Name: Une méthode efficace pour le dessalement sélectif des Anions d’iode radioactif à l’aide du filtre à Membrane de nanoparticules-Embedded or (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-07-13T14:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 28 s
Description: Découvrez une méthode de dessalement sélectif de l'iode radioactif par filtration membranaire utilisant des nanoparticules d'or. Cette technique permet l'élimination rapide et efficace des éléments radioactifs des solutions aqueuses.

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Ce travail a été soutenu par la subvention de recherche de la Fondation de recherche National de Corée (numéro de licence : 2017M2A2A6A01070858).

1. synthèse de nanoparticules d’or Citrate-stabilisé
<ol><li>Laver un ballon à fond rond deux-cou (250 mL) et une barre magnétique remuer avec eau régale, un mélange d’acide chlorhydrique concentré et acide nitrique concentré dans un ratio de 3:1 volume. ATTENTION : eau régale solution est extrêmement corrosive et peut résulter en l’explosion ou la peau brûle si elle n’est pas maniée avec une extrême prudence.</li>
	<li>Rincer la verrerie avec de l’eau déminéralisée pour éliminer l’acide résiduel en solution aqueuse.</li>
	<li>Ajouter 120 mL de solution d’acide chloraurique (HAuCl4, 1 mM) pour le ballon à fond rond deux-cou (250 mL) et chauffer à reflux en agitant.</li>
	<li>Ajouter rapidement des 12 mL de solution de citrate de sodium tribasique (35 mM) pour le ballon à fond rond deux-cou et reflux le mélange pendant 20 min pour la réduction complète du sel or.</li>
	<li>Permettre la suspension colloïdale de nanoparticules (rouge foncé) pour refroidir à température ambiante.</li>
	<li>Mesurer la concentration de nanoparticules or (AuNPs) par spectroscopie UV-visible à une longueur d’onde de 520 nm (coefficient d’extinction de 2,8 x 108) à l’aide d’une cuvette de quartz (longueur de chemin d’accès de 1 cm).</li>
	<li>Ajouter une goutte de suspension de AuNPs vers une grille de cuivre enduit de carbone (400 mesh) et sécher à température ambiante. Mesurer la taille de AuNPs et microscopie électronique à transmission (TEM).</li>
	<li>Garder la suspension colloïdale NANOPARTICULE or à 4 ° C.</li>
</ol>2. Elaboration de membranes hybrides (UA-CAM)
<ol><li>Préparation du filtre à membrane de nanoparticules-embedded or à l’aide d’une unité de seringue<ol>
<li>Laver une membrane d’acétate de cellulose (taille des pores : 0,45 μm, diamètre : 25 mm) pris en charge par une unité de filtre à l’eau désionisée (10 mL) trois fois.</li>
		<li>Retirer 10 mL de AuNPs citrate-stabilisé (10 nM) avec une seringue stérile (20 mL) et l’ajouter lentement dans un filtre à membrane prélavée acétate de cellulose (Figure 1).</li>
		<li>Laver l’ensemble filtrant avec 10 mL d’eau désionisée trois fois pour enlever les AuNPs non immobilisé. Remarque : AuNPs immobilisés sur la membrane de l’acétate de cellulose sont très stables, et donc Au-CAM peut être stocké à température ambiante pendant plusieurs semaines sans la perte de leurs propriétés chimiques ou la stabilité.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Préparation de nanoparticules or filtre à membrane de la pompe à vide<ol>
<li>Placer la membrane de l’acétate de cellulose (taille des pores : 0,45 μm, diamètre : 47 mm) entre un support de verre filtre titulaire frittée (diamètre : 40 mm) et d’un entonnoir gradué (300 mL).</li>
		<li>Connecter une unité combinée de l’appui de verre fritté et diplômé d’entonnoir pour un ballon de récupération (500 mL) et une pompe à vide.</li>
		<li>Ajouter 10 mL de AuNPs citrate-stabilisé (10 nM) dans le gradué en entonnoir, puis l’appliquer sous vide jusqu'à ce que tous les AuNPs sont passés à travers la membrane de l’acétate de cellulose (environ 20 s).</li>
		<li>Répétez la même procédure (étape 2.2.3) de l’autre côté de la membrane pour immobiliser des AuNPs sur les deux côtés de la membrane.</li>
		<li>Analyser la surface des Au-CAM à l’aide de microscope électronique à balayage (SEM) dans les conditions de haute performance avec les tensions d’accélération jusqu'à 15 kV (Figure 2d). Remarque : Pour vérifier la stabilité des nanoparticules sur UA-CAM dans une condition élevée de sel, la membrane composite a été plongée dans une solution de NaCl de 1,0 M pendant 2 h et puis inspection visuelle a été réalisée pour confirmer la stabilité de l’UA-CAM.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. adsorption d’iode radioactif par UA-CAM dans un système discontinu
<ol><li>Diluer l’iode radioactif ([125j’ai] NaI, 2,2 MBq) dans 3 mL d’eau pure, 1,0 M NaCl ou 10 nM NaI et ajouter chaque solution dans une boîte de Pétri (50 mm de diamètre × 15 mm de hauteur). ATTENTION : L’iode radioactif oxydée peut être volatil et doit être manipulé avec des écrans de plomb adéquate et flacons. Toutes les mesures radiochimiques doivent être effectuées sous une hotte ventilée filtrée au charbon de bois, et les procédures expérimentales doivent être surveillés par des détecteurs de radioactivité.</li>
	<li>Placez l’UA-CAM, qui est préparée en utilisant un filtre à vide en solutions d’iode radioactif et secouez-les doucement à température ambiante.</li>
	<li>Retirer 10 μL de la solution d’iode radioactif de la boîte de Pétri à donné des points dans le temps (0, 5, 10, 30, 60, 120 min) et de mesurer la radioactivité de l’aliquote à l’aide de γ-compteur automatique.</li>
	<li>Après 120 min, rincer l’UA-CAM avec de l’eau purifiée et puis en mesurant la quantité de radioactivité capturée sur la membrane à l’aide de γ-compteur automatique (Figure 3).</li>
</ol>4. dessalement d’iode radioactif sous Condition de flux continue
<ol><li>Enlèvement des anions de l’iode radioactif (125j’ai–) à l’aide d’un filtre Au-CAM<ol>
<li>Dissoudre l’iode radioactif (3,7 MBq) dans 50 mL d’eau pure, PBS 1 x, 1,0 M NaCl, 0,1 M NaOH, 0,1 M HCl, 10 mM CsCl, 10 mM LVERS2, urine synthétique ou l’eau de mer.</li>
		<li>Retirer 50 mL de chaque solution avec une seringue stérile (50 mL) et passent par l’unité de filtration Au-CAM à un débit d’environ 1,5 mL/s en utilisant une pompe à seringue (Figure 1).</li>
		<li>Transférer 5 mL du filtrat dans un flacon en plastique pour quantifier la radioactivité dans la solution.</li>
		<li>Mesurer la quantité de radioactivité résiduelle dans la solution du filtrat à l’aide de γ-compteur automatique (Figure 4).</li>
	</ol>
</li>
	<li>Test de réutilisabilité du filtre Au-CAM<ol>
<li>Dissoudre l’iode radioactif dans une urine synthétique ou l’eau de mer (3,7 MBq/50 mL).</li>
		<li>Retirer 50 mL de la solution avec une seringue stérile (50 mL) et l’ajouter dans l’unité de filtration Au-CAM à un débit d’environ 1,5 mL/s à l’aide d’un pousse-seringue.</li>
		<li>Répétez la même procédure de filtration (étape 4.2.2) pour sept fois à l’aide d’une seule unité de filtre Au-CAM.</li>
		<li>Transférer 5 mL du filtrat dans un flacon en plastique pour quantifier la radioactivité dans la solution.</li>
		<li>Mesurer la quantité de radioactivité dans les sept solutions de filtrat à l’aide de γ-compteur automatique.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

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</ol>

Les auteurs n’ont rien à divulguer.

Dans les récentes années, divers nanomatériaux et les membranes ont été développés pour éliminer les métaux radioactifs dangereux et les métaux lourds dans l’eau fondé sur leurs fonctionnalités propres à l’adsorption des techniques25,26, 27 , 28 , 29 , 30 , 31 , ...

Depuis plusieurs décennies, une quantité énorme de déchets liquides radioactifs a été générée par les réacteurs nucléaires, installations de recherche et instituts médicaux. Ces polluants ont souvent été une menace palpable à l’environnement et la santé humaine1,2,3. En particulier, l’iode radioactif est reconnu comme un des éléments plus dangereux des accidents de la centrale nucléaire. Par exemple, un environnement rapport sur la Fukushima et de Tchernobyl réacteur nucléaire ont démontré que la quantité de libérée iodes radioactifs dont 131I (t1/2 = 8,02 jours) et 129je (t1/2 = 15,7 millions d’années) dans l’environnement était plus gros que ceux d’autres radionucléides4,5. En particulier, l’exposition de ces radio-isotopes abouti à haute absorption et enrichissement dans la thyroïde humaine6. En outre, les iodes radioactifs libérés peuvent causer grave contamination des sols, l’eau de mer et l’eau souterraine en raison de leur grande solubilité dans l’eau. Par conséquent, un grand nombre de processus d’assainissement à l’aide de différents adsorbants inorganiques et organiques ont été étudiés pour capturer les iodes radioactifs déchets aqueux7,8,9,10 , 11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17 , 18 , 19 , 20. bien que des efforts considérables ont été consacrés au développement de systèmes avancés de l’adsorbants, la mise en place d’une méthode de décontamination montrant des performances satisfaisantes sous condition de flux continue était très limité. Récemment, nous avons rapporté un procédé de dessalement roman montrant la bonne efficacité, la sélectivité ionique, durabilité et réutilisabilité en utilisant des matériaux nano-composite hybride de nanoparticule or (AuNPs)21,22 , 23. parmi eux, membranes d’acétate de cellulose de nanoparticules-embedded or (UA-CAM) a facilité le dessalement très efficace des ions iodure sous un système de flux continu, comparé à celles des matériaux adsorbants existants. En outre, l’ensemble de la procédure pourrait être fini en peu de temps, qui était un autre avantage pour le traitement des déchets nucléaires produit de l’utilisation dans des applications médicales et industrielles. L’objectif global de ce manuscrit est de fournir un protocole étape par étape pour la préparation de l’UA-CAM24. Nous démontrons également un procédé de filtration rapide et commode pour la capture sélective des ions d’iode radioactif en utilisant les membranes composites machinés. Le protocole détaillé dans le présent rapport offre une application utile de nanomatériaux dans le domaine de la recherche des sciences de l’environnement.

<table><tbody><tr><td>Acide chlorhydrique</td><td>DUKSAN</td><td>1129</td><td></td></tr><tr><td>Acide nitrique&nbsp ;</td><td>JUNSEI</td><td>37335-1250</td><td></td></tr><tr><td>Chlorure de chloroautique trihydraté (HAuCl4&middot ; 3H2O)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>254169</td><td></td></tr><tr><td>Citrate de sodium tribasique dihydraté</td><td>Sigma Aldrich</td><td>71402</td><td></td></tr><tr><td>[125I]NaI&nbsp ;</td><td>Perkin-Elmer</td><td>NEZ033A010MC</td><td></td></tr><tr><td>Chlorure</td><td>de sodium Sigma Aldrich</td><td>S9888</td><td></td></tr><tr><td>Iodure de sodium</td><td>Sigma Aldrich</td><td>383112</td><td></td></tr><tr><td>Hydroxyde de sodium</td><td>Sigma Aldrich</td><td>S5881</td><td></td></tr><tr><td>Lithium L-lactate</td><td>Sigma Aldrich</td><td>L2250</td><td>Urine synthétique</td></tr><tr><td>Acide citrique</td><td>Sigma Aldrich</td><td>C1909</td><td>Synthétique urine</td></tr><tr><td>Hydrogénocarbonate de sodium</td><td>JUNSEI</td><td>43305-1250</td><td>Urine synthétique</td></tr><tr><td>Urea</td><td>Sigma Aldrich</td><td>U1250</td><td>Urine synthétique</td></tr><tr><td>Chlorure de calcium</td><td>JUNSEI</td><td>18230-0301</td><td>Urine synthétique</td></tr><tr><td>Sulfate de magnésium</td><td>SAMCHUN</td><td>M0146</td><td>Urine synthétique</td></tr><tr><td>Dihydrogénophosphate de potassium</td><td>JUNSEI</td><td>84185A1250</td><td>Urine synthétique</td></tr><tr><td>Hydrogénophosphate dipotassique</td><td>JUNSEI</td><td>84120-1250</td><td>Urine synthétique</td></tr><tr><td>Sulfate de sodium</td><td>JUNSEI</td><td>83260-1250</td><td>Urine synthétique</td></tr><tr><td>Chlorure d’ammonium</td><td>Sigma Aldrich</td><td>A9434</td><td>Urine synthétique</td></tr><tr><td>Eau de mer</td><td>Sigma Aldrich</td><td>S9148</td><td></td></tr><tr><td>1x PBS</td><td>Thermo</td><td>SH30256.01</td><td></td></tr><tr><td>Membranes en acétate de cellulose (taille des pores : 0,20 &mu ; m, diamètre : 25 mm)</td><td>Advantec MFS</td><td>25CS045AS</td><td></td></tr><tr><td>Membranes en acétate de cellulose (taille des pores : 0,20 &mu ; m, diamètre : 47 mm)</td><td>Advantec MFS</td><td>C045A047A</td><td></td></tr><tr><td>47 mm Supports de microanalyse en verre</td><td>Advantec MFS</td><td>KG47(311400)</td><td></td></tr><tr><td>Boîte de Pétri (50 mm de diamètre et 15 mm de hauteur aiguë)</td><td>SPL</td><td>10050</td><td></td></tr><tr><td>Compteur gamma</td><td>Perkin-Elmer</td><td>2480 WIZARD2</td><td>Numéro de modèle</td></tr><tr><td>Spectrophotomètre UV-vis</td><td>Thermo</td><td>GENESYS 10</td><td>Numéro de modèle</td></tr><tr><td>Microscopie électronique à transmission</td><td>Hitachi</td><td>H-7650</td><td>Numéro de modèle</td></tr><tr><td>Microscope électronique à balayage par émission de champ</td><td>FEI</td><td>Verios 460L</td><td>Numéro de modèle</td></tr></tbody></table>

une méthode efficace pour le dessalement sélectif des anions d’iode radioactif à l’aide du filtre à membrane de nanoparticules-embedded or

An Efficient Method for Selective Desalination of Radioactive Iodine Anions by Using Gold Nanoparticles-Embedded Membrane Filter

Ici, nous démontrons un protocole de détail pour la préparation des membranes composites nanomatériaux incorporé et son application à l’élimination efficace et sélectives des iodes radioactifs. En utilisant des nanoparticules d’or citrate-stabilisé (diamètre moyen : 13 nm) et les membranes d’acétate de cellulose, or membranes d’acétate de cellulose NANOPARTICULE incorporé (UA-CAM) ont facilement été fabriquées. Les nano-adsorbants sur UA-CAM ont été extrêmement stables en présence de forte concentration de sels inorganiques et de molécules organiques. Les ions iodure dans des solutions aqueuses pourraient rapidement être capturées par cette membrane machinée. Grâce à un procédé de filtration à l’aide d’une unité de filtration contenant UA-CAM, excellente efficacité (> 99 %) aussi bien que sélectives dessalement résultat a été obtenu en peu de temps. En outre, Au-CAM fourni bonne réutilisation sans diminution significative de ses performances. Ces résultats suggèrent que la technologie actuelle en utilisant la membrane machiné hybride sera un processus prometteur pour la décontamination à grande échelle d’iode radioactif de déchets liquides.

Nous avons démontré des méthodes simples pour la confection d’UA-CAM à l’aide de stabilisé citrate AuNPs et acétate de cellulose membrane (Figure 1a). La surface d’UA-CAM a été observée par SEM qui a montré que les nanomatériaux ont été incorporés stablement sur les nanofibres de cellulose (Figure 2). Les nanoparticules incarcérés sur la membrane se sont maintenues de façon stable et n’étaient pas libérés de la m...

Une méthode efficace pour le dessalement rapide et sélective des ions d’iode radioactif dans plusieurs solutions aqueuses est décrit en utilisant des filtres de membrane immobilisée nanoparticules or d’acétate de cellulose.

Une méthode efficace pour le dessalement sélectif des Anions d’iode radioactif à l’aide du filtre à Membrane de nanoparticules-Embedded or

Here, we demonstrate a detail protocol for the preparation of nanomaterials-embedded composite membranes and its application to the efficient and ...

Cette méthode peut aider à répondre à des questions clés dans le domaine du traitement de l’eau et de l’assainissement durable, telles que l’élimination efficace de l’iode radioactif des milieux aqueux en utilisant des matériaux nanocomposites hybrides. La principale ou la meilleure chose de cette technique est que les éléments radioactifs d’un mélange de sel et de substances organiques peuvent être rapidement éliminés par un simple processus de filtration dans une matière très efficace. Une démonstration vidéo de cette question est essentielle car la manipulation et le traitement des déchets liquides radioactifs nécessitent une attention particulière, y compris la protection des personnes et de l’environnement contre la propagation de la contamination radioactive.Ha Eun Shim, une étudiante diplômée de mon laboratoire, fera la démonstration des procédures. Ajoutez 120 millilitres de solution d’acide chloroaurique dans une fiole à fond rond à deux cols lavés et chauffez-la jusqu’à ce qu’elle reflux en remuant constamment. Ajouter rapidement 12 millilitres de solution tribasique de citrate de sodium dans la fiole à fond rond à deux cols.Reflux le mélange obtenu pendant encore 20 minutes pour la réduction complète du sel d’or. Laissez la suspension colloïdale des nanoparticules refroidir à température ambiante. Mesurez la concentration des nanoparticules d’or par spectroscopie UV-Vis à une longueur d’onde de 520 nanomètres à l’aide d’une cuvette en quartz.Maintenant, ajoutez une seule goutte de suspension de nanoparticules d’or sur une grille de cuivre recouverte de carbone de 400 mailles. Séchez la grille à température ambiante avant de mesurer la taille des nanoparticules d’or par microscopie électronique à transmission. Maintenez la suspension de nanoparticules d’or colloïdal à quatre degrés Celsius.Pour préparer le filtre à membrane incrusté de nanoparticules d’or à l’aide d’une seringue, il faut d’abord laver trois fois une membrane d’acétate de cellulose soutenue par une unité de filtration avec de l’eau déminéralisée. Prélevez 10 millilitres de nanoparticules d’or stabilisées au citrate à l’aide d’une seringue stérile et ajoutez-les lentement dans le filtre à membrane en acétate de cellulose prélavé. Lavez trois fois l’unité de filtration avec 10 millilitres d’eau déminéralisée pour éliminer les nanoparticules d’or non immobilisées.Alternativement, pour préparer le filtre à membrane de nanoparticules d’or par pompe à vide, placez la membrane d’acétate de cellulose entre un support en verre fritté porte-filtre et un entonnoir gradué. Connectez une unité combinée du support en verre fritté et de l’entonnoir gradué à un ballon de récupération et à une pompe à vide. Ajoutez 10 millilitres de nanoparticules d’or stabilisées au citrate dans l’entonnoir gradué.Appliquez ensuite un vide jusqu’à ce que toutes les nanoparticules d’or passent à travers la membrane d’acétate de cellulose. Répétez la même procédure de l’autre côté de la membrane pour immobiliser les nanoparticules d’or des deux côtés de la membrane. Analysez la surface de la membrane d’acétate de cellulose incrustée de nanoparticules d’or ou CAM d’or à l’aide de la microscopie électronique à balayage dans des conditions de haute performance avec des tensions d’accélération allant jusqu’à 15 kilovolts.Diluez l’iode radioactif dans trois millilitres d’eau pure, une molaire de chlorure de sodium ou 10 nanomolaires d’iodure de sodium, et ajoutez chaque solution dans une boîte de Pétri. Les directives standard de radioprotection doivent être respectées lorsque l’on travaille avec de l’iode radioactif. Placez le CAM d’or qui a été préparé à l’aide d’un filtre à vide dans les solutions d’iode radioactif.Secouez-les doucement à température ambiante. Prélever 10 microlitres de la solution radioactive d’iode de la boîte de Pétri à des moments donnés. Ensuite, mesurez la radioactivité de l’aliquote à l’aide d’un compteur gamma automatique.Rincez le CAM doré à l’eau purifiée après 120 minutes. Enfin, mesurez la quantité de radioactivité capturée sur la membrane à l’aide du compteur gamma automatique. Pour éliminer les anions d’iode radioactifs à l’aide d’un filtre CAM doré, dissolvez l’iode radioactif dans 50 millilitres de plusieurs solutions aqueuses.Prélevez 50 millilitres de chaque solution à l’aide d’une seringue stérile et passez-la dans l’unité de filtration gold CAM à un débit d’environ 1,5 millilitre par seconde à l’aide d’une unité de seringue. Transférez cinq millilitres de filtrat dans un flacon en plastique pour quantifier la radioactivité de la solution. Mesurez la quantité de radioactivité résiduelle dans la solution de filtrat à l’aide du compteur gamma automatique.Enfin, effectuez le test de réutilisabilité sur le filtre CAM doré comme décrit dans le protocole texte. Après une incubation de 30 minutes, le filtre CAM en or a capturé la majeure partie de l’iode radioactif dans l’eau pure et dans une molaire de chlorure de sodium. D’autre part, l’adsorption de la radioactivité a été complètement inhibée en présence d’iodure de sodium non radioactif car la surface des nanoparticules d’or était occupée par des anions iodure.Les solutions d’iode radioactif ont été passées à travers une unité de filtre contenant du CAM d’or. La quantité de radioactivité résiduelle dans le filtrat a ensuite été mesurée. Une excellente efficacité a été obtenue grâce à l’étape de filtration, diminuant considérablement la concentration d’iode radioactif.En particulier, les performances de dessalement de l’or CAM n’ont pas été supprimées par une forte concentration de sels inorganiques tels que le sodium, le césium et le strontium. De plus, le CAM doré pourrait être réutilisable pour le dessalement répétitif de l’iode radioactif dans l’urine synthétique et l’eau de mer. Bien que cette méthode puisse donner un aperçu de l’assainissement des déchets radioactifs à partir de divers milieux aqueux, elle peut également être appliquée à d’autres radio-isotopes et métaux lourds toxiques en introduisant des chélateurs de métaux et des composites inorganiques à la surface de nanoparticules d’or.À la suite de cette procédure, le système de traitement automatique de l’eau contaminée a pu être exploré et conçu pour la mise en œuvre pratique de cette étude à grande échelle industrielle. N’oubliez pas que travailler avec des matières radioactives peut être extrêmement dangereux et que des précautions telles que des hottes bien ventilées, des protections individuelles et une exposition minimale à des matières dangereuses doivent toujours être prises lors de l’exécution de cette procédure.

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Une méthode efficace pour le dessalement sélectif des Anions d’iode radioactif à l’aide du filtre à Membrane de nanoparticules-Embedded or (Vidéo) | JoVE Journal

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