Der rapporteres om en protokol for rationel udformning af et dobbelt funktionelt elektro aktivt filter bestående af carbonnanorør og titanat-nanoledninger, og deres miljø anvendelser i retning af SB (III) oxidation og binding præsenteres.
Vi har designet en facile metode til at syntetisere en dual-funktionelle elektrokemisk filter bestående af to 1-D materialer: titanat nanoledninger og Carbon Nanorør. Hybrid titanate-CNT-filteret blev fremstillet ved en sonikering kombineret med en post-filtrerings rute. På grund af de synergistiske virkninger af det øgede antal eksponerede sorptionssteder, elektrokemisk reaktivitet, lille porestørrelse af titanat-CNT-netværket kombineret med et gennemstrømnings design, kan samtidig SB (III) oxidation og binding let Opnåede. Atomisk fluorescens-spektrometer teknologi viste, at det anvendte elektriske felt accelererer SB (III) konverteringsraten, og den as-opnåede SB (V) blev adsorbet effektivt af titanat-nanoledningerne på grund af deres SB-specificitet. Denne protokol giver en praktisk løsning til fjernelse af meget giftige SB (III) og andre lignende tungmetaller ioner.
For nylig har den miljømæssige forurening forårsaget af spirende antimon (SB) tiltrukket meget opmærksomhed1,2. Omfattende undersøgelser viser, at SB-forbindelser udgør en høj toksicitet for mennesker og mikroorganismer, selv om de er til stede i lave koncentrationer i miljøet3,4. Endnu værre, konventionelle fysisk-kemiske eller biologiske metoder er normalt ineffektive til at fjerne disse nye forurenende stoffer på grund af deres lave koncentrationer og høj toksicitet5. De mest udbredte arter af SB er SB (V) og SB (III), hvoraf sidstnævnte form er mere giftig.
Blandt de nuværende tilgængelige behandlingsmetoder, er adsorptions menes at være en lovende og realistisk alternativ på grund af sin høje effektivitet, lave omkostninger, og enkelhed6,7. Indtil nu er flere nanoskala sorbenter med justerbare mikrostrukturer, stort specifikt overfladeareal og SB specificitet blevet udviklet, såsom TiO28, MnO29, titanat10, zerovalent Iron11, jernoxider og andre binære metaloxider12,13. Et fælles problem, når der beskæftiger sig med nanoskala adsorbenter er post-separation problem på grund af deres lille partikelstørrelse. En strategi til at løse dette problem er at indlæse disse Nano-sorbents på makro/mikro-skala understøtter14. Et andet udfordrende spørgsmål, der begrænser den brede anvendelse af adsorptions teknologi, er den dårlige masse transport forårsaget af begrænset koncentration af målforbindelser/molekyler15. Dette spørgsmål kan delvist afhjælpes ved at vedtage en membran design og konventionen kunne øge massetransporten betydeligt. Nylige bestræbelser har været afsat til at udvikle avancerede behandlingssystemer, der kombinerer adsorptions og oxidation i en enkelt enhed for effektiv SB (III) fjernelse. Her viser vi hvordan et elektro aktivt titanat-Carbon Nanorør (titanate-CNT) filter var rationelt konstrueret og anvendt til samtidig adsorptions og binding af toksisk SB (III). Ved at finjustere titanatlastnings mængden, den anvendte spænding og strømningshastigheden viser vi, hvordan SB (III) oxidations hastigheden og binding-effektiviteten kan skræddersys tilsvarende. Selv om fremstilling og anvendelse af det elektro aktive filter er vist i denne protokol, kan lignende design også gælde for behandling af andre tungmetaller ioner.
Mindre ændringer i fabrikationsprocessen og reagenser kan forårsage betydelige ændringer i morfologien og ydeevnen af det endelige system. For eksempel har hydrotermiske tid, temperatur og kemisk renhed vist sig at påvirke mikrostrukturerne i disse nanoskala adsorbenter. Strømningshastigheden af adsorbatopløsningen bestemmer også opholdstiden inden for et gennemstrømningssystem samt fjernelses effektiviteten af målforbindelser. Med tydelig identifikation af disse nøgle virkende parametre, kan en reproducerbar syntese protokol sikres og en stabil fjernelse effektivitet af SB (III) kan opnås. Denne protokol har til formål at give detaljerede erfaringer om fremstilling af Dual-funktionelle hybrid filtre samt deres applikationer til fjernelse af giftige tungmetaller ioner i en gennemstrømnings måde.
Nøglen til denne teknologi er at fabrikere et elektro aktivt ledende og porøst hybrid filter med høj SB-specificitet. For at gøre dette skal der udvises særlig omhu ved fabrikationsprocessen. Mængden af titanat nanoledninger skal styres præcist på grund af “trade-off”-effekten mellem filterens elektriske ledningsevne og overfladeareal.
Desuden bør det også bemærkes, at en korrekt anvendt spænding er nødvendig. Når den anvendte spænding er for høj (f. eks. > 3 V), kan andre konk…
The authors have nothing to disclose.
Dette arbejde blev støttet af Natural Science Foundation i Shanghai, Kina (no. 18ZR1401000), Shanghai Pujiang program (no. 18PJ1400400), og det nationale centrale forsknings-og udviklingsprogram i Kina (no. 2018YFF0215703).
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 |