金ナノ粒子に埋め込まれた膜フィルターを用いた放射性ヨウ素アニオン選択性淡水化の効率的な方法

サマリー

いくつかの水溶液中における放射性ヨウ素の迅速かつイオン選択性の淡水化のための効率的な方法は、金ナノ粒子を固定化したセルロース アセテート膜フィルターを使用して説明します。

要約

ここでは、複合膜のナノ材料に埋め込まれたおよび放射性ヨウ素の効率的かつイオンの除去への応用の準備の詳細プロトコルを示す.クエン酸安定化金ナノ粒子を用いた (平均直径: 13 nm) と酢酸セルロース膜、金ナノ粒子に埋め込まれたセルロース アセテート膜 (Au-CAM) を簡単に行った。Au カムでナノ吸着剤は無機塩および有機分子高濃度の存在下で安定性の高い.水溶液中におけるヨウ化物イオンは、この人工の膜によって急速にキャプチャできます。Au カム含むフィルター ユニット、優れた除去効率を使用してろ過プロセスを通じて (> 99%) と同様、イオン選択性海水淡水化結果が短時間で達成されました。また、Au カムは、その性能が顕著に減少することがなく再利用を提供しました。設計されたハイブリッド膜を利用した現在の技術、液体廃棄物からの放射性ヨウ素の大規模除染の有望なプロセスであることが示唆されました。

概要

数十年、医療機関、研究施設、原子力発電所の放射性液体廃棄物の膨大な量が生成されました。これらの汚染物質は、環境および人間の健康^1,2,3への明白な脅威をよくされています。特に、放射性ヨウ素は、原子力発電所事故から最も危険な要素の 1 つとして認識されます。たとえば、環境報福島とチェルノブイリ原子炉の量は、放射性のヨウ素¹³¹を含むを発表したことを示した (t_1/2 = 8.02 日) と¹²⁹私 (t_1/2 =1570 万年) 環境にいた他の放射性核種の^4,の⁵のそれらより大きかった。特に、これらの放射性同位元素の露出は、高吸収とひと甲状腺⁶にエンリッチメントで起因しました。さらに、リリースされた放射性ヨウ素は水で土壌・海水・地下水の高い容解性のための深刻な汚染を引き起こします。水溶性廃棄物^7,8,9,10で放射性ヨウ素をキャプチャするため、さまざまな無機および有機性吸着剤を用いた修復プロセスの多くを行った^{,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20}. 高度な吸着システムの開発に多大な努力がなされて、連続流の下で満足のいく性能を示す除染方法の確立だった非常に限られました。最近では、我々 は金ナノ粒子 (結果)^21,22のハイブリッド ナノ複合材料を使用して良い除去効率、イオン選択性、持続性、再利用性を示す新しい海水淡水化プロセスを報告^,23。 その中で、金ナノ粒子に埋め込まれたセルロース アセテート膜 (Au-CAM) は比較した既存の吸着材の連続フロー システムの下でヨウ化物イオンの高効率脱塩を促進します。さらに、全体の手順は、医療・産業用アプリケーションで後の使用から生成された核廃棄物の処置のためのもう一つの利点は短時間で終了できます。この原稿の全体的な目標は、Au カム²⁴の準備のためのステップバイ ステップのプロトコルを提供することです。また設計された複合膜を用いた放射性ヨウ素のイオンの捕獲のため迅速で簡便なろ過のプロセスを示します。本報告では詳細なプロトコルはナノ材料環境学研究分野での有用なアプリケーションを提供します。

プロトコル

1. クエン酸安定化金ナノ粒子の合成

1. 3:1 の体積比で 2 首丸底フラスコ (250 mL)、王水、濃塩酸と濃硝酸の混合物を磁気攪拌棒を洗ってください。
   注意: 王水ソリューションは非常に腐食性、爆発可能性があります。 または皮膚火傷細心の注意と処理されていない場合。
2. 徹底的に残留酸水溶液を削除する脱イオン水でガラスをすすいでください。
3. 2 首丸底フラスコ (250 mL) に塩化金酸溶液 (HAuCl₄, 1 mM) 120 mL を加えて一定攪拌下で逆流するそれを熱します。
4. 2 首丸底フラスコに迅速にクエン酸ナトリウム第三 (35 mM) 溶液 12 mL を追加し、金の塩の完全な減少のための別の 20 分間得られた混合物を還流します。
5. 室温まで冷却する (ディープレッド) ナノ粒子のコロイド懸濁液を許可します。
6. 520 の波長紫外可視分光法による金ナノ粒子 (結果) の濃度の測定 nm (2.8 x 10 の消散係数⁸) 石英キュベット (1 cm パスの長さ) を使用します。
7. カーボン被覆銅グリッド (400 メッシュ) 上に金ナノ粒子を懸濁液の一滴を追加し、室温で乾燥します。透過型電子顕微鏡 (TEM) と金ナノ粒子のサイズを測定します。
8. コロイド状金ナノ粒子懸濁液を 4 ° C で維持します。

2. ハイブリッド膜 (Au-CAM) の準備

1. 注射器ユニットを用いた金ナノ粒子に埋め込まれた膜フィルターの準備
   1. セルロース アセテート膜を洗浄 (細孔サイズ: 0.45 μ m, 径: 25 mm) 3 回のフィルター ユニットを脱イオン水 (10 mL) でサポートされています。
   2. クエン酸安定化金ナノ粒子の 10 mL を撤回 (10 nM) 滅菌注射器 (20 mL) とし、ゆっくり中古洗浄セルロース アセテート膜フィルター (図 1) に追加。
   3. 10 ml の脱イオン水フィルター ユニットを 3 回洗浄を固定化した金ナノ粒子を削除します。
      注: セルロース アセテート膜に固定化した金ナノ粒子は非常に安定した、化学的性質の安定性失うことがなく数週間の周囲条件下で Au カムを格納できるため。
2. 真空ポンプによる金ナノ粒子膜フィルターの準備
   1. セルロース アセテート膜を配置 (細孔サイズ: 0.45 μ m, 径: 47 mm) フィルター ホルダー フリット ガラス サポート間 (径: 40 mm) と卒業目標到達プロセス (300 mL)。
   2. ガラスフリット ガラス サポートの組み合わせたユニットを接続し、リカバリ フラスコ (500 mL) と真空ポンプに漏斗を卒業します。
   3. クエン酸安定化金ナノ粒子の 10 mL を追加 (10 nM) 卒業生に漏斗し、セルロース アセテート膜を介してすべての結果が渡されるまで、真空を適用 (約 20 秒)。
   4. 膜の両側に金ナノ粒子を固定化膜の反対側に同じ手順 (ステップ 2.2.3) を繰り返します。
   5. 15 最大加速電圧と高速条件下で走査型電子顕微鏡 (SEM) を使用して Au カムの表面を分析 kV (図 2d)。
      注: 高塩状態でカム Au ナノ粒子の安定性をチェックする 2 時間 1.0 M NaCl 水溶液に浸っていた複合膜と、Au カムの安定性を確認する目視検査を行った。

3. バッチ システムで Au カムを用いた放射性ヨウ素の吸着

1. 放射性ヨウ素を希釈 ([¹²⁵私] ナイ、2.2 MBq) 3 mL の純水、1.0 M の NaCl、か 10 に nM ナイし、シャーレ (50 mm 径 × 15 mm 高さ) に各ソリューションを追加。
   注意: 酸化放射性ヨウ素揮発することができます、適切な鉛シールドで処理する必要があります、バイアルをリードします。炭フィルター換気フードでは、放射のすべての手順を行わなければならないし、実験手順放射能探知機によって監視される必要があります。
2. 放射性ヨウ素の溶液に真空フィルターを使用して準備されている Au カムを配置し、室温でそれらを軽く振る。
3. ペトリ皿から放射性ヨード液の 10 μ L を撤回特定の時間の時点で (0、5、10、30、60、120 分) し、自動の γ-カウンターを使用して因数の放射能を測定します。
4. 120 分後精製水で Au カムを洗うし、膜自動 γ カウンター (図 3) を使用してキャプチャされた放射能の量を測定します。

4 連続的なフローの条件下で放射性ヨウ素の淡水化

1. 放射性ヨウ素アニオンの除去 (¹²⁵私^-) Au カム フィルターを使用して
   1. 50 ml の純水、PBS 1 x, 1.0 M NaCl、0.1 M NaOH、0.1 M HCl、10 mM CsCl、10 mM SrCl₂、合成尿、または海水の放射性ヨウ素 (3.7 MBq) を解散します。
   2. 滅菌シリンジ (50 mL) の各ソリューションの 50 mL を撤回し、シリンジ ポンプ (図 1) を使用して約 1.5 mL/秒のフローのレートで Au カム フィルター ユニットを通過します。
   3. プラスチックバイアル ソリューションで放射能を定量化するために、ろ液 5 mL を転送します。
   4. 自動 γ カウンター (図 4) を使って、濾液溶液中の残留放射能の量を測定します。
2. Au カム フィルターの再利用性試験
   1. 海水 (3.7 MBq/50 mL) や合成の尿で放射性ヨウ素を溶解します。
   2. 滅菌シリンジ (50 mL)、ソリューションの 50 mL を撤回し、シリンジ ポンプを使用して約 1.5 mL/秒のフローのレートで Au カム フィルター ユニットに追加。
   3. Au カム フィルター単体を使用して 7 回の同じ濾過手順 (ステップ 4.2.2) を繰り返します。
   4. プラスチックバイアル ソリューションで放射能を定量化するために、ろ液 5 mL を転送します。
   5. 自動 γ カウンターを用いた 7 つの濾液ソリューションにおける放射能の量を測定します。

結果

Au カム クエン酸安定化金ナノ粒子と酢酸セルロース膜 (図 1、) を使用しての作製のための簡単な方法を説明してきました。Au カムの表面は、ナノ材料がナノファイバー (図 2) に安定的に組み込まれた示した SEM で観察されました。ナノ粒子膜で投獄安定維持され、1.0 M 塩化ナトリウムなどの水溶液を継続的な洗浄による膜からリリースされていません。Au カムの吸着容量は結果²⁴の 1 g あたりのヨウ化物の陰イオンの約 12.2 μmol だった海水淡水化のパフォーマンスを評価する真空アシスト法により作製した Au カムの 2.2 MBq を含む水溶液に浸漬した [¹²⁵私] ナイ (図 1b)。放射性ヨウ素のほとんど 30 分後 (> 99%) ...

ディスカッション

近年、様々 なナノと膜が吸着技術^25,26,に彼らの特定の機能に基づく水質有害放射性金属や重金属を除去する開発されています。^{27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,}

材料

この記事で使用された材料の一覧

名前	会社	カタログ番号	コメント
塩酸	DUKSAN	1129
硝酸	純正	37335-1250
クロロウチン塩化物三水和物 (HAuCl4·3H2O)	Sigma Aldrich	254169
クエン酸ナトリウム三塩基性二水和物	Sigma Aldrich	71402
[125I]NaI	パーキンエルマー	NEZ033A010MC
塩化ナトリウム	Sigma Aldrich	S9888
ヨウ化ナトリウム	Sigma Aldrich	383112
水酸化ナトリウム	Sigma Aldrich	S5881
L-乳酸リチウム	Sigma Aldrich	L2250	合成尿
クエン酸	シグマ Aldrich	C1909	合成尿
炭酸水素	JUNSEI	43305-1250	合成尿
素	Sigma Aldrich	U1250	合成尿
塩化カルシウム	JUNSEI	18230-0301	合成尿
硫酸マグネシウム	SAMCHUN	M0146	合成尿
リン酸二水素カリウム	JUNSEI	84185A1250	合成尿
リン酸二カリウム リン酸水素二カリウム	JUNSEI	84120-1250	合成尿
硫酸	JUNSEI	83260-1250	合成尿
塩化アンモニウム	Sigma Aldrich	A9434	合成尿
海水	Sigma Aldrich	S9148
1x PBS	Thermo	SH30256.01
酢酸セルロースメンブレン(細孔径:0.20 μm、直径:25 mm)	Advantec MFS	25CS045AS
酢酸セルロース膜(細孔サイズ:0.20 μメートル、直径:47ミリメートル)	アドバンテックMFS	C045A047A
47ミリメートルガラス微量分析ホルダー	アドバンテックMFS	KG47(311400)
ペトリ皿(50ミリメートル直径&急性、15ミリメートルの高さ)	SPL	10050
マカウンター	パーキンエル	マー2480ウィザード2	モデル番号
UV-vis分光光度計	サーモ	GENESYS 10	モデル番号
透過型電子顕微鏡	Hitachi	H-7650	型番
電界放出型走査型電子顕微鏡	FEI	Verios 460L	型番