdig på kort tid, som var en annen fordel for behandling av kjernefysisk avfall fra etter bruk i medisinske og industrielle applikasjoner. Det overordnede målet med dette manuskriptet er å gi en trinnvis protokoll for utarbeidelse av Au-CAM24. Vi viser også en rask og praktisk filtrering prosessen for ion-selektiv fange av radioaktivt jod bruker utviklet sammensatt membraner. Detaljert protokollen i denne rapporten vil tilby et nyttig program av nanomaterialer innen forskning miljølære.

Protocol

1. syntese av Citrate-stabilisert gull nanopartikler Vask en to-hals runde bunn kolbe (250 mL) og magnetic røre bar med Kongevann, en blanding av konsentrert saltsyre og konsentrert salpetersyre i forholdet 3:1-volum.FORSIKTIG: Kongevann løsningen er svært etsende og kan føre til eksplosjon eller hud brenner hvis ikke behandlet med ekstrem forsiktighet. Skyll glass grundig med deionisert vann for å fjerne gjenværende vandig syre. Legge til 120 mL chloroauric sur løsning (HAuCl<sub…

Representative Results

Vi har vist enkle metoder for fabrikasjon av Au-CAM bruker citrate-stabilisert AuNPs og celluloseacetat membran (figur 1en). Overflaten av Au-CAM ble observert av SEM som viste at nanomaterialer ble innlemmet stabilt på cellulose nanofibers (figur 2). Nanopartikler fengslet på membranen ble påført stabilt og ikke ble utgitt fra membranen av kontinuerlig vask med vandige løsninger som 1,0 M NaCl. Adsorpsjon k…

Discussion

I de senere år, har ulike utviklet nanomaterialer og membraner blitt utviklet for å fjerne farlig radioaktiv metaller og tungmetaller i vann basert på deres spesifikke funksjonalitet i adsorpsjon teknikker25,26, 27 , 28 , 29 , 30 , 31 , 32 , <…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Dette arbeidet ble støttet av forskningsstipend fra National Research Foundation av Korea (gi nummer: 2017M2A2A6A01070858).

Materials

Hydrochloric acid DUKSAN 1129
Nitric acid  JUNSEI 37335-1250
Chloroautic chloride trihydrate (HAuCl4·3H2O) Sigma Aldrich 254169
Sodium citrate tribasic dihydrate Sigma Aldrich 71402
[125I]NaI  Perkin-Elmer NEZ033A010MC
Sodium chloride Sigma Aldrich S9888
Sodium iodide Sigma Aldrich 383112
Sodium hydroxide Sigma Aldrich S5881
Lithium L-lactate Sigma Aldrich L2250 Synthetic urine
Citric acid Sigma Aldrich C1909 Synthetic urine
Sodium hydrogen carbonate JUNSEI 43305-1250 Synthetic urine
Urea Sigma Aldrich U1250 Synthetic urine
Calcium chloride JUNSEI 18230-0301 Synthetic urine
Magnesium sulfate SAMCHUN M0146 Synthetic urine
Potassium dihydrogen phosphate JUNSEI 84185A1250 Synthetic urine
Dipotassium hydrogen phosphate JUNSEI 84120-1250 Synthetic urine
Sodium sulfate JUNSEI 83260-1250 Synthetic urine
Ammonium chloride Sigma Aldrich A9434 Synthetic urine
Sea water Sigma Aldrich S9148
1x PBS Thermo SH30256.01
Cellulose acetate membranes (pore size: 0.20 μm, diameter: 25 mm) Advantec MFS 25CS045AS
Cellulose acetate membranes (pore size: 0.20 μm, diameter: 47 mm) Advantec MFS C045A047A
47 mm Glass Microanalysis Holders Advantec MFS KG47(311400)
Petri dish (50 mm diameter ´ 15 mm height) SPL 10050
Gamma counter Perkin-Elmer 2480 WIZARD2 Model number
UV-vis spectrophotometer Thermo GENESYS 10 Model number
Transmission electron microscopy Hitachi H-7650 Model number
Field Emission Scanning electron microscope FEI Verios 460L Model number
DOWNLOAD MATERIALS LIST

Referências

  1. Ojovan, M. I. . Handbook of Advanced Radioactive Waste Conditioning Technologies. , (2011).
  2. Abdel Rahman, R. O., Ibrahim, H. A., Hung, Y. -. T. Liquid Radioactive Wastes Treatment: A Review. Water. 3, 551-565 (2011).
  3. Khayet, M., Matsuura, T. Radioactive decontamination of water. Desalination. 321, 1-2 (2013).
  4. McLaughlin, P. D., Jones, B., Maher, M. M. An update on radioactive release and exposures after the Fukushima Dai-ichi nuclear disaster. The British Journal of Radiolog. 85, 1222-1225 (2012).
  5. Chernobyl Forum Expert Group ‘Environment’. Environmental Consequences of the Chernobyl Accident and their Remediation: Twenty Years of Experience. International Atomic Energy Agency. , (2006).
  6. Hou, X., et al. Iodine-129 in seawater offshore Fukushima: distribution, inorganic speciation, sources, and budget. Environmental Science & Technology. 47, 3091-3098 (2013).
  7. Mu, W., Yu, Q., Li, X., Wei, H., Jian, Y. Adsorption of radioactive iodine on surfactant-modified sodium niobate. RSC Advances. 6, 81719-81725 (2016).
  8. Yang, D., Liu, H., Liu, L., Sarina, S., Zheng, Z., Zhu, H. Silver oxide nanocrystals anchored on titanate nanotubes and nanofibers: promising candidates for entrapment of radioactive iodine anions. Nanoscale. 5, 11011-11018 (2013).
  9. Yang, D., et al. Capture of radioactive cesium and iodide ions from water by using titanate nanofibers and nanotubes. Angewandte Chemie International Edition. 50, 10594-10598 (2011).
  10. Cheng, Q., et al. Adsorption of gaseous radioactive iodine by Ag/13X zeolite at high temperatures. Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry. 303, 1883-1889 (2015).
  11. Bennett, T. D., Saines, P. J., Keen, D. A., -C, T. a. n. J., Cheetham, A. K. Ball-Milling-Induced Amorphization of Zeolitic Imidazolate Frameworks (ZIFs) for the Irreversible Trapping of Iodine. Chemistry – A European Journal. 19, 7049-7055 (2013).
  12. Huang, P. S., Kuo, C. H., Hsieh, C. C., Horng, Y. C. Selective capture of volatile iodine using amorphous molecular organic solids. Chemical Communications. 48, 3227-3229 (2012).
  13. Chapman, K. W., Chupas, P. J., Nenoff, T. M. Radioactive Iodine Capture in Silver-Containing Mordenites through Nanoscale Silver Iodide Formation. Journal of the American Chemical Society. 132, 8897-8899 (2010).
  14. Watanabe, Y., et al. Novel Long-Term Immobilization Method for Radioactive Iodine-129 Using a Zeolite/Apatite Composite Sintered Body. ACS Applied Materials & Interfaces. 1, 1579-1584 (2009).
  15. Massasso, G., et al. Molecular iodine adsorption within Hofmann-type structures M(L)[M'(CN)4] (M = Ni, Co; M’ = Ni, Pd, Pt): impact of their composition. Dalton Transactions. 44, 19357-19369 (2015).
  16. Falaise, C., Volkringer, C., Facqueur, J., Bousquet, T., Gasnot, L., Loiseau, T. Capture of iodine in highly stable metal-organic frameworks: a systematic study. Chemical Communications. 49, 10320-10322 (2013).
  17. Sava, D. F., et al. Capture of Volatile Iodine, a Gaseous Fission Product, by Zeolitic Imidazolate Framework-8. Journal of the American Chemical Society. 133, 12398-12401 (2011).
  18. Zhang, Z. J., et al. A new type of polyhedron-based metal-organic frameworks with interpenetrating cationic and anionic nets demonstrating ion exchange, adsorption and luminescent properties. Chemical Communications. 47, 6425-6427 (2011).
  19. Li, G., et al. Highly efficient I2 capture by simple and low-cost deep eutectic solvents. Green Chemistry. 18, 2522-2527 (2016).
  20. Yan, C., Mu, T. Investigation of ionic liquids for efficient removal and reliable storage of radioactive iodine: a halogen-bonding case. Physical Chemistry Chemical Physics. 16, 5071-5075 (2014).
  21. Choi, M. H., et al. Efficient bioremediation of radioactive iodine using biogenic gold nanomaterial-containing radiation-resistant bacterium, Deinococcus radiodurans R1. Chemical Communications. 53, 3937-3940 (2017).
  22. Kim, Y. H., et al. Tumor targeting and imaging using cyclic RGD-PEGylated gold nanoparticle probes with directly conjugated iodine-125. Small. 7, 2052-2060 (2011).
  23. Choi, M. H., et al. Gold-Nanoparticle-Immobilized Desalting Columns for Highly Efficient and Specific Removal of Radioactive Iodine in Aqueous Media. ACS Applied Materials & Interfaces. 8, 29227-29231 (2016).
  24. Mushtaq, S., et al. Efficient and selective removal of radioactive iodine anions using engineered nanocomposite membranes. Environmental Science: Nano. 4, 2157-2163 (2017).
  25. Awual, M. R., Ismael, M. Efficient gold(III) detection, separation and recovery from urban mining waste using a facial conjugate adsorbent. Sensors and Actuators B: Chemical. 196, 457-466 (2014).
  26. Awual, M. R., Hasan, M. M., Naushad, M., Shiwaku, H., Yaita, T. Preparation of new class composite adsorbent for enhanced palladium(II) detection and recovery. Sensors and Actuators B: Chemical. 209, 790-797 (2015).
  27. Awual, M. R., Hasan, M. M. Fine-tuning mesoporous adsorbent for simultaneous ultra-trace palladium(II) detection, separation and recovery. Journal of Industrial and Engineering Chemistry. 21, 507-515 (2015).
  28. Awual, M. R. Ring size dependent crown ether based mesoporous adsorbent for high cesium adsorption from wastewater. Chemical Engineering Journal. 303, 539-546 (2016).
  29. Awual, M. R., Miyazaki, Y., Taguchi, T., Shiwaku, H., Yaita, T. Encapsulation of cesium from contaminated water with highly selective facial organic-inorganic mesoporous hybrid adsorbent. Chemical Engineering Journal. 291, 128-137 (2016).
  30. Awual, M. R., Yaita, T., Taguchi, T., Shiwaku, H., Suzuki, S., Okamoto, Y. Selective cesium removal from radioactive liquid waste by crown ether immobilized new class conjugate adsorbent. Journal of Hazardous Materials. 278, 227-235 (2014).
  31. Awual, M. R., Suzuki, S., Taguchi, T., Shiwaku, H., Okamoto, Y., Yaita, T. Radioactive cesium removal from nuclear wastewater by novel inorganic and conjugate adsorbents. Chemical Engineering Journal. 242, 127-135 (2014).
  32. Awual, M. R., et al. Efficient detection and adsorption of cadmium (II) ions using innovative nano-composite materials. Chemical Engineering Journal. 343, 118-127 (2018).
  33. Awual, M. R. New type mesoporous conjugate material for selective optical copper(II) ions monitoring & removal from polluted waters. Chemical Engineering Journal. 307, 85-94 (2017).
  34. Awual, M. R. Novel nanocomposite materials for efficient and selective mercury ions capturing from wastewater. Chemical Engineering Journal. 307, 456-465 (2017).
  35. Awual, M. R. Solid phase sensitive palladium(II) ions detection and recovery using ligand based efficient conjugate nanomaterials. Chemical Engineering Journal. 300, 264-272 (2016).
  36. Awual, M. R. Assessing of lead(III) capturing from contaminated wastewater using ligand doped conjugate adsorbent. Chemical Engineering Journal. 289, 65-73 (2016).
  37. Awual, M. R. A novel facial composite adsorbent for enhanced copper (II) detection and removal from wastewater. Chemical Engineering Journal. 266, 368-375 (2015).
  38. Kaushik, M., Moores, A. Review: nanocelluloses as versatile supports for metal nanoparticles and their applications in catalysis. Green Chemistry. 18, 622-637 (2016).
  39. Jang, H., Kim, Y. K., Ryoo, S. R., Kim, M. H., Min, D. H. Facile synthesis of robust and biocompatible gold nanoparticles. Chemical Communication. 46, 583-585 (2010).
  40. Bolisetty, S., Mezzenga, R. Amyloid-carbon hybrid membranes for universal water purification. Nature Nanotechnology. 11, 365-371 (2016).
  41. Zakrzewska-Trznadel, G. Advances in membrane technologies for the treatment of liquid radioactive waste. Desalination. 321, 119-130 (2013).
  42. Rana, D., Matsuura, T., Kassim, M. A., Ismail, A. F. Radioactive decontamination of water by membrane processes – A review. Desalination. 321, 77-92 (2013).

Tags

Selective DesalinationRadioactive IodineGold NanoparticlesMembrane FilterWater TreatmentSustainable RemediationLiquid Waste TreatmentNanocomposite MaterialsUV-Vis SpectroscopyTransmission Electron MicroscopyCellulose Acetate MembraneVacuum Filtration

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Citar este artigo
Shim, H. E., Mushtaq, S., Jeon, J. An Efficient Method for Selective Desalination of Radioactive Iodine Anions by Using Gold Nanoparticles-Embedded Membrane Filter. J. Vis. Exp. (137), e58105, doi:10.3791/58105 (2018).
Baixar citação
Reimpressões e Permissões

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image