Name: Transport von oberflächenmodifizierte Kohlenstoff-Nanoröhren durch eine Bodensäule (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-04-02T14:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 26 s
Description: Erfahren Sie die Oberflächenmodifizierung von Kohlenstoff-Nanoröhren und deren Transportverhalten in porösen Medien durch Säulenexperimente. Diese Methode zeigt, wie Funktionalisierung die Retention in verschiedenen Sandtypen beeinflusst.

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Die Autoren möchten sich für die Unterstützung durch das Department of Earth Sciences der Universität Uppsala für die Unterstützung eines Teils dieser Forschung bedanken.

1. Funktionalisierung Mehrwandige Carbon Nanotubes <ol><li> Führen Sie die gesamte Funktionalisierungsschritt innerhalb einer Abzugshaube mit Sicherheitsbrille, Handschuhe und Labormantel. Messen Sie 24 ml Schwefelsäure und 8 ml Nitratsäure mit einem Messzylinder, und übertragen sie dann in ein Becherglas. Hinzufügen 32 mg unbehandelter MWCNTs in ein Becherglas mit Zinnfolie Behälter bei einer Analysenwaage (Endkonzentration sollte 1 mg / ml des Säuregemisches sein). </li><li> Erstens, halten das Becherglas mit MWCNT und Säuregemisch in der Ultraschall-Reiniger (Badewanne) 2 h bei RT. Dann, Hitze und die MWCNT-Säure-Lösung für 5 Stunden bei 90 rühren ° C unter Verwendung einer heißen Platte. </li><li> Filtern Sie die CNT-Suspension mit einer 0,2 &amp; mgr; m Porendurchmesser PTFE-Filtermembran auf einem Filterhalter platziert, und verwenden Vakuumfiltration zu helfen. Führen Sie den Filterportionsweise möglich, mehrere Filtermembranen (etwa 1/4 th der obigen Mischung pro Portion für einen Filter). In kochendem Wasserwährend des Filterprozesses zum Herausfiltern der Säurelösung, bis der pH der Mischung ist größer als 5 wird. </li><li> Immer das Vakuum unterbrochen, bevor es ausgeschaltet wird, und nichts in das Vakuumsystem einzuführen. Verwenden Sie einen Erlenmeyerkolben, um die Abfallflüssigkeit zu sammeln. </li><li> Gießen Sie filtriertem Säure in einen Abfallbehälter (senden Sie die Abfallbehälter zu einer Abfallbehandlungsanlage oder verdünnte die Flüssigkeit vor Dumping es in die Spüle, indem mindestens das Zehnfache des Leitungswassers). </li><li> Übertragen Sie die Filtermembranen mit beibehalten MWCNTs in Abdampfschalen und stellte das Geschirr in den Exsikkator (enthält etwa 100 g Kieselgel) und eine Vakuum-Umgebung (lassen Sie das Vakuum auf etwa 1 Stunde) für CNT Trocknung (ca. 24 Stunden abzuschließen ). <ol><li> Kratzen Sie die CNTs aus den Membranen vorsichtig mit Spachtel und übertragen Sie die Partikel in einen sauberen Behälter. Wiegen Sie die MWCNTs Pulver und beschriften Sie den Behälter für die zukünftige Verwendung. </li></ol></li></ol> 2. Porouns Medien für Verkehr Experimente <ol><li> Bereiten 0,1 M HCl-Lösung Absäuern Quarzsand. <ol><li> Führen Sie diese Schritte in einem Laborabzug mit Sicherheitsbrille, Handschuhe und Labormantel. 1 L entionisiertem Wasser in einen 2-l-Kolben. Messen 8 ml 37% iger HCl unter Verwendung eines Messzylinders. </li><li> Fügen Sie das HCl in das VE-Wasser spülen. Schütteln Sie die Flasche vorsichtig, damit das Mischen. </li></ol></li><li> Mit der vorbereiteten HCl-Lösung zu waschen den Sand. <ol><li> Wiegen Sie ca. 1000 g Sand. In 1/3 der Sand in den Kolben mit dem HCl-Lösung und der Kolben zweimal schütteln, damit das Mischen dann fügen Sie Rest der Sand (1/3 der Sand jedes Mal). </li><li> Der Kolben drei Mal schütteln und lassen Sie die Säure mit Sand für 30 min. </li><li> Gießen Sie die Flüssigkeit aus dem Kolben zu Säure Abfallbehälter und spülen Sie den Sand mit entionisiertem Wasser mindestens 8-fache. </li></ol></li><li> Mit einem H 2 O 2 -Lösung zu waschen den Sand. <ol><li> Hinzufügen 700 ml entionisiertem Wasser inder Kolben mit Sand misst dann 40 ml 30% H 2 O 2 -Lösung mit einem Messzylinder. </li><li> Fügen Sie die H 2 O 2 Lösung in Kolben, der mit Sand und schütteln Sie zweimal, um das Mischen. Dann 3- mal weitere 40 ml 30% H 2 O 2 Lösung, bis es 160 ml H 2 O 2 insgesamt in den Kolben. </li><li> Schütteln Sie und mischen Sie die Lösung und Sand jedes Mal und lassen Sie den H 2 O 2 -Lösung mit Sand für 40 Minuten, damit die Reaktion abgeschlossen ist. Die Flasche schütteln und rühren Sie den Sand mit einem Kunststoffstab alle 10 min. </li><li> Die Flüssigkeit auf dem Waschbecken und führen Sie Leitungswasser für 30 Sekunden. </li></ol></li><li> Spülen und trocknen Sie den Sand. <ol><li> Mit entionisiertem Wasser spülen Sand mindestens 8 Mal zu jeder Lösung zu befreien oder links über Reaktionsprodukte zu werden. Schütteln und gut umrühren beim Spülen. </li><li> Setzen Kolben mit Sand gespült in einen Ofen (105 ° C) 24 Stunden lang trocknen, dann mit Sand aus dem Ofen mitOfen-Handschuh und lassen Sie an der Theke für 2 Stunden für den Sand abkühlen. </li><li> Übertragen Sie die sauberen Sand in einen Plastikbehälter. Markieren Sie den Container und legen Sie sie in einem entsprechenden Lagereinsatzbereit zu sein. </li></ol></li></ol> 3. Säulenversuche <ol><li> Vorbereitung der Hintergrund Lösung. <ol><li> Bereiten Sie entsprechende Hintergrundlösungschemie für die Säulenversuch. </li><li> Verwenden Sie 0,1 M HCl und 0,1 M NaOH-Lösungen, um den pH-Wert und Salz NaCl einstellen, geeignete Ionenstärke für das folgende Experiment zu erzielen. </li></ol></li><li> Spaltenauswahl. <ol><li> Wählen einer Glassäule von 2,5 cm Durchmesser und 15 cm Länge für diesen Versuch (pH: 5 und Ionenstärke: 2 mm in der vorliegenden Studie). Verwenden eines Stahlmaschenfilter (0,2 mm) auf beiden Seiten der Glassäule. </li><li> Spülen Sie die mit der Säule verbunden Rohren und füllen sich mit Hintergrundlösung (oder MWCNTs Lösung bis zum 3-Wegeventil, um die Art des Flüssigkeitsflusses zu steuern (MWCNTs solution-oder Hintergrund-Lösung), wie in Abbildung 1 dargestellt. </li></ol></li><li> Wet-Packung der Kolonne. <ol><li> Wiegen Sie die sauberen Sand auf einer Skala an, um 124 g des sauberen Sand für die ausgewählte Spalte Größe. </li><li> Mit einer Feinschlauchpumpe. Pumpe kalibrieren bis 2 ml / min Flüssigkeitsstrom zu erreichen. </li><li> Starten der Pumpe, um die Säule von unten zu füllen, bis das Wasserniveau ist ein paar Zentimeter über dem Boden der Säule. Legen Sie etwa 1/10 des gemessenen Sand in einer Zeit, in der Spalte, aber stellen Sie sicher, dass der Sand-Ebene nicht über den Wasserspiegel in der Spalte zu kommen. Setzen Sie den Wasserfluss zu der Säule kontinuierlich über dem Sand Niveau bleiben. </li><li> Schließen Sie die Spaltenkappe mit geeigneten Filtergewebe nach vollständiger Füllung. </li><li> Lassen Sie die Füllkörperkolonne für mindestens 1 Stunde fließen. Die einzelnen Parameter der Kolonne sind in Tabelle 1 angegeben. </li></ol></li><li> Tracer-Test. <ol><li> Sherb die Säulenversuch mit einem Tracer-Test vor der MWCNT Lösung Experimente. </li><li> Schalten Sie das 3-Wegeventil mit dem Tracer-Lösung (mit Lebensmittelfarbe Tracer bei 20 mg / l), um das Experiment zu starten. </li><li> Sammle die Ablaufproben aus der Säule bei jedem 2 min (dh 4 ml / Proben in jedem Probenröhrchen) mit dem verbundenen Fraktionssammler wie in Abbildung 1 dargestellt. </li><li> Weiterhin die Tracerlösung für eine 4,32 Porenvolumen einzuspritzen (dh Lösung fließt 4,32 Mal der Gesamtleerporenraum im Sand gepackten Säule), die auch als Phase I des Experiments. </li><li> Schalten des 3-Wege-Ventil, um Hintergrundlösung (VE-Wasser im Fall von Tracer-Experiment) für einen weiteren 4,32 Porenvolumen fließen. </li></ol></li><li> Vorbereitung der MWCNT Lösung. <ol><li> Einen dispergierte, funktionalisierte MWCNTs Lösung, indem 15 mg des funktionalisierten MWCNTs in einem 300 ml Becherglas mit 200 ml einer wässrigen Lösung (mit gewünschten solution Chemie dh pH 5 und 2 mM Ionenstärke in der aktuellen Versuchsbedingung) und mit einem Ultraschall-Homogenisator Sonde im Becher (40% Leistung für 15 Minuten). Mischen Sie die dispergierte MWCNTs Lösung mit weiteren 800 ml der gleichen wßrigen Lösung, die MWCNT Konzentration von 15 mg / l zu erreichen. </li><li> Führen der Rasterelektronenmikroskopie (SEM) der Bildanalyse der Stammlösung für die Größe und Form der Nanopartikel nach der Funktionalisierung. </li></ol></li><li> MWCNT Transport Experiment. <ol><li> Schalten Sie das 3-Wegeventil auf MWCNT Lösung, um die Säulenversuch starten. </li><li> Sammle die Ablaufproben aus der Säule bei jedem 2 min mit dem verbundenen Fraktionssammler. </li><li> Spritzen Sie die MWCNT Lösung für eine 4,32 Porenvolumen (Phase I des Experiments). </li><li> Schalten des 3-Wege-Ventil, um Hintergrundlösung für eine weitere 4,32 Porenvolumen, das genannte Phase II des Experiments fließen. </li><li> Ändern Sie den Injektionsschlauch der background Lösung in VE-Wasser Flasche (nach dem Stoppen der Pumpe für einen Moment, um den Eintritt von Luft aus dem Rohr zu verhindern) und die Strömung zum anderen 4,32 Porenvolumen, die als Phase III des Experiments fortgesetzt. </li></ol></li><li> Probenanalyse. <ol><li> Übertragen Sie alle Rohrproben von Fraktionssammler in ein Röhrchen-Rack. </li><li> Bereiten Sie eine UV / VIS Spektralphotometer für die Probenanalyse, das heißt, wo der entsprechende Scan-Wellenlänge für die Quantifizierung der gesammelten Proben. Verwenden 400 nm für eine MWCNT-Lösung und einer 333 nm Wellenlänge für Tracer-Lösung. </li><li> Scannen alle aus der Säule gesammelten Proben während der Phasen I, II und III unter Verwendung einer Küvette bei 400 nm Wellenlänge (oder einer anderen Wellenlänge, wenn als besser geeignet im vorherigen Schritt) und speichert die Daten. </li><li> Sammeln Sie die Daten aus dem Spektralfotometer und skizzieren sie gegen die Zeit oder das Porenvolumen zu Durchbruchskurven zu erhalten, wie in den repräsentativen Ergebnisse gezeigt (zum Beispiel Bild3). </li><li> Führen Größenanalyse (hydrodynamischen Durchmesser) von Ein- und Auslaufproben mittels Zeta Sizer und Durchführung der Visualisierung untersucht sowohl für Zu- und Ablaufproben mittels Rasterelektronenmikroskopie. </li></ol></li></ol>

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Die Autoren erklären, dass sie keine konkurrierenden finanziellen Interessen haben.

Wirkung von MWCNT Funktionalisierung Wie Abbildung 2 bestätigt die Stabilität des funktionalisierten MWCNTs aufgrund Funktionalisierung und insbesondere durch die Zugabe von Carboxyl (-COOH) Gruppen an die Oberfläche der MWCNTs der beobachtete Unterschied in eluierte Volumen MWCNT wurde (3 und 4). Auf ähnliche Funktionalisierung wurde die Anwesenheit von Sauerstoff durch Röntgenphotoelektronenspektroskopie 14 best...

Mit der jüngsten Entwicklung in der Nanotechnologie, die verschiedene Arten von Nanopartikeln verwendet, um eine Reihe von Technologien in Branchen wie Informationstechnologie, Energie, Umweltwissenschaften, der Medizin, der inneren Sicherheit, Lebensmittelsicherheit und den Transport zu verbessern; ein gründliches Verständnis der Transport und Aufbewahrung von Nanopartikeln in Boden und Grundwasser ist von entscheidender Bedeutung für die Risikobewertung als auch umwelttechnische Anwendungen von Nanopartikeln 1-3. Kohlenstoffnanoröhren (CNTs) sind eine der am meisten produzierte Kohlenstoff basierenden Nanopartikel 2,4. CNTs sind die langen und zylindrische Form von Graphen mit einem Durchmesser in der Regel unter 100 nm und einer Länge im Bereich von 100 nm bis 50 um. Sie haben einzigartige Eigenschaften, die ihre Verwendung in vielen Anwendungen beschleunigt haben, wie zum Beispiel Elektronik, Optik, Kosmetika und biomedizinischen Technik (beispielsweise Verbundwerkstoffe) 5. Mit der zunehmenden Nutzung, gibt es auch eine erhöhte risk zur Exposition des Menschen und Auswirkungen auf die Gesundheit als auch negative ökologische Folgen nach CNT und anderen kohlenstoffbasierte Nanomaterialien zur Verfügung, um die Umwelt 8.5. Ohne Oberflächenmodifikationen (unfunktionalisierten) sind CNTs extrem hydrophob und neigen zur Aggregation in einer wässrigen Lösung. Funktionalisierten CNTs bleiben jedoch dispergiert und in wßrigen Lösungen stabil und werden für biomedizinische Zwecke, wie Arzneimittelabgabe 9 verwendet. Hier ist es wichtig, dass die CNTs dispergiert bleiben und genutzt, so kann der Wirkstoff innerhalb des menschlichen Körpers 10 geliefert werden. Auf der anderen Seite, um Umweltrisiken zu reduzieren, gibt es einen Bedarf an Studien, die sich, wie die CNTs, um unbeweglich zu ihrem Eintritt in Grundwasserleitern und Trinkwasserressourcen 11 zu vermeiden. Jüngste Studien haben die toxische Wirkung von CNTs auf lebende Organismen berichtet und auch Risiken für die Ökosysteme in Bezug auf die Eingabe von CNTs und Anreicherung in der Nahrungskette, daCNTs sind schwer biologisch abbaubar 5,8. Selbst mit Schrankenanlagen auf Deponien, die CNTs, kann es möglich sein, dass CNTs durch die Barrieren passieren. In solchen Fällen könnten CNTs in Grundwasservorkommen und Oberflächengewässer gelangen. Als CNT Entsorgungsvorschriften sind nicht gut definiert und Transportmechanismen sind weitgehend unverstanden, ist ein verbessertes Verständnis der Mobilität von CNTs notwendig, zu formulieren und Gestaltung geeigneter Entsorgungssysteme 12. Daher ist es wichtig, zu untersuchen und zu verstehen, das Schicksal und die Beförderung von CNTs in porösen Medien, und die Wirkung von physikalischen und chemischen Faktoren, die üblicherweise in der unterirdischen Umgebung auf der Oberfläche vorliegenden modifizierten CNT Retention. Eine Reihe von Untersuchungen wurden aus über die Wirkung des Kollektors Korngrße 13-15 durchgeführt, Flussrate 16, und die Oberflächeneigenschaften der Körner 17 auf den Transport von Nanopartikeln in porösen Medien. Jedoch systematischen Untersuchungen über die Wirkung von SolutIonenchemie (wie pH-Wert und Ionenstärke) über mögliche Ablagerung auf den Sammeloberflächen sind noch begrenzt 18-20. Zusätzlich wird die kombinierte Wirkung von physikalischen Faktoren, Lösungschemie des Mediums, und die Oberflächeneigenschaften von Kohlenstoffnanoröhren nicht gut verstanden und sind in den einzelnen Literatur. In dieser Studie wird ein Herstellungsverfahren für die Oberflächenmodifikation von MWCNTs zusammen mit einem systematischen Laborkolonne mit Säure gereinigt Quarzsand verpackt nachgewiesen werden verwendet, um den Transport, die Aufbewahrung und Remobilisierung von oberflächenmodifizierten CNTs in gesättigten porösen Medien zu untersuchen .

<table><tbody><tr><td>MWCNT</td><td>Cheap Tubes Inc., USA</td><td>sku-03040304</td><td>Gekauft als semi-funktionalisierter</td></tr><tr><td>Pulverquarzsand</td><td>Sibelco Nordic, Baskarp, Schweden</td><td>B44</td><td>Gekauft mit mehr als 91% Quarzsand</td></tr><tr><td>H2SO4</td><td>VWR</td><td>1.01833.2500</td><td>95%-97% Reinheit</td></tr><tr><td>HNO3</td><td>VWR</td><td>1.00441.1000</td><td>70% Reinheit</td></tr><tr><td>HCl</td><td>VWR</td><td>1.00317.2500</td><td>37%-38% Reinheit</td></tr><tr><td>H2O2</td><td>VWR</td><td>23615.248</td><td>30% Reinheit</td></tr><tr><td>NaCl</td><td>VWR</td><td>1.06404.0500</td><td>99,5% Reinheit</td></tr><tr><td>NaOH</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>S8045-500G</td><td>99,99% reine Pellets &nbsp;</td></tr><tr><td>Ultraschall-Homogenisator</td><td>Biologics Inc. Manassas, Virginia</td><td>Modell 3000, 0-127-0002</td><td>Betrieb für ein festes Zeitintervall</td></tr><tr><td>Ultraschallgerät (Bad)</td><td>Kerry Ultrasonic Ltd</td><td>1808</td><td>Gemeinsamer Bad-Ultraschallator</td></tr><tr><td>Peristaltische</td><td>Pumpe Ismantec, Glattbrugg, Schweiz</td><td>ISM931</td><td>Arbeiten mit Tygon-Schläuchen in der</td></tr><tr><td>Pumpe Spektralphotometer</td><td>Hach Lange</td><td>DR500, LPV408.99.0001</td><td>Betrieb mit manueller Küvette sowie automatisierter Probenahme</td></tr><tr><td>pH-Messgerät</td><td>Metrohm</td><td>781</td><td>pH-Analyse</td></tr><tr><td>Glassäule</td><td>Chromaflex</td><td>420830-1510</td><td>Säule mit verstellbarer</td></tr><tr><td>Kappe Fraktionssammler</td><td>Spectrum Labs Europe</td><td>CF-2, 124846</td><td>Fixiert in regelmäßigen Zeitabständen</td></tr><tr><td>Fraktionssammlerröhrchen</td><td>VWR</td><td>212-9599</td><td>Glasröhrchen</td></tr> <tr>mit 6 ml Volumen<td>Heizplatte Rührplatte</td><td>Thermo Scientific</td><td>SP131320-33</td><td>Schrank mit einstellbarer Temperatur</td></tr><tr><td>Ofen</td><td>Elektro Helios</td><td>259</td><td>Für den trockenen Ofen</td></tr><tr><td>Balance</td><td>Mettler Toledo</td><td>AE 160</td><td>Für genaues Gewicht</td></tr></tbody></table>

transport von oberflächenmodifizierte kohlenstoff-nanoröhren durch eine bodensäule

Transport of Surface-modified Carbon Nanotubes through a Soil Column

Kohlenstoffnanoröhren (CNTs) sind weit verbreitete Nanopartikel, die in einer Reihe von Konsumgütern wie Sportartikeln, Elektronik und biomedizinischen Anwendungen verwendet werden. Aufgrund ihrer beschleunigten Produktion und Verwendung stellen CNTs ein potenzielles Umweltrisiko dar, wenn sie in Böden und Grundwassersysteme freigesetzt werden. Es ist daher wichtig, das derzeitige Verständnis des Verbleibs und des Transports von CNTs in der Umwelt zu verbessern. Über den Transport und die Retention von CNTs sowohl in natürlichen als auch in künstlichen Medien wurde in der Literatur berichtet, aber die Befunde variieren stark und sind daher nicht schlüssig. Es gibt eine Reihe von physikalischen und chemischen Parametern, die für die Variation der Retention und des Transports verantwortlich sind. In dieser Studie wird ein vollständiges Verfahren ausgewählter mehrwandiger Kohlenstoffnanoröhren (MWCNTs) vorgestellt, beginnend mit ihrer Oberflächenmodifikation bis hin zu einem vollständigen Satz von Laborsäulenexperimenten an kritischen physikalischen und chemischen Szenarien. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Stabilität der kommerziell erhältlichen MWCNTs mit ihrer angehängten Oberflächenfunktionsgruppe kritisch ist, die auch den Transport und die Retention von MWCNT durch das umgebende Medium beeinflussen kann.

Wirkung von MWCNT Funktionalisierung Das funktionalisierte und dispergiert MWCNT Lösung wurde in das Becherglas verschlossen, damit die Lösung das Gleichgewicht zu erreichen. Es gab weder Sedimentation noch Aggregation in der Stammlösung nach der Beschallung beobachtet, da der hydrodynamische Durchmesser MWCNT (1.619 ± 262 nm) in der Lösung das gleiche für sechs Monate Beschallung (Figur 2) bleibt. Um die Wirkung der Funktionalisierung MWCNTs auf ihre Mobili...

Die Oberflächeneigenschaften eines Nanopartikels sind wichtig für seine Wechselwirkung mit dem umgebenden Medium. Daher kann die Oberflächenmodifikation von Kohlenstoffnanoröhren entscheidend für ihren Transport und ihre Retention durch poröse Medien sein. Hier werden Säulenexperimente im Labormaßstab eingesetzt, um den möglichen Transport und die Retention dieser Nanopartikel zu verstehen.

Transport von oberflächenmodifizierte Kohlenstoff-Nanoröhren durch eine Bodensäule

Carbon nanotubes (CNTs) are widely manufactured nanoparticles, which are being utilized in a number of consumer products, such as sporting goods, ...

Das übergeordnete Ziel des folgenden Experiments besteht darin, eine Methode zur Oberflächenmodifizierung von mehrwandigen Kohlenstoffnanoröhren sowie Laborsäulenexperimente zur Untersuchung des Transports, der Retention und der Remobilisierung der oberflächenmodifizierten Kohlenstoffnanoröhren zu demonstrieren. Die Funktionalisierung kommerziell verfügbarer Kohlenstoffnanoröhren erfolgt durch Anlagerung carbocyclischer und hydroxylfunktionaler Gruppen an die Oberflächen der Nanopartikel. In einem zweiten Schritt wird eine stabile Lösung von Kohlenstoffnanoröhren für Durchflusssäulenexperimente hergestellt.Im nächsten Experiment werden säuregewaschene Quarzsand- und funktionalisierte Kohlenstoffnanoröhren verwendet. Nachdem der Sand sorgfältig in die Säule gepackt wurde, wird die stabile Nanoröhrenlösung injiziert, gefolgt von der Hintergrundlösung und anschließend entionisiertem Wasser. Die Ergebnisse zeigen, dass der Funktionalisierungsprozess einen erheblichen Einfluss auf die gesamte Retention von mehrwandigen Kohlenstoffnanoröhren in den ausgewählten Sandtypen hat.Die Demonstration dieser Methode liefert eine Anleitung zur Oberflächenmodifizierung von Kohlenstoffnanoröhren und ein Verständnis des Einflusses auf Transport und Retention dieser Nanopartikel im Boden. Die visuelle Demonstration dieser Methode ist wichtig, da einige Verfahren wie die Funktionalisierung von Nanopartikeln andernfalls schwer reproduzierbar sein könnten. Ein systematischer Ansatz unter Verwendung gut kontrollierter Laborversuche ist entscheidend, um unterschiedliche Effekte zu verstehen und voneinander abzugrenzen.Zum Transportverhalten von Nanopartikeln: Ein Teil des experimentellen Verfahrens wird von einer Studentin im Labor durchgeführt. Maria gibt innerhalb eines Abzugs mit geeigneter persönlicher Schutzausrüstung 24 Milliliter konzentrierte Schwefelsäure und acht Milliliter Salpetersäure in einen Becher auf Aluminiumfolie. Anschließend wiegt sie 32 Milligramm unbehandelte mehrwandige Kohlenstoffnanoröhren ab und gibt sie zur Säurelösung hinzu.Sonicieren Sie die Nanoröhren- und Säuremischung zwei Stunden lang bei Raumtemperatur. Anschließend erhitzen und rühren Sie die Lösung fünf Stunden lang bei 90 Grad Celsius. Filtern Sie etwa ein Viertel der Nanoröhren-Suspension durch einen 0,2-Mikron-Filter.Gießen Sie den Durchmesser der PTFE-Filtermembran mithilfe eines Vakuums. Stellen Sie während des Filtrationsprozesses den pH-Wert der Mischung durch Zugabe von kochendem Wasser auf über fünf ein. Wiederholen Sie den Vorgang anschließend mit einem frischen Filter, bis das gesamte Material filtriert ist.Sammeln Sie die Filtermembranen und legen Sie sie etwa 24 Stunden lang unter Vakuum in einen Exsikkator. Nachdem die Membranen vollständig getrocknet sind, kratzen Sie die Nanoröhren von den Membranen ab und sammeln das resultierende Pulver für zukünftige Experimente. Um das poröse Medium zunächst vorzubereiten, nehmen Sie acht Milliliter 37%ige Salzsäure und geben Sie diese portionsweise in einen Liter entionisiertes Wasser, um eine 0,1-molare Lösung herzustellen.Mischen Sie etwa ein Kilogramm Sand in die saure Lösung. Lassen Sie das Gemisch 30 Minuten lang stehen. Danach gießen Sie die saure Lösung ab und spülen den Sand mindestens achtmal mit entionisiertem Wasser aus.Fügen Sie anschließend 700 Milliliter deionisiertes Wasser gefolgt von 40 Millilitern 30%igem Wasserstoffperoxid zum Kolben mit Sand hinzu. Schütteln Sie den Kolben zweimal, um die Lösung mit dem Sand zu vermischen. Geben Sie weitere 40 Milliliter 30%iges Wasserstoffperoxid zum Kolben hinzu.Drei weitere Male vermischen. Nach jeder Zugabe die Mischung insgesamt 40 Minuten lang alle 10 Minuten umrühren, die Lösung abgießen und den Sand mindestens achtmal mit entionisiertem Wasser spülen. Den Sand 24 Stunden lang bei 105 Grad im Ofen trocknen und anschließend zwei Stunden lang vor dem Befeuchten bei Raumtemperatur abkühlen lassen.Befüllen Sie die Säule und bereiten Sie die Hintergrundlösung mit Natriumchlorid vor; stellen Sie den pH-Wert mit 0,1-molarer Salzsäure und 0,1-molarer Natronlauge ein. Verwenden Sie eine Glas­säule mit einem Durchmesser von 2,5 Zentimetern und einer Länge von 15 Zentimetern mit 0,2 Millimetern Stahlgaze-Filtern an beiden Enden.Spülen und füllen Sie zunächst das Schlauchsystem mit Tracer bis zum Ventil und anschließend mit entsalztem Wasser, wobei eingeschlossene Luft aus dem Schlauchsystem entfernt wird. Kalibrieren Sie danach die peristaltische Pumpe auf eine Flussrate von zwei Milliliter pro Minute. Starten Sie die Pumpe, um die Säule von unten mit der Hintergrundlösung zu füllen.Wenn der Wasserstand steigt, jeweils etwa 12 Gramm Sand hinzufügen, insgesamt 124 Gramm. Nach dem Befüllen die Säule mit dem Netzfilter verschließen. Das Dreiwegventil auf die Tracerlösung umschalten.Danach die Lösung für 4,32 Porenvolumina injizieren und Abflussproben in Zwei-Minuten-Abständen sammeln, entsprechend vier Milliliter pro Probe. Anschließend das Ventil auf entionisiertes Wasser für weitere 4,32 Porenvolumina umschalten. Zur Vorbereitung des Transportexperiments 15 Milligramm funktionalisierte Nanoröhren zu einem Becher mit 200 Milliliter der Hintergrundlösung geben und das Gemisch 15 Minuten lang mit einer Ultraschall-Homogenisierersonde beschallen.Danach weitere 800 Milliliter Lösung hinzufügen und die Fließgrundlösung durch die mit Sand gefüllte Säule leiten. Anschließend Phase eins des Experiments beginnen, indem das Dreiwegventil auf die Nanoröhrenlösung umgestellt wird. Die Lösung injizieren und die Ausflussproben in Zwei-Minuten-Abständen über 4,32 Porenvolumina sammeln.Anschließend leiten Sie die Hintergrundlösung weitere 4,32 po-Volumina durch das System. Sammeln Sie weiterhin alle zwei Minuten Proben. Für die letzte Phase des Experiments wechseln Sie das Injektionsrohr auf deionisiertes Wasser und leiten weitere 4,32 po-Volumina durch das System.Erneut alle zwei Minuten Proben sammelnd, stoppen Sie die Pumpe. Bereiten Sie am Ende dieser Phase ein UV-Vis-Spektrophotometer für die Probenauswertung vor. Scannen Sie hier alle gesammelten Tracerlösungsproben bei der geeigneten Wellenlänge.333 Nanometer und alle Nano-Rohr-Lösungsproben bei 400 Nanometer. Tragen Sie die Daten als Absorption über der Zeit auf, um den Transport und die Retention von Nano-Rohren besser zu verstehen. Die Experimente wurden mit vollständig und weniger funktionalisierten mehrwandigen Kohlenstoffnanoröhren durchgeführt.Die maximale Konzentration vollständig funktionalisierter Nanoröhren in den gesammelten Proben war höher, was darauf hindeutet, dass sie mobiler waren als weniger funktionalisierte Nanoröhren. Als Nächstes wurden drei Korngrößen von Quarzsand theoretisch bewertet: Mit abnehmender Korngröße nimmt die maximale Absorptionskapazität zu, was auf eine stärkere Ablagerung hindeutet. In Übereinstimmung damit wurden weniger Nanoröhren aus feinkörnigem Sand im Vergleich zu mittel- oder grobkörnigem Sand durchgespült.Schließlich wurden drei Experimente durchgeführt, um den Einfluss der Fließgeschwindigkeit auf die Retention von Nanoröhren zu untersuchen. Bei niedrigeren Geschwindigkeiten stiegen die Konzentrationen der Nanoröhren langsam an, und im Ausfluss wurde innerhalb von 4,32 Porenvolumina keine stationäre Konzentration erreicht. Dies steht im Einklang mit früheren Literaturangaben, die darauf hinweisen, dass kugelförmige Nanopartikel nach ihrer Entwicklung häufig weniger mobil sind und sich langsamer fortbewegen.Mithilfe dieser Technik konnten Forscher die unterschiedlichen physikalischen und chemischen Faktoren, die die Mobilität von Nanopartikeln wie Kohlenstoffnanoröhren in Boden- und Grundwassersystemen beeinflussen, genau untersuchen. Daher lässt sich ihre potenzielle Ausbreitung in der Umwelt unter verschiedenen Bedingungen bewerten. Nach dem Anschauen dieses Videos sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie Oberflächenmodifikationen von Kohlenstoffnanoröhren durchgeführt werden.Sie haben außerdem gesehen, wie man eine Reihe von Säulenexperimenten durchführt, um den Transport, die Retention und die Remobilisierung von Kohlenstoffnanoröhren in gesättigten Waldböden zu untersuchen.

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Research

Forschung

JoVE Journal

Chemistry

Chemie

Wir stellen Methoden zur Herstellung von gemusterten Mikrostrukturen von vertikal ausgerichteten Kohlenstoff-Nanoröhren (CNTs), und ihre Verwendung als Master-Formen für die Herstellung von Polymer-Mikrostrukturen mit organisierten nanoskalige Oberflächenstruktur. Die CNT-Wälder werden durch Kondensation von Lösungsmittel auf das Substrat, ein deutliches Plus an Packungsdichte und ermöglicht selbst gesteuertes Bildung von 3D-Formen verdichtet.

Fabrication, Verdichtung, und Replica Molding von 3D-Carbon Nanotube Mikrostrukturen

In dieser Studie bestand der Hauptzweck darin, die zelluläre Aufnahme und eventuelle Exozytose von Kohlenstoffnanoröhren (CNTs) zu überwachen. Aus dieser Perspektive haben wir hier eine einzigartige Methode mit Hilfe der multispektralen bildgebenden Durchflusszytometrie vorgeschlagen, die eine Quantifizierung und Lokalisierung von CNTs in einer statistisch relevanten Anzahl von Zellen ermöglicht.

Lokalisierung und Relative Quantifizierung der Kohlenstoff-Nanoröhrchen in Zellen mit multispektrale Imaging Durchflusszytometrie

Whole-Cell-Assay mit Bioreporter Burkholderia sartisoli RP037-MCHe wurde entwickelt, um Bruchteile einer organischen Verunreinigung (dh fluoren) nach den aktiven Transport von Myzelien Überbrückungsluftgefüllten Poren in einer wasser ungesättigten Modellsystem für bakteriellen Abbau verfügbar zu detektieren.

Eine ganze Zelle Bioreporter Ansatz für Transport und Bioverfügbarkeit von organischen Schadstoffen in Wasser Ungesättigte Systeme Bewerten

Ein Verfahren für das Wachstum von vertikal ausgerichteten Kohlenstoffnanoröhren bei niedrigen Temperaturen und die anschließende Herstellung von vertikal verschalteten elektrischen Teststrukturen unter Verwendung der Halbleiterfertigung wird vorgestellt.

Herstellung von Niedertemperatur-Carbon Nanotube Vertikale Verbindungen Kompatibel mit Halbleitertechnik

Wir berichten über eine intelligente Anwendung von Kohlenstoffnanoröhren zur kinetischen Stabilisierung von Lipidpartikeln, die selbstorganisierte Nanostrukturen in ihren Kernen enthalten. Die Herstellung von Lipidpartikeln erfordert relativ geringe Konzentrationen von Kohlenstoffnanoröhren, die ihren Einsatz in biomedizinischen Anwendungen wie der Verabreichung von Medikamenten ermöglichen.

Facile Herstellung von Intern Selbstorganisierte Lipidpartikel stabilisiert durch Kohlenstoff-Nanoröhren

Ein Verfahren zur Funktionalisierung von Kohlenstoffnanoröhren mit strukturabstimmbaren polymeren Verkapselungsschichten und zur strukturellen Charakterisierung mittels Kleinwinkel-Neutronenstreuung wird vorgestellt.

Funktionalisierung von einwandigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen mit Thermo-reversible Blockcopolymere und Charakterisierung durch Kleinwinkelneutronenstreuung

Wir präsentieren ein Protokoll für die Entwicklung der Koronaphase von fluoreszierenden einwandigen Kohlenstoffnanoröhren (SWNTs) im nahen Infrarot unter Verwendung von amphiphilen Polymeren und DNA, um Sensoren für molekulare Ziele ohne bekannte Erkennungselemente zu entwickeln.

Technik Molekulare Erkennung mit Bio-Mimetikum Polymers auf einwandigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen

Niederdruck-Rasterelektronenmikroskopie in einer Wasserdampfumgebung wird verwendet, um nanoskalige bis mikroskalige Merkmale in Kohlenstoffnanoröhrenwäldern zu bearbeiten.

Präzisionsfräsen von Carbon Nanotube Wälder Verwendung von Niederdruck-Rasterelektronenmikroskopie

Hier wird ein neuartiges Verfahren zur Funktionalisierung und stabilen Dispersion von Kohlenstoff-Nanomaterialien in wässrigen Umgebungen beschrieben. Ozon wird direkt in eine wässrige Dispersion von Kohlenstoff-Nanomaterial injiziert, die kontinuierlich durch eine hochleistungsfähige Ultraschallzelle rezirkuliert wird.

Funktionalisierung und Dispersion von Kohlenstoff-Nanomaterialien mit einem umweltfreundlichen Ultraschall-Ozonolyse-Prozess

Hier beschreiben wir Methoden zur Mikrofabrikation von vertikal ausgerichteten Kohlenstoffnanofasern (VACNFs), zur Übertragung von VACNFs auf flexible Substrate und zur Anwendung von VACNFs auf starren und flexiblen Substraten auf Pflanzen zur Verabreichung von Biomolekülen und Farbstoffen.

Verwendung von vertikal ausgerichteten Kohlenstoff-Nanofaser-Arrays auf starren oder flexiblen Substraten zur Abgabe von Biomolekülen und Farbstoffen an Pflanzen

Erfahren Sie die Oberflächenmodifizierung von Kohlenstoff-Nanoröhren und deren Transportverhalten in porösen Medien durch Säulenexperimente. Diese Methode zeigt, wie Funktionalisierung die Retention in verschiedenen Sandtypen beeinflusst.

Transport von oberflächenmodifizierte Kohlenstoff-Nanoröhren durch eine Bodensäule

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