Name: Transporte de nanotubos de carbono modificado en la superficie a través de una columna de suelo (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-04-02T14:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 26 s
Description: Aprende a modificar nanotubos de carbono de pared múltiple mediante funcionalización con grupos carbocíclicos e hidroxilos. Este método permite evaluar su transporte y retención en medios porosos usando columnas de arena de sílice.

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Los autores desean agradecer el apoyo del Departamento de Ciencias de la Tierra de la Universidad de Uppsala por apoyar parte de esta investigación.

1. La funcionalización de nanotubos de carbono de pared múltiple <ol><li> Realizar toda la etapa de funcionalización dentro de una campana de extracción, usando anteojos de seguridad, guantes y bata de laboratorio. Medir 24 ml de ácido sulfúrico y 8 ml de ácido nitrato usando un cilindro graduado, y luego transferirlos a un vaso de precipitados. Añadir 32 mg de MWCNTs sin tratar en un vaso de precipitados utilizando estaño envase del papel en una balanza analítica (concentración final debe ser de 1 mg / ml de mezcla de ácido). </li><li> En primer lugar, mantener el vaso de precipitados con MWCNT y la mezcla de ácido en el limpiador ultrasónico (baño) durante 2 horas a RT. Luego, el calor y revuelva la solución MWCNT-ácido durante 5 horas a 90 ° C utilizando una placa caliente. </li><li> Filtrar la suspensión CNT con una membrana de filtro de PTFE de 0,2 micras de diámetro de poro colocado en un soporte de filtro, y el uso de vacío para ayudar a la filtración. Realizar la porción de filtración por porción y utilizar varias membranas de filtro (aproximadamente 1/4 th de mezcla anterior por porción para un filtro). Añadir agua hirviendodurante el proceso de filtración para filtrar la solución de ácido hasta que el pH de la mezcla se hace mayor que 5. </li><li> Siempre romper el vacío antes de que se apaga y no introducir nada en el sistema de vacío. Utilice un vaso de precipitados cónico para recoger el líquido de residuos. </li><li> Verter ácido filtrada en un contenedor de residuos (enviar el contenedor de residuos a una instalación de tratamiento de residuos o diluir el líquido antes de volcar en el fregadero añadiendo al menos diez veces más de agua del grifo). </li><li> Transferir las membranas filtrantes con MWCNTs retenidas en evaporando platos y poner los platos en el desecador (contiene aproximadamente 100 g de gel de sílice) y crear un ambiente de vacío (dejar el vacío durante aproximadamente 1 hora) para CNT para completar el secado (aproximadamente 24 horas ). <ol><li> Raspe los CNTs de las membranas utilizando cuidadosamente espátula y transferir las partículas en un recipiente limpio. Pesar el polvo MWCNTs y etiquetar el recipiente para su uso futuro. </li></ol></li></ol> 2. Poronosotros Medios para experimentos Transporte <ol><li> Preparar una solución de HCl 0,1 M para el lavado ácido de arena de sílice. <ol><li> Realice todos los pasos dentro de una campana de humos con gafas de seguridad, guantes y bata de laboratorio. Añadir 1 L de agua desionizada a un matraz de 2 L. Mide 8 ml de HCl al 37% usando un cilindro graduado. </li><li> Añadir el HCl en el agua desionizada con cuidado. Agitar el matraz con cuidado para ayudar a la mezcla. </li></ol></li><li> Lave la arena con la solución de HCl preparado. <ol><li> Pesar aproximadamente 1.000 g de arena. Añadir 1/3 de arena en el matraz con la solución de HCl y agitar el matraz dos veces para ayudar a mezclar a continuación, añadir el resto de la arena (1/3 de la arena cada vez). </li><li> Agitar el matraz tres veces y dejar el ácido con arena durante 30 min. </li><li> Vierta el líquido del matraz a un contenedor de residuos de ácido y enjuagar la arena con agua desionizada al menos 8 veces. </li></ol></li><li> Lave la arena con una solución de H 2 O 2. <ol><li> Añadir 700 ml de agua desionizada enel matraz con arena y luego medir 40 ml de 30% H 2 O 2 solución usando un cilindro graduado. </li><li> Añadir el 2 O 2 H solución en el frasco con arena y agitar dos veces para ayudar a la mezcla. A continuación, añadir otros 40 ml de 30% de H 2 O 2 solución 3 veces hasta que haya 160 ml en total H 2 O 2 en el matraz. </li><li> Agitar y mezclar la solución y la arena cada vez y dejar la solución de H 2 O 2 con arena durante 40 minutos para permitir que la reacción se complete. Agitar el matraz y se agita la arena con una varilla de plástico cada 10 min. </li><li> Decantar el líquido hasta el fregadero y deje correr el agua del grifo durante 30 segundos. </li></ol></li><li> Enjuague y seque la arena. <ol><li> Enjuague la arena con agua desionizada al menos 8 veces para deshacerse de cualquier solución o sobrantes productos de reacción. Agite y revuelva bien cuando enjuague. </li><li> Ponga frasco con arena enjuagados en un horno (105 ° C) durante 24 horas para secar, luego tomar la arena fuera del horno usandohorno-manopla y dejar en el mostrador durante 2 horas para la arena se enfríe. </li><li> Transferir la arena limpia en un recipiente de plástico. Marque el recipiente y colocarlo en una plataforma adecuada para estar listo para su uso. </li></ol></li></ol> 3. Experimentos de columna <ol><li> Preparación de la solución de fondo. <ol><li> Preparar la química solución de fondo apropiado para el experimento columna. </li><li> Utilice 0,1 M HCl y 0.1 M de NaOH soluciones para ajustar el pH y la sal NaCl para alcanzar la fuerza iónica apropiada para el siguiente experimento. </li></ol></li><li> Selección de columnas. <ol><li> Elige una columna de vidrio de 2,5 cm de diámetro y longitud 15 cm para este experimento (pH: 5 y la fuerza iónica: 2 mM en el estudio actual). Utilice un filtro de malla de acero (0,2 mm) en ambos lados de la columna de vidrio. </li><li> Lavar los tubos conectados a la columna y llenar con la solución de fondo (o solución MWCNTs hasta que la válvula de 3 vías para controlar el tipo de flujo de líquido (MWCNTs solution o solución de fondo) como se muestra en la Figura 1. </li></ol></li><li> Wet-embalaje de la columna. <ol><li> Pese la arena limpia en una escala y tomar 124 g de arena limpia para el tamaño de la columna seleccionada. </li><li> Use una bomba peristáltica de alta precisión. Calibrar la bomba para lograr 2 ml / min de flujo de líquido. </li><li> Arrancar la bomba para llenar la columna desde la parte inferior hasta que el nivel de agua es de un par de centímetros por encima de la parte inferior de la columna. Ponga aproximadamente 1/10 de la arena medido a la vez en la columna, pero asegúrese de que el nivel de la arena no viene por encima del nivel del agua en la columna. Continuar el flujo de agua a la columna de forma continua para permanecer por encima del nivel de arena. </li><li> Cierre la tapa de la columna con una malla de filtro adecuado después de llenado completo. </li><li> Permitir la columna de relleno fluya durante al menos 1 hr. Los parámetros individuales de la columna se indican en la Tabla 1. </li></ol></li><li> Prueba Tracer. <ol><li> Starta el experimento columna con una prueba de trazador antes de los experimentos de solución MWCNT. </li><li> Cambie la válvula de 3 vías para la solución de trazador (el uso de alimentos de color trazador a 20 mg / L) para iniciar el experimento. </li><li> Recoger las muestras de salida de flujo de la columna en cada 2 min (es decir, 4 ml / muestras en cada tubo de muestreo) utilizando el colector de fracciones conectado como se muestra en la Figura 1. </li><li> Continuar para inyectar la solución de trazador para un volumen de poro 4,32 (es decir, la solución pasa a 4,32 veces del espacio total de poros vacío en la columna de relleno de arena), que también se llama la fase I del experimento. </li><li> Cambie la válvula de 3 vías para la solución del flujo de fondo (agua DI en el caso del experimento trazador) para otro volumen 4.32 poro. </li></ol></li><li> Preparación de la solución MWCNT. <ol><li> Hacer una solución dispersa, funcionalizado MWCNTs colocando 15 mg de MWCNTs funcionalizados en un vaso de precipitados de 300 ml que contiene 200 ml de solución acuosa (con solutio deseadon es decir, química, pH 5 y 2 mM fuerza iónica en la condición experimental actual) y usando una sonda de homogeneizador ultrasónico colocado en el vaso de precipitados (con potencia de salida 40% durante 15 min). Mezclar la solución MWCNTs dispersa con otros 800 ml de la misma solución acuosa para conseguir la concentración MWCNT de 15 mg / L. </li><li> Realizar microscopía electrónica de barrido (SEM) de análisis de imagen de la solución madre por su tamaño y la forma de la nanopartícula después de funcionalización. </li></ol></li><li> Experimento transporte MWCNT. <ol><li> Cambie la válvula de 3 vías de solución MWCNT para iniciar el experimento de la columna. </li><li> Recoger las muestras de salida de flujo de la columna en cada 2 min utilizando el colector de fracciones conectado. </li><li> Se inyecta la solución MWCNT para un volumen de 4,32 poro (fase I del experimento). </li><li> Cambie la válvula de 3 vías para la solución del flujo de fondo para otro volumen 4.32 poros, que se llama la fase II del experimento. </li><li> Cambie el tubo de inyección de background solución en la botella de agua DI (después de parar la bomba por un momento para evitar la entrada de aire desde el tubo) y continuar el flujo de otro volumen de poro 4,32, que se llama la fase III del experimento. </li></ol></li><li> Análisis de la muestra. <ol><li> Transfiera todas las muestras de tubos de colector de fracciones en un bastidor de tubo. </li><li> Preparar un espectrofotómetro UV / VIS para el análisis de la muestra, es decir, saber la longitud de onda de exploración apropiado para la cuantificación de las muestras recogidas. Utilice 400 nm para una solución MWCNT y una longitud de onda 333 nm para la solución del trazador. </li><li> Analiza todas las muestras recogidas de la columna durante las fases I, II y III en cubeta a 400 nm de longitud de onda (o una longitud de onda diferente, si se considera más apropiado en el paso anterior) y almacenar los datos. </li><li> Recoge los datos desde el espectrofotómetro y plotearlos vs tiempo o volumen de poro para obtener curvas de ruptura como se muestra en los resultados representativos (por ejemplo, la figura3). </li><li> Realizar análisis de tamaño (diámetro hidrodinámico) de muestras de entrada y salida medida del potencial zeta y realizar la visualización estudiado para ambas muestras de entrada y salida mediante microscopía electrónica de barrido. </li></ol></li></ol>

<ol><li>Maynard, A. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Safe+handling+of+nanotechnology%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Safe handling of nanotechnology.</a> Nature. 444, 267-269 (2006).</li>
<li>Mauter, M., Elimelech, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Environmental+applications+of+carbon-based+nanomaterials%5BTitle%5D)+AND+%22Environ.+Sci.+Technol%22%5BJournal%5D)">Environmental applications of carbon-based nanomaterials.</a> Environ. Sci. Technol. 42 (16), 5843-5859 (2008).</li>
<li>Darka-Kagy, K., Khodadoust, A. P., Reddy, K. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reactivity+of+aluminum+lactate-modified+nanoscale+iron+particles+with+pentachlorophenol+in+soils%5BTitle%5D)+AND+%22Environ.+Eng.+Sci%22%5BJournal%5D)">Reactivity of aluminum lactate-modified nanoscale iron particles with pentachlorophenol in soils.</a> Environ. Eng. Sci. 27 (10), 861-869 (2010).</li>
<li>Lin, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fate+and+transport+of+engineered+nanomaterials+in+the+environment%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Environ.+Qual%22%5BJournal%5D)">Fate and transport of engineered nanomaterials in the environment.</a> J. Environ. Qual. 39 (6), 1896-1908 (2010).</li>
<li>Petersen, E. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Potential+release+pathways%2C+environmental+fate%2C+and+ecological+risks+of+carbon+nanotubes%5BTitle%5D)+AND+%22Environ.+Sci.+Technol%22%5BJournal%5D)">Potential release pathways, environmental fate, and ecological risks of carbon nanotubes.</a> Environ. Sci. Technol. 45 (23), 9837-9856 (2011).</li>
<li>Wiesner, M., Bottero, J. Y. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aWiesner%2C+M+%22Environmental+nanotechnology%22">Environmental nanotechnology</a>. , McGraw-Hill Companies. The Blacklick, OH. (2007).</li>
<li>Klaine, S. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanomaterials+in+the+environment%3A+Behavior%2C+fate%2C+bioavailability%2C+and+effects%5BTitle%5D)+AND+%22Environ.+Toxicol.+Chem%22%5BJournal%5D)">Nanomaterials in the environment: Behavior, fate, bioavailability, and effects.</a> Environ. Toxicol. Chem. 27 (9), 1825-1851 (2008).</li>
<li>Wang, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Toxicity+effects+of+four+typical+nanomaterials+on+the+growth+of+Escherichia+coli%2C+Bacillus+subtilis+and+Agrobacterium+tumefaciens%5BTitle%5D)+AND+%22Environ.+Earth+Sci%22%5BJournal%5D)">Toxicity effects of four typical nanomaterials on the growth of Escherichia coli, Bacillus subtilis and Agrobacterium tumefaciens.</a> Environ. Earth Sci. 65 (6), 1643-1649 (2012).</li>
<li>Shen, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Polyethyleneimine+mediated+functionalization+of+multi-walled+carbon+nanotubes%3A+Synthesis+characterization%2C+and+in+vitro+toxicity+assay%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.+Chem.+C%22%5BJournal%5D)">Polyethyleneimine mediated functionalization of multi-walled carbon nanotubes: Synthesis characterization, and in vitro toxicity assay.</a> J. Phys. Chem. C. 113 (8), 3718-3724 (2009).</li>
<li>Sahithi, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Polymeric+conposites+containing+carbon+nanotubes+for+bone+tissue+engineering%5BTitle%5D)+AND+%22Int.+J.+Biol.+Marcomol%22%5BJournal%5D)">Polymeric conposites containing carbon nanotubes for bone tissue engineering.</a> Int. J. Biol. Marcomol. 46 (3), 281-283 (2010).</li>
<li>Petersen, E., Huang, Q., Weber, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bioaccumulation+of+radio-labeled+carbon+nanotubes+by+Eisnia+Foetida%5BTitle%5D)+AND+%22Environ.+Sci.+Technol%22%5BJournal%5D)">Bioaccumulation of radio-labeled carbon nanotubes by Eisnia Foetida.</a> Environ. Sci. Technol. 42 (8), 3718-3724 (2008).</li>
<li>Gottschalk, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modeled+Enrionmental+concentrations+of+engineered+nanomaterials+for+different+regions%5BTitle%5D)+AND+%22Enrviron.+Sci.+Technol%22%5BJournal%5D)">Modeled Enrionmental concentrations of engineered nanomaterials for different regions.</a> Enrviron. Sci. Technol. 43 (24), 9216-9222 (2009).</li>
<li>Liu, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((et+al.Mobility+of+multiwalled+carbon+nanotubes+in+porous+media.Environ%5BTitle%5D)+AND+%22Sci.+Technol%22%5BJournal%5D)">et al.Mobility of multiwalled carbon nanotubes in porous media.Environ.</a> Sci. Technol. 43 (21), 8153-8158 (2009).</li>
<li>Tian, Y., Gao, B., Ziegler, K. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High+mobility+of+SDBS-dispersed+single-walled+carbon+nanotubes+in+saturated+and+unsaturated+porous%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Hazard.+Mater%22%5BJournal%5D)">High mobility of SDBS-dispersed single-walled carbon nanotubes in saturated and unsaturated porous.</a> J. Hazard. Mater. 186 (2-3), 1766-1772 (2011).</li>
<li>Mattison, N. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Impact+of+porous+media+grain+size+on+the+transport+of+multi-walled+carbon+nanotubes%5BTitle%5D)+AND+%22Environ.+Sci.+Technol%22%5BJournal%5D)">Impact of porous media grain size on the transport of multi-walled carbon nanotubes.</a> Environ. Sci. Technol. 45 (22), 9765-9775 (2011).</li>
<li>Kasel, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Limited+transport+of+functionlized+multi-walled+carbon+nanotubes+in+two+natural+soils%5BTitle%5D)+AND+%22Environ.+Pollution%22%5BJournal%5D)">Limited transport of functionlized multi-walled carbon nanotubes in two natural soils.</a> Environ. Pollution. 180, 152-158 (2013).</li>
<li>Yu, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+humic+acid+and+Tween-80+on+behavior+of+decabromodiphenyl+ether+in+soil+columns%5BTitle%5D)+AND+%22Environ.+Earth+Sci%22%5BJournal%5D)">Effects of humic acid and Tween-80 on behavior of decabromodiphenyl ether in soil columns.</a> Environ. Earth Sci. 69 (5), 1523-1528 (2013).</li>
<li>Jaisi, D. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transport+of+single-walled+carbon+nanotubes+in+porous+media%3A+filtration+mechanisms+and+reversibility%5BTitle%5D)+AND+%22Environ.+Sci.+Technol%22%5BJournal%5D)">Transport of single-walled carbon nanotubes in porous media: filtration mechanisms and reversibility.</a> Environ. Sci. Technol. 42 (22), 8317-8323 (2008).</li>
<li>Tiraferri, A., Tosco, T., Sethi, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transport+and+retention+of+microparticles+in+packed+sand+columns+at+low+and+intermediate+ionic+strengths%3A+experiments+and+mathematical+modeling%5BTitle%5D)+AND+%22Environ.+Earth+Sci%22%5BJournal%5D)">Transport and retention of microparticles in packed sand columns at low and intermediate ionic strengths: experiments and mathematical modeling.</a> Environ. Earth Sci. 63 (4), 847-859 (2011).</li>
<li>Tian, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Deposition+and+transport+of+functionalized+carbon+nanotubes+in+water-saturated+sand+columns%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Hazard.+Mater%22%5BJournal%5D)">Deposition and transport of functionalized carbon nanotubes in water-saturated sand columns.</a> J. Hazard. Mater. 213-214, 265-272 (2012).</li>
<li>Mekonen, A., Sharma, P., Fagerlund, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transport+and+mobilization+of+multiwall+carbon+nanotubes+in+quartz+sand+under+varying+saturation%5BTitle%5D)+AND+%22Environ.+Earth+Sci%22%5BJournal%5D)">Transport and mobilization of multiwall carbon nanotubes in quartz sand under varying saturation.</a> Environ. Earth Sci. 71 (8), 3751-3760 (2014).</li>
<li>Sharma, P., Bao, D., Fagerlund, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Deposition+and+mobilization+of+functionalized+multiwall+carbon+nanotubes+in+saturated+porous+media%3A+effect+of+grain+size%2C+flow+velocity+and+solution+chemistry%5BTitle%5D)+AND+%22Environ.+Earth+Sci%22%5BJournal%5D)">Deposition and mobilization of functionalized multiwall carbon nanotubes in saturated porous media: effect of grain size, flow velocity and solution chemistry.</a> Environ. Earth Sci. , (2014).</li>
<li>Phenrat, T., Lowry, G. V., Hotze, E. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanoparticle+aggregation%3A+challenges+to+understanding+transport+and+reactivity+in+the+environment%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Environ.+Qual%22%5BJournal%5D)">Nanoparticle aggregation: challenges to understanding transport and reactivity in the environment.</a> J. Environ. Qual. 39 (6), 1909-1924 (2010).</li>
<li>Crist, J. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transport+and+retention+mechanisms+of+colloids+in+partially+saturated+porous+media%5BTitle%5D)+AND+%22Vadose+Zone+J%22%5BJournal%5D)">Transport and retention mechanisms of colloids in partially saturated porous media.</a> Vadose Zone J. 4 (1), 184-195 (2005).</li>
<li>Jaisi, D. P., Elimelech, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Single-walled+carbon+nanotubes+exhibit+limited+transport+in+soil+columns%5BTitle%5D)+AND+%22Environ.+Sci.+Technol%22%5BJournal%5D)">Single-walled carbon nanotubes exhibit limited transport in soil columns.</a> Environ. Sci. Technol. 43 (24), 9161-9166 (2009).</li>
<li>Corapcioglu, M. Y., Choi, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modeling+colloid+transport+in+unsaturated+porous+media+and+validation+with+laboratory+column+data%5BTitle%5D)+AND+%22Water+Resour.+Res%22%5BJournal%5D)">Modeling colloid transport in unsaturated porous media and validation with laboratory column data.</a> Water Resour. Res. 32 (12), 3437-3449 (1996).</li>
<li>Wan, J., Wilson, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Colloid+transport+in+unsaturated+porous+media%5BTitle%5D)+AND+%22Water+Resour.+Res%22%5BJournal%5D)">Colloid transport in unsaturated porous media.</a> Water Resour. Res. 30 (4), 857-864 (1994).</li>
<li>Wan, J., Wilson, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Visualization+of+the+role+of+the+gas-water+interface+on+the+fate+and+transport+of+colloids+in+porous+media%5BTitle%5D)+AND+%22Water+Resour.+Res%22%5BJournal%5D)">Visualization of the role of the gas-water interface on the fate and transport of colloids in porous media.</a> Water Resour. Res. 30 (1), 11-24 (1994).</li>
<li>Bradford, S. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Physical+factors+affecting+the+transport+and+fate+of+colloids+in+saturated+porous+media%5BTitle%5D)+AND+%22Water+Resour.+Res%22%5BJournal%5D)">Physical factors affecting the transport and fate of colloids in saturated porous media.</a> Water Resour. Res. 38 (12), (2002).</li>
<li>Bradford, S. A., Torkzaban, S., Walker, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Coupling+of+physical+and+chemical+mechanisms+of+colloid+straining+in+saturated+porous+media%5BTitle%5D)+AND+%22Water+Res%22%5BJournal%5D)">Coupling of physical and chemical mechanisms of colloid straining in saturated porous media.</a> Water Res. 41 (13), 3012-3024 (2007).</li>
</ol>

Los autores declaran que no tienen intereses financieros contrapuestos.

Efecto de funcionalización MWCNT Como muestra la Figura 2 confirma la estabilidad de MWCNTs funcionalizados, la diferencia observada en el volumen eluido de MWCNT era debido a la funcionalización y, en particular debido a la adición de carboxilo (-COOH) grupos a la superficie de las MWCNTs (Figuras 3 y 4). En el proceso de funcionalización similares, la presencia de oxígeno fue confirmada por espectroscopia de rayos X de fot...

Con el reciente desarrollo en nanotecnología que utiliza diferentes tipos de nanopartículas para mejorar algunas de las tecnologías en industrias como la tecnología de la información, la energía, la ciencia del medio ambiente, la medicina, la seguridad nacional, la seguridad alimentaria, y el transporte; un conocimiento profundo del transporte y la retención de las nanopartículas en el suelo y las aguas subterráneas es fundamental para la evaluación de riesgos, así como aplicaciones ambientales de nanopartículas artificiales 1-3. Los nanotubos de carbono (CNTs) son una de las nanopartículas a base de carbono más producidas 2,4. CNTs son la forma larga y cilíndrica de grafeno con un diámetro típicamente por debajo de 100 nm y una longitud en el intervalo de 100 nm a 50 micras. Tienen propiedades únicas, que han acelerado su uso en muchas aplicaciones, tales como la electrónica, la óptica, cosméticos y tecnología biomédica (por ejemplo, materiales compuestos) 5. Con un mayor uso, también hay un mayor rISK a la exposición humana y el efecto sobre la salud, así como las consecuencias ecológicas adversas siguientes CNT y otra disposición nanomateriales de carbono basado en el medio ambiente 5-8. Sin modificaciones de superficie (no funcionalizados), CNTs son extremadamente hidrófobo y tienden a agregarse en una solución acuosa. CNT funcionalizados pueden, sin embargo, permanecen dispersos y estable en soluciones acuosas y se utilizan para fines biomédicos tales como la administración de fármacos 9. Aquí es esencial que los nanotubos de carbono permanecen dispersos y movilizaron, por lo que el fármaco puede ser entregado dentro del cuerpo humano 10. Por otra parte, para reducir los riesgos medioambientales, hay una necesidad de estudios centrados en cómo inmovilizar los CNTs con el fin de evitar su entrada en los acuíferos y los recursos de agua potable 11. Estudios recientes han reportado el efecto tóxico de la CNT en los organismos vivos y también riesgos para los ecosistemas en términos de CNT que entran y se acumulan en la cadena alimentaria, desdeCNT son difíciles de biodegradar 5,8. Incluso con sistemas de barrera en vertederos que contienen nanotubos de carbono, puede ser posible para CNTs pasen a través de las barreras. En tales casos CNT podían entrar en los depósitos de agua subterránea y los cuerpos de agua superficiales. Como las normas de eliminación de la CNT no están bien definidas y mecanismos de transporte, son poco conocidos, una mejor comprensión de la movilidad de los nanotubos de carbono es necesario formular y diseñar sistemas de eliminación adecuada 12. Por lo tanto, es importante para estudiar y comprender el destino y el transporte de los CNT en medios porosos y el efecto de factores físicos y químicos comúnmente presentes en el entorno del subsuelo en la superficie modificada de retención CNT. Un número de investigaciones se han llevado a cabo sobre el efecto de tamaño de grano colector 13-15, velocidad de flujo 16, y propiedades superficiales de los granos 17 en el transporte de nanopartículas en medios porosos. Sin embargo, investigaciones sistemáticas sobre el efecto de solutquímica de iones (tales como el pH y la fuerza iónica) sobre la posible deposición sobre las superficies de colector son todavía limitados 18-20. Además, el impacto combinado de los factores físicos, la solución química del medio, y propiedades de la superficie de los nanotubos de carbono no se entiende bien y varían en diferentes literatura. En este estudio, un método de preparación para la modificación de la superficie de MWCNTs se demostrará junto con una columna a escala de laboratorio sistemática lleno de arena de cuarzo-limpiarse con ácido se utiliza para investigar el transporte, la retención y la removilización de nanotubos de carbono de superficie modificada en medios porosos saturados .

<table><tbody><tr><td>MWCNT</td><td>Cheap Tubes Inc., USA</td><td>sku-03040304</td><td>Comprado como polvo semi-funcionalizado</td></tr><tr><td>Arena de cuarzo</td><td>Sibelco Nordic, Baskarp, Suecia</td><td>B44</td><td>Comprado con más del 91% de arena de sílice</td></tr><tr><td>H2SO4</td><td>VWR</td><td>1.01833.2500</td><td>Pureza del 95%-97%</td></tr><tr><td>HNO3</td><td>VWR</td><td>1.00441.1000</td><td>70% de pureza</td></tr><tr><td>HCl</td><td>VWR</td><td>1.00317.2500</td><td>37%-38% de pureza</td></tr><tr><td>H2O2</td><td>VWR</td><td>23615.248</td><td>30% de pureza</td></tr><tr><td>NaCl</td><td>VWR</td><td>1.06404.0500</td><td>99.5% de pureza</td></tr><tr><td>NaOH</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>S8045-500G</td><td>99.99% purlets&nbsp;</td></tr><tr><td>Homogeneizador ultrasónico</td><td>Biologics Inc. Manassas, Virginia</td><td>Modelo 3000, 0-127-0002</td><td>Operado para un intervalo de tiempo fijo</td></tr><tr><td>Sonicator (baño)</td><td>Kerry Ultrasonic Ltd</td><td>1808</td><td>Sonicador de baño común</td></tr><tr><td>Bomba peristáltica</td><td>Ismantec, Glattbrugg, Suiza</td><td>ISM931</td><td>Trabajo con tubos tygon en la bomba</td></tr><tr><td>Espectrofotómetro</td><td>Hach Lange</td><td>DR500, LPV408.99.0001</td><td>Funciona con cubeta manual y con muestreo automatizado</td></tr><tr><td>Medidor de pH</td><td>Metrohm</td><td>781</td><td>Análisis de pH</td></tr><tr><td>Columna de vidrio</td><td>Chromaflex</td><td>420830-1510</td><td>Columna con tapa ajustable</td></tr><tr><td>Colector de fracciones</td><td>Spectrum Labs Europe</td><td>CF-2, 124846</td><td>Fijo a intervalos regulares de tiempo</td></tr><tr><td>Tubos colectores de fracciones</td><td>VWR</td><td>212-9599</td><td>Tubo</td></tr> <tr>de vidrio de 6 ml de volumen<td>Agitación de placa calefactora</td><td>Thermo Scientific</td><td>SP131320-33</td><td>Temperatura ajustable</td></tr><tr><td>Horno</td><td>Elektro Helios</td><td>259</td><td>Para horno seco de arena</td></tr><tr><td>Balanza</td><td>Mettler Toledo</td><td>AE 160</td><td>Para un peso preciso</td></tr></tbody></table>

transporte de nanotubos de carbono modificado en la superficie a través de una columna de suelo

Transport of Surface-modified Carbon Nanotubes through a Soil Column

Los nanotubos de carbono (CNTs) son nanopartículas ampliamente fabricadas, que se utilizan en una serie de productos de consumo, como artículos deportivos, electrónica y aplicaciones biomédicas. Debido a la aceleración de su producción y uso, los CNT constituyen un riesgo ambiental potencial si se liberan en el suelo y los sistemas de aguas subterráneas. Por lo tanto, es esencial mejorar la comprensión actual del destino ambiental y el transporte de los CNT. El transporte y la retención de CNTs en medios naturales y artificiales se han reportado en la literatura, pero los hallazgos varían ampliamente y, por lo tanto, no son concluyentes. Hay una serie de parámetros físicos y químicos responsables de la variación en la retención y el transporte. En este estudio, se presenta un procedimiento completo de nanotubos de carbono multipared seleccionados (MWCNT) a partir de su modificación de superficie hasta un conjunto completo de experimentos de columna de laboratorio en escenarios físicos y químicos críticos. Los resultados indican que la estabilidad de los MWCNT disponibles comercialmente es crítica con su grupo funcional de superficie adjunto, que también puede influir en el transporte y la retención de MWCNT a través del medio circundante.

Efecto de funcionalización MWCNT La solución MWCNT funcionalizado y dispersa se selló en el vaso de precipitados para permitir que la solución para alcanzar el equilibrio. No había ni sedimentación ni la agregación observada en la solución madre después de la sonicación, como el diámetro hidrodinámico de MWCNT (1619 ± 262 nm) en la solución sigue siendo el mismo durante seis meses de tratamiento con ultrasonidos (Figura 2). Para investigar el efecto de la fu...

Las propiedades de la superficie de una nanopartícula son importantes por su interacción con el medio circundante. Por lo tanto, la modificación de la superficie de los nanotubos de carbono puede ser crítica para su transporte y retención a través de medios porosos. Aquí, se utilizan experimentos en columna a escala de laboratorio para comprender el posible transporte y retención de estas nanopartículas.

Transporte de nanotubos de carbono modificado en la superficie a través de una columna de suelo

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

El objetivo general del siguiente experimento es demostrar un método para la modificación superficial de nanotubos de carbono de múltiples paredes, junto con experimentos en columna a escala de laboratorio para evaluar el transporte, la retención y la removilización de los nanotubos de carbono modificados superficialmente. La funcionalización de los nanotubos de carbono disponibles comercialmente se logra mediante la adición de grupos funcionales carboxílicos e hidroxilos a las superficies de las nanopartículas. Como segundo paso, se prepara una solución estable de nanotubos de carbono para experimentos de columna con flujo continuo.Los experimentos de la columna siguiente se realizan utilizando arena de sílice lavada con ácido y nanotubos de carbono funcionalizados. Después de empaquetar cuidadosamente la arena en la columna, se inyecta la solución estable de nanotubos, seguida de la inyección de la solución de fondo y luego agua desionizada. Los resultados muestran que el proceso de funcionalización tiene un gran impacto en la retención total de nanotubos de carbono de múltiples paredes en los tipos de arena seleccionados.La demostración de este método proporciona una guía para la modificación superficial de nanotubos de carbono y una comprensión del impacto del transporte y la retención de estas nanopartículas en el suelo. La demostración visual de este método es importante porque algunos procedimientos, como la funcionalización de nanopartículas, de lo contrario podrían ser difíciles de reproducir. Un enfoque sistemático mediante experimentos de laboratorio bien controlados es esencial para comprender y diferenciar entre diversos efectos.Sobre el comportamiento del transporte de nanopartículas, parte del procedimiento experimental está siendo realizada por un estudiante en el laboratorio. María dentro de una campana extractora con el equipo de protección personal adecuado transfiere 24 mililitros de ácido sulfúrico concentrado y ocho mililitros de ácido nítrico a un vaso de precipitados sobre papel de aluminio. Pese 32 miligramos de nanotubos de carbono de pared múltiple no tratados y añádalos a la solución ácida.Someta la mezcla de nanotubos y ácido a sonicación durante dos horas a temperatura ambiente. Luego caliente y agite la solución durante cinco horas a 90 grados Celsius. Filtre aproximadamente una cuarta parte de la suspensión de nanotubos a través de un filtro de 0,2 micrones.Vierta la membrana de filtro de PTFE de diámetro con la ayuda de un vacío. Eleve el pH de la mezcla por encima de cinco agregando agua hirviendo durante el proceso de filtración. Luego repita con un filtro nuevo hasta que todo el material haya sido filtrado.Recolecte las membranas de filtro y colóquelas en un desecador bajo vacío durante aproximadamente 24 horas. Una vez que las membranas estén completamente secas, raspe los nanotubos de las membranas y recoja el polvo resultante para experimentos futuros. Para preparar primero el medio poroso, tome ocho mililitros de ácido clorhídrico al 37 % y añádalos a un litro de agua desionizada para obtener una solución 0,1 molar en tres porciones.Mezcle aproximadamente un kilogramo de arena en la solución ácida. Deje reposar la mezcla durante 30 minutos. Luego, vierta cuidadosamente la solución ácida y enjuague la arena con agua desionizada un mínimo de ocho veces.A continuación, agregue 700 mililitros de agua desionizada seguidos de 40 mililitros de peróxido de hidrógeno al 30 % al matraz con arena. Agite el matraz dos veces para mezclar la solución con la arena. Añada 40 mililitros adicionales de peróxido de hidrógeno al 30 % al matraz.Tres veces más mezclando. Después de cada adición, agite la mezcla cada 10 minutos durante un total de 40 minutos, decante la solución y enjuague la arena con agua desionizada al menos ocho veces. Seque la arena en una estufa a 105 grados durante 24 horas y luego déjela enfriar a temperatura ambiente durante dos horas antes de humedecerla.Al empaquetar la columna, prepare la solución de fondo con cloruro de sodio y ajuste el pH con ácido clorhídrico 0,1 molar e hidróxido de sodio 0,1 molar. Obtenga una columna de vidrio de 2,5 centímetros de diámetro y 15 centímetros de longitud con malla de acero de 0,2 milímetros en ambos extremos.Llene y rellene primero el tubo con el trazador hasta la válvula y luego con agua desionizada, eliminando el aire atrapado en el tubo. A continuación, calibre la bomba peristáltica a un caudal de dos mililitros por minuto. Inicie la bomba para llenar la columna desde la parte inferior con la solución de fondo.A medida que sube el nivel del agua, agregue aproximadamente 12 gramos de arena a la vez, hasta un total de 124 gramos. Tape la columna con el filtro de malla cuando haya terminado de llenarla. Cambie la válvula de tres vías a la solución trazadora.Luego, inyecte la solución durante 4,32 volúmenes de poro y recoja muestras del efluente a intervalos de dos minutos, correspondientes a cuatro mililitros por muestra. A continuación, cambie la válvula para usar agua desionizada durante otros 4,32 volúmenes de poro. Para preparar el experimento de transporte, añada 15 miligramos de nanotubos funcionalizados a un vaso de precipitados que contenga 200 mililitros de la solución de fondo, y someta la mezcla a sonicación con una sonda homogeneizadora ultrasónica durante 15 minutos.Luego, agregue 800 mililitros adicionales de solución y haga pasar la solución de fondo de flujo a través de la columna empaquetada con arena. A continuación, inicie la fase uno del experimento cambiando la válvula de tres vías a la solución de nanotubos. Inyecte la solución y recoja las muestras de efluente a intervalos de dos minutos durante 4,32 volúmenes de poro.A continuación, haga fluir la solución de fondo durante otros 4,32 volúmenes de po. Continúe recolectando muestras cada dos minutos. Para la etapa final del experimento, cambie el tubo de inyección por agua desionizada y haga fluir durante otros 4,32 volúmenes de po.De nuevo, recolectando muestras cada dos minutos, detenga la bomba. Al final de esta fase, prepare un espectrofotómetro UV-vis para el análisis de las muestras. Analice mediante barrido todas las muestras de la solución marcadora recolectadas a la longitud de onda apropiada aquí.333 nanómetros y todas las muestras de la solución de nanotubos a 400 nanómetros. Represente los datos de absorbancia frente al tiempo para comprender mejor el transporte y la retención de los nanotubos. Los experimentos se realizaron con nanotubos de carbono de múltiples paredes completamente y menos funcionalizados.La concentración máxima de nanotubos completamente funcionalizados en las muestras recogidas fue mayor, lo que indica que fueron más móviles que los nanotubos menos funcionalizados. A continuación, se evaluaron teóricamente tres tamaños de grano de arena de cuarzo: al disminuir el tamaño de grano, la capacidad máxima de absorción aumenta, lo que implica una mayor deposición. De acuerdo con esto, se movilizaron menos nanotubos a partir de la arena de grano fino que de la arena de grano medio o grueso.Finalmente, se realizaron tres experimentos para investigar el efecto de la velocidad de flujo en la retención de nanotubos. A velocidades más bajas, las concentraciones de nanotubos aumentaron lentamente, y no se alcanzó una concentración constante en el efluente dentro de 4,32 volúmenes de poro. Esto es consistente con estudios previos que indican que las nanopartículas esféricas suelen ser menos móviles y se desplazan más lentamente en fluidos tras su formación.Esta técnica ha permitido a los investigadores estudiar cuidadosamente los diferentes factores físicos y químicos que controlan la movilidad de las nanopartículas, como los nanotubos de carbono en sistemas de suelo y aguas subterráneas. Por lo tanto, se puede evaluar su potencial para dispersarse en el medio ambiente bajo distintas condiciones. Tras ver este video, deberías tener una buena comprensión de cómo realizar modificaciones superficiales de nanotubos de carbono.También ha visto cómo realizar una serie de experimentos en columna para investigar el transporte, la retención y la removilización de nanotubos de carbono en medios forestales saturados.

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Research

Investigación

JoVE Journal

Chemistry

Química

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