금 나노 입자 포함 멤브레인 필터를 사용 하 여 방사성 요오드 음이온의 선택적 담 수는 효율적인 방법

요약

금 나노 입자 움직일 셀 루 로스 아세테이트 멤브레인 필터를 사용 하 여 여러 수성 솔루션에 방사성 요오드의 신속 하 고 이온 선택적 담 수에 대 한 효율적인 방법 설명 합니다.

초록

여기, 나노 임베디드 복합 막과 방사성 iodines의 효율적이 고 이온 선택적 제거에 응용 프로그램의 준비에 대 한 세부 프로토콜을 설명합니다. 시트르산 안정 금 나노 입자를 사용 하 여 (평균 직경: 13 nm) 및 셀 루 로스 아세테이트 막, 금 나노 입자 포함 셀 루 로스 아세테이트 막 (Au-캠) 조작 쉽게 있다. Au 캠에 나노 adsorbents 매우 안정적인 무기 염, 유기 분자의 높은 농도 존재 했다. 수성 해결책에서 요오드 화 이온이 조작된 막 빠르게 캡처할 수 수 있습니다. Au 캠 포함 필터 유닛, 우수한 제거 효율을 사용 하 여 여과 과정을 통해 (> 99%) 뿐으로 이온-선택적 담 결과 짧은 시간에 달성 했다. 또한, 누구나 캠 그 공연의 상당한 감소 없이 좋은 재사용 제공. 이러한 결과 현재 기술 설계 하이브리드 멤브레인을 사용 하 여 액체 폐기물에서 방사성 요오드의 대규모 오염에 대 한 유망 과정일 것 이다 제안 했다.

서론

몇 십년 동안 엄청난 양의 방사성 액체 폐기물 의료 기관, 연구 시설과 원자로 의해 생성 된. 이러한 오염 물질 종종 환경 및 인간의 건강^1,2,3를 만져 서 위협이 되었습니다. 특히, 방사성 요오드는 원자력 발전소 사고에서 가장 위험한 요소 중 하나로 인식 된다. 예를 들어 환경에 대 한 보고서 후쿠시마와 체르노빌 핵 원자로의 금액 ¹³¹등 방사성 iodines 발표 시연 나 (t_1/2 = 8.02 일) 및 ¹²⁹나 (t_1/2 = 15.7 백만 년) 환경에 다른 방사성^4,5보다 큽니다. 특히, 이러한 radioisotopes 노출 귀착되는 높은 통풍 관 및 인간의 갑 상선⁶농축. 또한, 풀어 놓인된 방사성 iodines 물에 심각한 오염 토양, 해 수 및 지 하 수 때문에 그들의 높은 용 해도 발생할 수 있습니다. 따라서, 다양 한 무기 및 유기 adsorbents를 사용 하 여 업데이트 관리 프로세스의 많은 수성 폐기물^7,8,,910 방사성 iodines 잡으려고 조사 되었습니다. ^{, 11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17 , 18 , 19 , 20}. 광범위 한 노력 고급 adsorbent 시스템의 개발에 대 한 헌신을, 비록 연속 흐름에 조건 만족 스러운 성과 보여주는 정화 방법의 설립은 매우 제한 되었다. 최근, 우리 금 나노 (AuNPs)^21,22 의 하이브리드 나노 복합 재료를 사용 하 여 좋은 제거 효율, 이온 선택도, 지속 가능성, 및 재사용성을 보여주는 소설 담 과정 보고 ^{, 23}. 그들 가운데, 금 나노 입자 포함 셀 루 로스 아세테이트 막 (Au-캠) 기존 adsorbent 물자의 그들과 비교 된 연속 흐름 시스템에서 요오드 화 이온의 고효율 담 수를 촉진. 또한, 인 후 사용 의료 및 산업용 응용 프로그램에서 생성 하는 핵 폐기물의 처리에 대 한 또 다른 장점은 짧은 시간에 모든 절차를 완료 수 있습니다. 이 원고의 전반적인 목표는 Au 캠²⁴의 준비를 위한 단계별 프로토콜을 제공. 우리는 또한 방사성 요오드를 사용 하 여 설계한 복합 막의 이온 선택적 캡처에 대 한 신속 하 고 편리한 여과 과정을 보여 줍니다. 이 보고서에는 자세한 프로토콜 환경 과학의 연구 분야에서 나노 재료의 유용한 응용 프로그램을 제공할 것입니다.

프로토콜

1. 시트르산 안정 금 나노 입자의 합성

1. 워시 두 목 둥근 바닥 플라스 크 (250 mL)와 아쿠아 레 지아, 집중된 한 염 산 및 집중된 한 질소 산의 혼합물 자기 저 어 바 3:1 볼륨 비율에.
   주의: 아쿠아 레 지아 솔루션은 매우 부식성 및 폭발에 발생할 수 있습니다 또는 피부 화상 극단주의 함께 처리 되지 않으면.
2. 잔여 수성 산을 제거 하는 이온된 수로 철저 하 게 유리를 헹 굴.
3. Chloroauric 산 성 솔루션 (HAuCl₄, 1 m m)의 120 mL 두 목 둥근 바닥 플라스 크 (250 mL)을 추가 하 고 지속적인 교에서 역류 성 식도 염을 열.
4. 2 목 둥근 바닥 플라스 크에 나트륨 시트르산 tribasic (35mm) 솔루션의 12 mL를 신속 하 게 추가 하 고 금 소금의 완전 한 감소에 대 한 또 다른 20 분에 대 한 결과 혼합물 역류 성 식도 염.
5. 실 온까지 나노 (딥 레드) 냉각의 콜 로이드 현 탁 액을 허용 합니다.
6. 520의 파장에 대 한 UV 분광학 (AuNPs) 금 나노 입자의 농도 측정 nm (2.8 x 10의 소멸 계수⁸) 석 영 cuvette (1 cm 경로 길이)를 사용 하 여.
7. AuNPs 탄소 코팅 구리 그리드 (400 메쉬)에 현 탁 액의 한 방울을 추가 하 고 실 온에서 건조. 전송 전자 현미경 (TEM)와 AuNPs의 크기를 측정 합니다.
8. 4 ° c.에 콜 로이드 골드 나노 입자 현 탁 액을 유지

2. 하이브리드 막 (Au-캠)의 준비

1. 금 나노 입자 포함 멤브레인 필터 주사기 단위를 사용 하 여의 준비
   1. 셀 룰 로스 아세테이트 멤브레인을 씻어 (기 공 크기: 0.45 μ m, 직경: 25mm) 필터 단위 이온된 수 (10 mL)를 3 번에 대 한 지원.
   2. 시트르산 안정제 AuNPs의 10 mL를 철회 (10 nM) 무 균 주사기 (20 mL) 미리 씻어 셀 루 로스 아세테이트 멤브레인 필터 (그림 1)에 천천히 추가.
   3. 비 움직일 AuNPs 제거 하 이온된 수 10 mL와 필터 단위 세 번을 씻어.
      참고: 셀 룰 로스 아세테이트 멤브레인에 움직일 AuNPs는 매우 안정적인, 그리고 따라서 Au-캠 그들의 화학 재산 또는 안정성의 손실 없이 몇 주 동안 주위 조건 하에서 저장 될 수 있다.
2. 진공 펌프에 의해 금 나노 멤브레인 필터의 준비
   1. 셀 루 로스 아세테이트 막 장소 (기 공 크기: 0.45 μ m, 직경: 47 m m) 필터 홀더 fritted 유리 지원 사이 (직경: 40 mm) 및 졸업된 깔때기 (300 mL).
   2. 유리 fritted 지원의 결합된 단위를 연결 하 고 복구 플라스 크 (500 mL) 및 진공 펌프에 퍼 널을 졸업 했다.
   3. 시트르산 안정제 AuNPs의 10 mL을 추가 (10 nM)는 졸업으로 퍼 널 및 모든 AuNPs 셀 루 로스 아세테이트 멤브레인을 통해 전달 될 때까지 다음 진공을 적용 (약 20 s).
   4. AuNPs 막의 양쪽에 고정 하는 막의 반대편에 같은 절차 (2.2.3 단계)를 반복 합니다.
   5. Au-캠 15 최대 가속 전압으로 높은 성능 조건 스캐닝 전자 현미경 (SEM)을 사용 하 여 표면 분석 kV (그림 2d).
      참고: 높은 염 상태에서 누구나 캠에 나노 입자의 안정성을 확인, 복합 막 었습니다 2 h 1.0 M NaCl 솔루션에 하 고 검사 Au-캠의 안정성을 확인 하 수행 했다.

3. 일괄 처리 시스템에 누구나 카메라를 사용 하 여 방사성 요오드의 흡착

1. 방사성 요오드를 희석 ([¹²⁵나] NaI, 2.2 MBq) 3 ml의 순수한 물, 1.0 M NaCl, 또는 10 nM NaI 페 트리 접시 (50 m m 직경 × 15 mm 높이)으로 각 솔루션을 추가 하 고.
   주의: 산화 방사성 요오드 휘발성 수 적절 한 리드 방패로 처리 되어야 합니다 고 튜브를 리드. 환기가 숯 필터 후드에서 모든 방사선 화학 단계를 수행 해야 합니다 그리고 실험적인 절차 방사능 감지기에 의해 감시 될 필요가 있다.
2. Au-캠 방사성 요오드 솔루션으로 진공 필터를 사용 하 여 준비를 놓고 실 온에서 부드럽게 그들을 흔들어.
3. 페 트리 접시에서 방사성 요오드 솔루션의 10 μ를 철회에서 주어진 시간 점 (0, 5, 10, 30, 60, 120 분) 자동 γ-카운터를 사용 하 여 약 수의 방사능을 측정 하 고.
4. 120 분 후 Au-캠 순화 된 물으로 린스 하 고 자동 γ-카운터 (그림 3)를 사용 하 여 막에서 캡처한 방사능의 양을 측정.

4. 연속 흐름에 조건 하에서 방사성 요오드의 담

1. 방사성 요오드 음이온의 제거 (¹²⁵나^-)는 누구나 캠 필터를 사용 하 여
   1. 순수한 물, PBS 1 x, 1.0 M NaCl, 0.1 M NaOH, 0.1 M HCl, 10 m m CsCl, 10 m m SrCl₂, 합성 소변, 또는 바다 물 50 mL에 방사성 요오드 (3.7 MBq)을 용 해.
   2. 무 균 주사기 (50 mL) 각 솔루션의 50 mL를 철회 하 고 주사기 펌프 (그림 1)를 사용 하 여 약 1.5 mL/s의 전체 유량에서 Au 캠 필터 장치를 통해 전달 합니다.
   3. 솔루션에서 방사능 측정을 위한 플라스틱 유리병에는 여과 액의 5 mL을 전송 합니다.
   4. 자동 γ-카운터 (그림 4)를 사용 하 여 여과 액 솔루션에서 잔여 방사능의 양을 측정 합니다.
2. Au 캠 필터의 재사용성 테스트
   1. 방사성 요오드는 합성 소변 또는 바닷물 (3.7 MBq/50 mL)에 녹.
   2. 무 균 주사기 (50 mL) 솔루션 50 mL를 철회 하 고 주사기 펌프를 사용 하 여 약 1.5 mL/s의 전체 유량에서 Au 캠 필터에 추가 합니다.
   3. 7 번 단일 Au 캠 필터 단위를 사용 하 여 같은 여과 절차 (4.2.2 단계)를 반복 합니다.
   4. 솔루션에서 방사능 측정을 위한 플라스틱 유리병에는 여과 액의 5 mL을 전송 합니다.
   5. 자동 γ-카운터를 사용 하 여 7 filtrate 솔루션에 방사능의 양을 측정 합니다.

결과

우리 누구나 캠 시트르산 안정제 AuNPs 및 셀 루 로스 아세테이트 막 (그림 1a)를 사용 하 여 제작에 대 한 간단한 방법을 설명 했다. Au 캠 표면은 나노 셀 룰 로스 nanofibers (그림 2)에 안정적으로 통합 했다 보여준 SEM으로 관찰 되었다. 나노 멤브레인에 투 옥 되었다 안정적으로 하지 1.0 M NaCl 등 수성 솔루션으로 지속적인 세척 하 여 막에서 발표 했다. Au 캠의 흡착 용량 AuNPs²⁴의 1 g 당 요오드 화물 음이온의 약 12.2 μmol 했다. 담 수 성과 평가 하려면 Au-캠 진공 기반 방법에 의해 준비의 2.2 MBq을 포함 하는 수성 솔루션에 몰입 했다 [¹²⁵나] NaI (그림 1

토론

최근 년에서 다양 한 나노 소재 설계 및 막 개발 된 흡착 기술^25,26, 에 그들의 특정 기능에 따라 물에서 유해 방사성 금속 및 중 금속을 제거 하 ^{27 , 28 , 29 , 30 , 31 , 32 , 33 , 34 , 35 ,}

재료

이 논문에 사용된 재료 목록

이름	회사	카탈로그 번호	댓글
염산	DUKSAN	1129
질산	JUNSEI	37335-1250
클로로아우틱 클로라이드 트리하이드레이트 (HAuCl4· 3H2O)	Sigma Aldrich	254169
구연산나트륨 삼염기성 이수화물	Sigma Aldrich	71402
[125I]NaI	Perkin-Elmer	NEZ033A010MC
염화나트륨	시그마 Aldrich	S9888
요오드화 나트륨	시그마 Aldrich	383112
수산화나트륨	시그마 Aldrich	S5881
리튬 L-젖산	시그마 Aldrich	L2250	합성 소변
구연산	Sigma Aldrich	C1909	합성 소변
탄산수소나트륨	JUNSEI	43305-1250	합성 소변
요소 우레아	시그마 알드리치	U1250	합성 소변
염화칼슘	JUNSEI	18230-0301	합성 소변
황산마그네슘	SAMCHUN	M0146	합성 소변
인산이수소칼	JUNSEI	84185A1250	합성 소변
인산수소 디칼륨	JUNSEI	84120-1250	합성 소변
황산나트륨	JUNSEI	83260-1250	합성 소변
염화 암모늄	시그마 알드리치	A9434	합성 소변
해수	시그마 알드리치	S9148
1x PBS	온도	SH30256.01
셀룰로오스 아세테이트 멤브레인 (기공 크기 : 0.20 μ m, 직경: 25 mm)	Advantec MFS	25CS045AS
셀룰로오스 아세테이트 멤브레인 (기공 크기: 0.20 μ m, 직경: 47mm)	Advantec MFS	C045A047A
47mm 유리 미세 분석 홀더	Advantec MFS	KG47(311400)
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