Name: Trasporto di nanotubi di carbonio modificati superficie attraverso una colonna di terreno (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-04-02T14:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 26 s
Description: Scopri la funzionalizzazione di nanotubi di carbonio multi-parete e il loro trasporto in colonne di terreno. Questo metodo valuta il ritenzione delle nanoparticelle in sabbia silicea per applicazioni ambientali.

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Gli autori desiderano ringraziare il Dipartimento di Scienze della Terra dell'Università di Uppsala per aver sostenuto parte di questa ricerca.

1. Funzionalizzazione di multiwalled nanotubi di carbonio <ol><li> Eseguire l&#39;intera fase di funzionalizzazione all&#39;interno di una cappa aspirante, con occhiali di sicurezza, guanti e camice da laboratorio. Misurare 24 ml di acido solforico e 8 ml di acido nitrato utilizzando un cilindro graduato e poi trasferirli in un becher. Aggiungere 32 mg di MWCNT non trattati in un becher con stagno contenitore della lamina in una bilancia analitica (concentrazione finale dovrebbe essere di 1 mg / ml di miscela di acidi). </li><li> In primo luogo, tenere il bicchiere con MWCNT e la miscela di acido nel pulitore ad ultrasuoni (bagno) per 2 ore a temperatura ambiente. Poi, il calore e mescolare la soluzione MWCNT acido per 5 ore a 90 ° C con un piatto caldo. </li><li> Filtrare la sospensione CNT con un diametro PTFE membrana filtrante 0,2 micron pori posto su un supporto del filtro, e utilizzare il vuoto per aiutare la filtrazione. Eseguire la porzione filtrazione porzione e utilizzare diverse membrane filtranti (circa 1/4 th della miscela sopra per porzione per un filtro). Aggiungere acqua bollentedurante il processo di filtrazione per filtrare la soluzione acida finché il pH della miscela diventa maggiore di 5. </li><li> Sempre rompere il vuoto prima che sia spento e non introdurre nulla nel sistema del vuoto. Utilizzare un bicchiere conico per raccogliere il liquido di scarto. </li><li> Versare acido filtrato in un contenitore per rifiuti (invia il contenitore rifiuti ad un impianto di trattamento dei rifiuti o diluire il liquido prima scarico nel lavandino aggiungendo almeno dieci volte di acqua di rubinetto). </li><li> Trasferire le membrane filtranti con MWCNT trattenuti in evaporazione piatti e mettere i piatti in essiccatore (contiene circa 100 g di gel di silice) e creare un ambiente sotto vuoto (lasciare il vuoto per circa 1 ora) per CNT per completare l&#39;asciugatura (circa 24 ore ). <ol><li> Raschiare le CNT dalle membrane accuratamente con spatola e trasferire le particelle in un contenitore pulito. Pesare la polvere MWCNT ed etichettare il contenitore per uso futuro. </li></ol></li></ol> 2. Porosiamo Media per gli esperimenti di trasporto <ol><li> Preparare 0,1 M HCl soluzione per il lavaggio acido di sabbia silicea. <ol><li> Eseguire tutti questi passaggi all&#39;interno di una cappa aspirante con occhiali di sicurezza, guanti e camice da laboratorio. Aggiungere 1 L di acqua deionizzata in un pallone da 2 L. Misurare 8 ml di 37% HCl utilizzando un cilindro graduato. </li><li> Aggiungere l&#39;HCl in acqua deionizzata con attenzione. Agitare accuratamente il pallone per aiutare la miscelazione. </li></ol></li><li> Lavare la sabbia con la soluzione HCl preparata. <ol><li> Pesare circa 1.000 g sabbia. Aggiungere 1/3 di sabbia nel pallone con la soluzione di HCl e agitare il matraccio due volte per aiutare miscelazione quindi aggiungere resto della sabbia (1/3 della sabbia ogni volta). </li><li> Agitare la beuta per tre volte e lasciare l&#39;acido con sabbia per 30 min. </li><li> Versare il liquido del matraccio a contenitore di rifiuti acidi e risciacquare sabbia con acqua deionizzata almeno 8 volte. </li></ol></li><li> Lavare la sabbia con una soluzione di H 2 O 2. <ol><li> Aggiungere 700 ml di acqua deionizzata inil pallone con sabbia poi misurare 40 ml di 30% H 2 O 2 soluzione con un cilindro graduato. </li><li> Aggiungere la soluzione di H 2 O 2 in beuta con sabbia e agitare due volte per aiutare miscelazione. Quindi aggiungere altri 40 ml di 30% H 2 O 2 soluzione 3 volte finché c&#39;è 160 ml H 2 O 2 totale nel pallone. </li><li> Agitare e miscelare la soluzione e sabbia ogni volta e lasciare la soluzione di H 2 O 2 con sabbia per 40 minuti per consentire la reazione sia completata. Agitare il pallone e mescolare la sabbia con una bacchetta di plastica ogni 10 min. </li><li> Decantare il liquido verso il lavandino e correre l&#39;acqua del rubinetto per 30 sec. </li></ol></li><li> Risciacquare e asciugare la sabbia. <ol><li> Sciacquare sabbia con acqua deionizzata almeno 8 volte per sbarazzarsi di qualsiasi soluzione o lasciati prodotti di reazione. Agitare e mescolare accuratamente durante il risciacquo. </li><li> Mettere matraccio con sabbia sciacquati in un forno (105 ° C) per 24 ore ad asciugare, poi sabbia fuori del forno medianteforno a guanto e lasciare al banco per 2 ore per la sabbia si raffreddi. </li><li> Trasferire la sabbia pulita in un contenitore di plastica. Segnare il contenitore e posizionarlo in un ripiano appropriata per essere pronti per l&#39;uso. </li></ol></li></ol> 3. Esperimenti Colonna <ol><li> Preparazione della soluzione di sfondo. <ol><li> Preparare appropriato chimica soluzione di sfondo per l&#39;esperimento di colonna. </li><li> Utilizzare 0,1 M HCl e 0,1 soluzioni M NaOH per regolare il pH e sale NaCl ottenere un&#39;adeguata forza ionica per il seguente esperimento. </li></ol></li><li> Selezione della colonna. <ol><li> Scegliere una colonna di vetro di 2,5 cm di diametro e lunghezza 15 cm per questo esperimento (pH: 5 e forza ionica: 2 mM nello studio corrente). Utilizzare un filtro a rete di acciaio (0,2 mm) su entrambi i lati della colonna di vetro. </li><li> Lavare i tubi collegati alla colonna e riempire con la soluzione di fondo (o la soluzione MWCNT finché la valvola a 3 vie per controllare il tipo di flusso di liquido (MWCNT solution o soluzione sfondo) come mostrato in Figura 1. </li></ol></li><li> Wet-imballaggio della colonna. <ol><li> Pesare il sabbia pulita su scala e prendere 124 g di sabbia pulita per la dimensione di colonna selezionata. </li><li> Utilizzare una pompa peristaltica di alta precisione. Calibrare la pompa per ottenere 2 ml / min di flusso di liquido. </li><li> Avviare la pompa per riempire la colonna dal basso finché il livello dell&#39;acqua è un paio di centimetri dal fondo della colonna. Mettere circa 1/10 della sabbia misurata alla volta nella colonna ma assicurarsi che il livello di sabbia non arriva al di sopra del livello dell&#39;acqua nella colonna. Continua il flusso d&#39;acqua alla colonna continuamente alloggiare sopra del livello di sabbia. </li><li> Chiudere il tappo colonna con adeguata rete filtrante dopo completo riempimento. </li><li> Lasciare la colonna impaccata di fluire per almeno 1 ora. I singoli parametri della colonna sono indicati nella Tabella 1. </li></ol></li><li> Test Tracer. <ol><li> LA Scrostata dell&#39;esperimento colonna con un test tracciante prima degli esperimenti soluzione MWCNT. </li><li> Accendere la valvola a 3 vie per la soluzione tracciante (con cibo colore tracciante a 20 mg / L) per avviare l&#39;esperimento. </li><li> Raccogliere i campioni deflusso dalla colonna ad ogni 2 min (cioè, 4 ml / campioni in ciascun tubo di campionamento) utilizzando il raccoglitore di frazioni collegato come mostrato nella Figura 1. </li><li> Continua per iniettare la soluzione tracciante per un volume dei pori 4.32 (cioè, la soluzione passa 4,32 volte dello spazio vuoto totale dei pori nella colonna impaccata di sabbia), che è anche chiamata fase I dell&#39;esperimento. </li><li> Accendere la valvola a 3 vie per scorrere la soluzione di fondo (DI acqua in caso di esperimento tracciante) per un altro volume 4.32 pori. </li></ol></li><li> Preparazione della soluzione MWCNT. <ol><li> Fare un, funzionalizzato soluzione MWCNT dispersa mettendo 15 mg di MWCNT funzionalizzate in un bicchiere da 300 ml contenente 200 ml di soluzione acquosa (con solutio desideratan chimica cioè, pH 5 e 2 mM forza ionica nella condizione sperimentale attuale) e utilizzando una sonda omogeneizzatore ad ultrasuoni collocato nel becher (con potenza di 40% per 15 min). Mescolare la soluzione MWCNT dispersa con altri 800 ml della stessa soluzione acquosa per raggiungere la concentrazione MWCNT di 15 mg / L. </li><li> Eseguire microscopia elettronica a scansione (SEM) analisi dell&#39;immagine di soluzione per la loro forma e dimensione della nanoparticella dopo funzionalizzazione. </li></ol></li><li> Esperimento trasporti MWCNT. <ol><li> Accendere la valvola a 3 vie per la soluzione MWCNT per avviare l&#39;esperimento di colonna. </li><li> Raccogliere i campioni deflusso dalla colonna in ogni 2 minuti con il raccoglitore di frazioni collegato. </li><li> Iniettare la soluzione MWCNT per un volume di 4.32 pori (fase I dell&#39;esperimento). </li><li> Accendere la valvola a 3 vie per scorrere la soluzione di fondo per un altro volume 4.32 pori, che si chiama la fase II della sperimentazione. </li><li> Cambiare il tubo di iniezione di background soluzione in bottiglia di acqua DI (dopo l&#39;arresto della pompa per un momento per evitare l&#39;ingresso di aria dal tubo) e continuare il flusso per un altro volume dei pori 4,32, che è chiamata fase III dell&#39;esperimento. </li></ol></li><li> L&#39;analisi dei campioni. <ol><li> Trasferire tutti i campioni tubo da raccoglitore di frazioni in un rack tubo. </li><li> Preparare uno spettrofotometro UV / VIS per l&#39;analisi del campione, vale a dire, scoprire la lunghezza d&#39;onda di scansione appropriato per la quantificazione dei campioni raccolti. Utilizzare 400 nm di una soluzione MWCNT e una lunghezza d&#39;onda 333 nm per soluzione tracciante. </li><li> Scansione di tutti i campioni prelevati dalla colonna durante le fasi I, II, e III utilizzando una cuvetta a 400 nm di lunghezza d&#39;onda (o una lunghezza d&#39;onda diversa se ritenuto più appropriato nel passaggio precedente) e memorizzare i dati. </li><li> Raccogliere i dati dal spettrofotometro e tracciare vs tempo o volume dei pori per ottenere curve innovative come mostrato nei risultati rappresentativi (ad esempio, figura3). </li><li> Effettuare dimensioni di analisi (di diametro idrodinamica) di afflusso e deflusso campioni utilizzando zeta sizer e condurre la visualizzazione studiato per entrambi i campioni di afflusso e deflusso utilizzando la microscopia elettronica a scansione. </li></ol></li></ol>

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Gli autori dichiarano di non avere interessi finanziari concorrenti.

Effetto della funzionalizzazione MWCNT Come mostra la Figura 2 conferma la stabilità del MWCNT funzionalizzati, la differenza osservata volume eluito di MWCNT era dovuto funzionalizzazione e in particolare per l&#39;aggiunta di carbossile (-COOH) gruppi alla superficie dei MWCNT (Figure 3 e 4). Nel processo di funzionalizzazione simile, la presenza di ossigeno è stata confermata mediante spettroscopia fotoelettronica a raggi...

Con il recente sviluppo nel campo delle nanotecnologie che utilizza vari tipi di nanoparticelle per migliorare una serie di tecnologie in settori quali la tecnologia dell&#39;informazione, l&#39;energia, scienze ambientali, medicina, la sicurezza del territorio, la sicurezza alimentare, e il trasporto; una conoscenza approfondita del trasporto e la conservazione di nanoparticelle nel suolo e nelle acque sotterranee è fondamentale per la valutazione del rischio, nonché applicazioni ambientali di nanoparticelle ingegnerizzate 1-3. I nanotubi di carbonio (CNT) sono una delle nanoparticelle a base di carbonio più prodotte 2,4. CNT sono la forma lunga e cilindrica di grafene con diametro tipicamente inferiore a 100 nm e una lunghezza nell&#39;intervallo di 100 nm a 50 micron. Essi hanno proprietà uniche, che hanno accelerato il loro impiego in molte applicazioni, come l&#39;elettronica, ottica, cosmetici e tecnologie biomediche (ad esempio, materiali compositi) 5. Con maggiore uso, vi è anche un aumento risk di esposizione umana e l&#39;effetto sulla salute e conseguenze negative ecologiche seguenti CNT e altri nanomateriali di carbonio basato disposizione per l&#39;ambiente 5-8. Senza modificazioni superficiali (unfunctionalized), CNT sono estremamente idrofoba e tendono ad aggregarsi in una soluzione acquosa. CNT funzionalizzati possono, tuttavia, rimangono disperse e stabile in soluzioni acquose e sono utilizzati a fini biomedici, come la consegna della droga 9. Qui è essenziale che i CNT rimangono dispersi e mobilitate, quindi il farmaco possono essere forniti all&#39;interno del corpo umano 10. D&#39;altra parte, per ridurre i rischi ambientali, vi è la necessità per studi focalizzati su come per immobilizzare i CNT per evitare il loro ingresso in falde acquifere e risorse di acqua potabile 11. Recenti studi hanno riportato l&#39;effetto tossico del CNT sugli organismi viventi e dei rischi anche per gli ecosistemi in termini di CNT che entrano e si accumulano nelle catene alimentari, dal momento cheCNT sono difficili da biodegradare 5,8. Anche con sistemi di sbarramento in discariche contenenti CNT, può essere possibile per CNT di passare attraverso le barriere. In questi casi, i CNT potrebbero entrare in bacini idrici sotterranei ei corpi idrici superficiali. Come regolamenti di smaltimento CNT non sono ben definiti e meccanismi di trasporto sono poco conosciuti, una migliore comprensione della mobilità del CNT è necessario formulare e progettare sistemi appropriati di smaltimento 12. Pertanto, è importante studiare e comprendere il destino e trasporto di CNT in mezzi porosi e l&#39;effetto di fattori fisici e chimici comunemente presenti nell&#39;ambiente sottosuolo sulla superficie modificata ritenzione CNT. Un certo numero di ricerca è stata effettuata sugli effetti della granulometria collettore 13-15, portata 16, e proprietà superficiali dei grani 17 sul trasporto di nanoparticelle nei mezzi porosi. Tuttavia, le indagini sistematiche sugli effetti di soluzioni peion chimica (quali pH e forza ionica) sulla possibile deposizione sulle superfici collettori sono ancora limitate 18-20. Inoltre, l&#39;effetto combinato di fattori fisici, soluzione chimica del mezzo, e proprietà di superficie dei nanotubi di carbonio non è ben compreso e variano in letteratura diversi. In questo studio, un metodo di preparazione per la modifica della superficie di MWCNT sarà dimostrato con una colonna sistematica su scala di laboratorio imballato con acido puliti sabbia di quarzo viene utilizzato per studiare il trasporto, conservazione e rimobilizzazione di CNT-modificato superficiali in mezzi porosi saturi .

<table><tbody><tr><td>MWCNT</td><td>Cheap Tubes Inc., USA</td><td>SKU-03040304</td><td>Acquistato come polvere semi-funzionalizzata</td></tr><tr><td>Sabbia di quarzo</td><td>Sibelco Nordic, Baskarp, Svezia</td><td>B44</td><td>Acquistato con oltre il 91% di sabbia silicea</td></tr><tr><td>H2SO4</td><td>VWR</td><td>1.01833.2500</td><td>95%-97% di purezza</td></tr><tr><td>HNO3</td><td>VWR</td><td>1.00441.1000</td><td>70% di purezza</td></tr><tr><td>HCl</td><td>VWR</td><td>1.00317.2500</td><td>37%-38% di purezza</td></tr><tr><td>H2O2</td><td>VWR</td><td>23615.248</td><td>30% di purezza</td></tr><tr><td>NaCl</td><td>VWR</td><td>1.06404.0500</td><td>99,5% di purezza</td></tr><tr><td>NaOH</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>S8045-500G</td><td>99,99% di pellet pur...</td></tr><tr><td>Omogeneizzatore ad ultrasuoni</td><td>Biologics Inc. Manassas, Virginia</td><td>Modello 3000, 0-127-0002</td><td>Azionato per intervallo di tempo fisso</td></tr><tr><td>Sonicatore (bagno)</td><td>Kerry Ultrasonic Ltd</td><td>1808</td><td>Sonicatore da bagno comune</td></tr><tr><td>Pompa peristaltica</td><td>Ismantec, Glattbrugg, Svizzera</td><td>ISM931</td><td>Funziona con i tubi tygon nella pompa</td></tr><tr><td>Spettrofotometro</td><td>Hach Lange</td><td>DR500, LPV408.99.0001</td><td>Funziona con cuvetta manuale e</td></tr><tr><td>pHmetro</td> a campionamento automatico <td>Analisi del pH</td><td>Metrohm</td><td>781</td></tr><tr><td>Colonna in vetro</td><td>Chromaflex</td><td>420830-1510</td><td>Colonna con tappo regolabile</td></tr><tr><td>Collettore di frazioni</td><td>Spectrum Labs Europe</td><td>CF-2, 124846</td><td>Fisso a intervalli di tempo regolari</td></tr><tr><td>Provette per collettore di frazioni</td><td>VWR</td><td>212-9599</td><td>Provetta</td></tr> <tr>in vetro da 6 ml di volume<td>Agitatore a piastra riscaldante</td><td>Thermo Scientific</td><td>SP131320-33</td><td>Forno a temperatura regolabile</td></tr><tr><td></td><td>Elektro Helios</td><td>259</td><td>Per forno a secco di sabbia</td></tr><tr><td>Bilancia</td><td>Mettler Toledo</td><td>AE 160</td><td>Per un peso preciso</td></tr></tbody></table>

trasporto di nanotubi di carbonio modificati superficie attraverso una colonna di terreno

Transport of Surface-modified Carbon Nanotubes through a Soil Column

I nanotubi di carbonio (CNT) sono nanoparticelle ampiamente prodotte, che vengono utilizzate in una serie di prodotti di consumo, come articoli sportivi, elettronica e applicazioni biomediche. A causa della loro accelerazione nella produzione e nell'uso, i CNT costituiscono un potenziale rischio ambientale se vengono rilasciati nel suolo e nei sistemi idrici sotterranei. È quindi essenziale migliorare l'attuale comprensione del destino ambientale e del trasporto dei CNT. Il trasporto e la ritenzione di CNT in mezzi naturali e artificiali sono stati riportati in letteratura, ma i risultati variano ampiamente e quindi non sono conclusivi. Ci sono una serie di parametri fisici e chimici responsabili della variazione nella ritenzione e nel trasporto. In questo studio, viene presentata una procedura completa di nanotubi di carbonio a parete multipla selezionati (MWCNT) a partire dalla loro modifica superficiale fino a un set completo di esperimenti su colonna di laboratorio in scenari fisici e chimici critici. I risultati indicano che la stabilità dei MWCNT disponibili in commercio è fondamentale con il loro gruppo funzionale di superficie attaccato che può anche influenzare il trasporto e la ritenzione di MWCNT attraverso il mezzo circostante.

Effetto della funzionalizzazione MWCNT La soluzione MWCNT funzionalizzato e dispersa è stato sigillato nel becher per consentire alla soluzione di raggiungere l&#39;equilibrio. Non c&#39;era né sedimentazione né aggregazione osservato nella soluzione di riserva dopo sonicazione, come il diametro idrodinamico MWCNT (1.619 ± 262 nm) nella soluzione è rimasta la stessa per sei mesi di sonicazione (Figura 2). Per studiare l&#39;effetto della funzionalizzazione d...

Le proprietà superficiali di una nanoparticella sono importanti per la loro interazione con il mezzo circostante. Pertanto, la modifica della superficie dei nanotubi di carbonio può essere fondamentale per il loro trasporto e ritenzione attraverso mezzi porosi. Qui, vengono utilizzati esperimenti su colonne su scala di laboratorio per comprendere il possibile trasporto e ritenzione di queste nanoparticelle.

Trasporto di nanotubi di carbonio modificati superficie attraverso una colonna di terreno

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

L'obiettivo generale del seguente esperimento è dimostrare un metodo per la modifica superficiale di nanotubi di carbonio a parete multipla, insieme a esperimenti su colonna su scala di laboratorio per lo studio del trasporto, della ritenzione e della rimobilizzazione dei nanotubi di carbonio modificati sulla superficie. La funzionalizzazione dei nanotubi di carbonio disponibili in commercio viene ottenuta aggiungendo gruppi funzionali carbossilici e idrossilici sulle superfici delle nanoparticelle. Come secondo passaggio, viene preparata una soluzione stabile di nanotubi di carbonio per esperimenti di flusso attraverso colonna.Gli esperimenti con la colonna successiva vengono eseguiti utilizzando sabbia di silice lavata con acido e nanotubi di carbonio funzionalizzati. Dopo aver accuratamente compattato la sabbia nella colonna, viene iniettata la soluzione stabile di nanotubi, seguita dall'iniezione della soluzione tampone e quindi da acqua deionizzata. I risultati mostrano che il processo di funzionalizzazione ha un forte impatto sulla ritenzione complessiva dei nanotubi di carbonio a parete multipla nei tipi di sabbia selezionati.La dimostrazione di questo metodo fornisce una guida per la modifica superficiale dei nanotubi di carbonio e per comprendere l'impatto del trasporto e del ritenzione di queste nanoparticelle nel suolo. Una dimostrazione visiva di questo metodo è importante perché alcune procedure, come la funzionalizzazione delle nanoparticelle, potrebbero altrimenti risultare difficili da riprodurre. Un approccio sistematico, basato su esperimenti di laboratorio ben controllati, è essenziale per comprendere e distinguere tra effetti differenti.Sul comportamento del trasporto delle nanoparticelle, parte della procedura sperimentale viene eseguita da uno studente in laboratorio. Maria, all'interno di una cappa aspirante e con idonei dispositivi di protezione individuale, trasferisce 24 millilitri di acido solforico concentrato e 8 millilitri di acido nitrico in un becher rivestito con carta di alluminio. Pesa 32 milligrammi di nanotubi di carbonio a parete multipla non trattati e li aggiunge alla soluzione acida.Sonicare la miscela di nanotubi e acido per due ore a temperatura ambiente. Successivamente, riscaldare e agitare la soluzione per cinque ore a 90 gradi Celsius. Filtrare circa un quarto della sospensione di nanotubi attraverso un filtro da 0,2 micron.Versare il diametro della membrana filtrante in PTFE con l'aiuto di un vuoto. Portare il pH della miscela a un valore superiore a cinque aggiungendo acqua bollente durante il processo di filtrazione. Ripetere quindi con un filtro nuovo fino a quando tutto il materiale è stato filtrato.Raccogliere le membrane filtranti e posizionarle in un essiccatore sotto vuoto per circa 24 ore. Dopo che le membrane sono completamente essiccate, raschiare i nanotubi dalle membrane e raccogliere la polvere risultante per esperimenti futuri. Per preparare prima il mezzo poroso, prelevare otto millilitri di acido cloridrico al 37% e aggiungerli a un litro di acqua deionizzata, preparando una soluzione 0,1 molare in tre porzioni.Mescolare circa un chilogrammo di sabbia nella soluzione acida. Lasciare riposare la miscela per 30 minuti. Quindi decantare la soluzione acida e risciacquare la sabbia con acqua deionizzata almeno otto volte.Successivamente, aggiungere 700 millilitri di acqua deionizzata seguiti da 40 millilitri di perossido di idrogeno al 30% al matraccio contenente la sabbia. Agitare il matraccio due volte per mescolare la soluzione con la sabbia. Aggiungere altri 40 millilitri di perossido di idrogeno al 30% al matraccio.Mescolare ancora tre volte. Dopo ogni aggiunta, agitare la miscela ogni 10 minuti per un totale di 40 minuti, quindi decantare la soluzione e risciacquare la sabbia con acqua deionizzata almeno otto volte. Essiccare la sabbia in stufa a 105 gradi per 24 ore, quindi lasciarla raffreddare a temperatura ambiente per due ore prima dell'uso in condizioni umide.Per il caricamento della colonna, preparare la soluzione tampone con cloruro di sodio e regolare il pH con acido cloridrico 0,1 molare e idrossido di sodio 0,1 molare. Ottenere una colonna di vetro del diametro di 2,5 centimetri e lunghezza di 15 centimetri con filtri in rete di acciaio da 0,2 millimetri a entrambe le estremità.Svuotare e riempire prima il tubo con il tracciante fino alla valvola, quindi con acqua deionizzata, rimuovendo l'aria intrappolata nel tubo. Successivamente, calibrare la pompa peristaltica a una portata di due millilitri al minuto. Avviare la pompa per riempire la colonna dal basso con la soluzione di fondo.Mentre il livello dell'acqua aumenta, aggiungere circa 12 grammi di sabbia alla volta per un totale di 124 grammi. Chiudere la colonna con il filtro in maglia al termine del riempimento. Ruotare la valvola a tre vie verso la soluzione tracciante.Quindi iniettare la soluzione per 4,32 volumi di poro e raccogliere campioni dell'effluente a intervalli di due minuti, corrispondenti a quattro millilitri per campione. Successivamente, commutare la valvola sull'acqua deionizzata per altri 4,32 volumi di poro. Per preparare l'esperimento di trasporto, aggiungere 15 milligrammi di nanotubi funzionalizzati in un becher contenente 200 millilitri della soluzione di fondo e sottoporre la miscela a sonificazione mediante un'asta sonica per 15 minuti.Quindi aggiungere ulteriori 800 millilitri di soluzione e far passare la soluzione di fondo attraverso la colonna riempita di sabbia. Iniziare quindi la fase uno dell'esperimento commutando la valvola a tre vie sulla soluzione di nanotubi. Iniettare la soluzione e raccogliere i campioni in uscita a intervalli di due minuti per 4,32 volumi di porosità.Successivamente, far scorrere la soluzione di fondo per altri 4,32 volumi di po. Continuare a raccogliere campioni ogni due minuti. Per la fase finale dell'esperimento, sostituire il tubo di iniezione con acqua deionizzata e far scorrere per altri 4,32 volumi di po.Di nuovo, raccogliendo campioni ogni due minuti, arrestare la pompa. Al termine di questa fase, preparare uno spettrofotometro UV-vis per l'analisi dei campioni. Scansionare tutti i campioni della soluzione tracciante raccolti alla lunghezza d'onda appropriata qui.333 nanometri e tutti i campioni della soluzione di nanotubi a 400 nanometri. Riportare i dati di assorbanza in funzione del tempo per comprendere meglio il trasporto e il ritenzione dei nanotubi. Gli esperimenti sono stati eseguiti con nanotubi di carbonio a parete multipla completamente e parzialmente funzionalizzati.La concentrazione massima di nanotubi completamente funzionalizzati nei campioni raccolti era più elevata, indicando che erano più mobili rispetto ai nanotubi meno funzionalizzati. Successivamente, tre dimensioni granulometriche di sabbia di quarzo sono state valutate teoricamente: al diminuire della dimensione dei granuli aumenta la capacità massima di assorbimento, il che implica un maggiore deposito. In accordo con ciò, meno nanotubi sono stati elusi dalla sabbia a grana fine rispetto alla sabbia a grana media o grossolana.Infine, sono stati condotti tre esperimenti per studiare l'effetto della portata sul trattenimento dei nanotubi. A velocità inferiori, le concentrazioni di nanotubi sono aumentate lentamente e non è stata raggiunta una concentrazione costante nel flusso in uscita entro 4,32 volumi porosi. Questo risultato è in accordo con la letteratura precedente, che indica come le nanoparticelle sferiche siano spesso meno mobili e si muovano più lentamente nei fluidi dopo la loro formazione.Questa tecnica ha permesso ai ricercatori di studiare attentamente i diversi fattori fisici e chimici che controllano la mobilità delle nanoparticelle, come i nanotubi di carbonio nei sistemi di suolo e acqua sotterranea. È quindi possibile valutare il loro potenziale di diffusione nell'ambiente in diverse condizioni. Dopo aver visto questo video, si dovrebbe avere una buona comprensione di come eseguire modifiche superficiali dei nanotubi di carbonio.È stato inoltre illustrato come eseguire una serie di esperimenti su colonna volti a studiare il trasporto, il trattenimento e la rimobilizzazione di nanotubi di carbonio in mezzi forestali saturi.

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