土壌カラムを通して表面修飾カーボンナノチューブの輸送
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
そのような情報技術、エネルギー、環境科学、医学、国土安全保障、食の安全、輸送などの業界で多くの技術を向上させるために、ナノ粒子の様々なタイプを使用していますナノテクノロジーの最近の発展に伴い、土壌·地下水中のナノ粒子の輸送および保持の十分な理解は、リスク評価だけでなく、工業ナノ粒子1-3の環境の用途のために重要である。カーボンナノチューブ（CNT）は、ほとんど製造された炭素系ナノ粒子2,4の一つである。 CNTは、一般的には100nm未満の直径と50 100〜500nmの範囲の長さとグラフェンの長い円筒形である。それらは、エレクトロニクス、光学、化粧品、生物医学技術などの多くの用途（ 例えば 、複合材料）5におけるそれらの使用が加速しているユニークな特性を有する。使用の増加と共に、増加したrをもあるヒトの曝露と効果健康にだけでなく、環境5-8にCNTと他の炭素系ナノ材料の処分を以下の不利な生態系影響へISK。
ない表面修飾（非官能化）と、カーボンナノチューブは極めて疎水性であり、水溶液中で凝集する傾向がある。官能基化CNTsは、しかしながら、分散させ、水溶液中で安定であり、そのような薬物送達9のように生物医学的目的のために使用されたままであり得る。ここでは、CNTが分散され、動員されたままであることが不可欠であるので、薬物が人体10内に送達することができる。一方、環境リスクを低減するために、帯水層および飲用水資源11へのそれらの進入を回避するためにCNTを固定化する方法に焦点を当てた研究が必要とされている。最近の研究では、生きている生物にCNTの毒性効果を報告し、またあるので、入ると食物連鎖に蓄積CNTの観点から生態系へのリスクましたCNTは5,8を生分解するのは難しいです。 CNTが障壁を通過することに対してもCNTを含む埋立バリアシステムでは、可能である。このような場合、CNTは、地下水の貯水池や地表水体に入ることができる。 CNT処分規制は十分に定義されていないと、トランスポートメカニズムはよく理解されていないため、CNTの移動性の理解の向上は12適切な処分システムを策定し、設計する必要がある。したがって、CNTの保持を改変運命と多孔質媒体中のCNTの輸送および表面上の地下環境で一般的に存在する物理的および化学的因子の効果を研究し、理解することが重要である。
研究の数は、コレクタ粒径13-15、流量16、及び多孔質媒体中のナノ粒子の輸送上の粒17の表面特性の効果が行われている。 solutの影響に関するしかし、体系的な調査コレクタ表面上に堆積可能でのイオンの化学的性質（例えば、pHおよびイオン強度など）がまだ18-20に限定されている。さらに、組み合わせの物理的要因の影響が、培地の溶液化学、およびカーボンナノチューブの表面特性は、よく理解され、別の文献に変化している。酸洗浄石英砂を充填した体系的な実験室規模のカラムは、トランスポートを調査するために使用され、この研究では、MWCNTの表面修飾のための製造方法は、飽和した多孔質媒体中の表面改質されたCNTの保持及び再移動に沿って実証される。
Protocol
Representative Results
Discussion
MWCNT機能化の影響
図2は、官能化されたMWCNTの安定性を確認するように、MWCNTの溶出体積で観察された差異は、機能化によるものであり、特に起因たMWCNT（ 図3および図4）の表面にカルボキシル基（-COOH）基の付加である。類似の官能化プロセスでは、酸素の存在は、X線光電子分光法14により確認された。これは、…
Disclosures
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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