Name: 토양 칼럼을 통해 표면 개질 된 카본 나노 튜브의 운송 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-04-02T14:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 26 s
Description: 배우세요 다중벽 탄소나노튜브 표면 개질 및 토양 칼럼을 통한 수송·저류 실험 방법을. 기능화가 다공성 매질에서 나노입자 거동에 미치는 영향을 평가합니다.

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저자는 이 연구의 일부를 지원한 웁살라 대학교 지구과학과의 지원에 감사를 표합니다.

다중 벽 탄소 나노 튜브의 1 기능화 <ol><li> 안전 안경, 장갑 및 실험실 코트를 사용하여, 흄 후드 내부의 전체 작용 단계를 수행합니다. 눈금 실린더를 사용하여 질산 산성 황산 24 ㎖를 8 mL로 측정 한 다음 비이커로 옮긴다. 분석 저울에 주석 호일 컨테이너를 사용하여 비커에 처리되지 않은 다중 벽 탄소 나노 튜브의 32 mg을 추가 (최종 농도는 1 ㎎ / 산 혼합물의 ml를해야한다). </li><li> 첫째, 실온에서 2 시간 동안 초음파 세척기 (목욕)에 MWCNT 산 혼합물 비커를 유지. 그런 다음, 열 및 90에서 5 시간 동안 MWCNT-산 용액을 저어 핫 플레이트를 사용하여 ° C. </li><li> 필터 홀더에 배치 0.2 μm의 세공 직경의 PTFE 멤브레인 필터로 CNT 현탁액을 여과하고 여과를 돕기 위해 진공을 사용한다. 부분에 의해 여과 부분을 수행하고 여러 필터 멤브레인 (하나의 필터에 대한 부분마다 상기 혼합물의 약 1/4 일)를 사용합니다. 끓는 물에 추가혼합물의 pH가 5보다 커질 때까지 여과 공정시에 산 용액을 걸러. </li><li> 이 꺼져 있고 진공 시스템에 아무것도를 소개하지 전에 항상를 주입합니다. 폐액 수집 비커를 사용한다. </li><li> 폐기물 용기에 붓고 여과 산 (폐기물 처리 시설로 폐기물 용기를 보내거나 수돗물 중 적어도 열 배를 가산함으로써 싱크로 덤핑 전에 액체 희석). </li><li> CNT (약 24 시간 건조를 완료하기 위해 음식을 증발로 유지 다중 벽 탄소 나노 튜브와 여과막을 전송하고, 데시 케이 터에 넣어 요리 (실리카겔 약 100g 함유) 및 진공 환경을 생성 (약 1 시간 동안 진공을두고) ). <ol><li> 주걱을 사용하여 조심스럽게 막에서 탄소 나노 튜브를 긁어 깨끗한 용기 내로 입자를 옮긴다. 다중 벽 탄소 나노 튜브 분말의 무게를 측정하고 향후 사용을 위해 컨테이너를 레이블을 붙입니다. </li></ol></li></ol> 2. Poro전송 실험에 대한 우리 미디어 <ol><li> 실리카 모래의 산 세척 0.1 M HCl 용액을 준비합니다. <ol><li> 안전 안경, 장갑, 실험실 코트와 흄 후드 내부의 모든 단계를 수행합니다. 2 L 플라스크에 1 L를 탈 이온수를 추가합니다. 눈금 실린더를 사용하여 37 % 염산 8 mL로 측정한다. </li><li> 조심스럽게 탈 이온수에 염산을 추가합니다. 혼합하기 위해 조심스럽게 플라스크를 흔들어. </li></ol></li><li> 준비된 HCl 용액으로 모래를 씻으십시오. <ol><li> 약 1,000g 모래의 무게를. HCl 용액과 플라스크에 모래의 1/3를 추가하고 모래 (모래마다의 1/3)의 나머지 부분을 추가 한 후 혼합하기 위해 두 번 플라스크를 흔들어. </li><li> 플라스크를 세 번 흔들어 30 분간 모래 산을 둡니다. </li><li> 적어도 8 배를 산 폐액 용기 플라스크에서 액체를 붓고 탈 이온수로 모래를 씻어. </li></ol></li><li> H 2 O 2 용액으로 모래를 씻으십시오. <ol><li> 에 탈 이온수 700 ml에 추가모래 플라스크는 눈금 실린더를 사용하여 2 O 2 30 % 용액 40㎖의 H를 측정한다. </li><li> 모래 플라스크에 H 2 O 2 솔루션을 추가하고 혼합하기 위해 두 번 흔들어. 플라스크에 160 ml의 H 2 O 2 총이 때까지 2 O 2 용액을 3 회 30 % H의 또 다른 (40)를 가하여. </li><li> 흔들어 용액과 모래 매번 혼합하고, 반응이 완료 될 수 있도록 40 ​​분 동안 모래 H 2 O 2 용액을 떠난다. 플라스크를 흔들어 플라스틱 막대 매 10 분에 모래를 저어. </li><li> 싱크대 아래로 액체를 가만히 따르다 30 초 동안 수돗물을 실행합니다. </li></ol></li><li> 씻어 모래를 건조. <ol><li> 탈 이온수와 모래를 씻어 최소 8 시간은 모든 솔루션 제거 또는 반응 생성물을 통해 버려지합니다. 흔들어 세척 할 때 철저하게 약동하십시오. </li><li> 건조 24 시간 동안 오븐 (105 ° C)로 세척 모래 플라스크에 넣고, 다음 사용하여 오븐에서 모래를 취할모래가 식을 때까지 오븐 벙어리 장갑 2 시간 동안 카운터에 둡니다. </li><li> 플라스틱 용기에 깨끗한 모래를 전송합니다. 컨테이너를 표시하고 사용하기위한 준비를 적절한 선반에 배치합니다. </li></ol></li></ol> 3. 열 실험 <ol><li> 배경 용액의 조제. <ol><li> 열 실험에 적합한 배경 솔루션 화학을 준비합니다. </li><li> 다음 실험에 적합한 이온 강도를 달성하기 위해 pH 및 염화나트륨 염을 조정할 0.1 M HCl 및 0.1 M의 NaOH 용액을 사용한다. </li></ol></li><li> 열 선택. <ol><li> 이 실험 (5 및 이온 강도 : 본 연구에서 2 mM의 산도) 2.5 cm 직경 15cm 길이의 유리 열을 선택합니다. 유리관의 양쪽에있는 스틸 메쉬 필터 (0.2 mm)를 사용합니다. </li><li> 컬럼에 연결된 튜브 플러시 및 액체 흐름의 유형을 제어하기 위해 3- 방향 밸브까지 배경 용액으로 기입 (또는 다중 벽 탄소 나노 튜브 용액 (다중 벽 탄소 나노 튜브의 solution 또는 배경 용액)도 1에 도시 된 바와 같이. </li></ol></li><li> 컬럼의 습식 포장. <ol><li> 규모에 깨끗한 모래의 무게를 측정하고 선택한 열 크기 깨끗한 모래 124g을. </li><li> 높은 정밀도 연동 펌프를 사용합니다. 액체 유동의 2 ml / 분을 달성하기 펌프를 보정. </li><li> 수위가 증류탑의 저부 위의 몇 센티미터 때까지 아래로부터 열을 채우기 위해 펌프를 켜고. 열에 한번에 측정 모래의 약 1/10을 넣어하지만 모래 레벨이 열에있는 수위 위에 오지 않는지 확인. 모래 수준 이상으로 유지하기 위해 계속 열로 물 흐름을 계속합니다. </li><li> 완전 충전 후 적절한 필터 메쉬 열 뚜껑을 닫습니다. </li><li> 충전 탑은 적어도 1 시간 동안 흐르게. 칼럼의 개개의 파라미터는 다음 표 1에 나타내었다. </li></ol></li><li> 트레이서 시험. <ol><li> 에스MWCNT 솔루션 실험 이전에 추적 테스트와 열 실험을 타트. </li><li> 실험을 시작하기 위해 (20 ㎎ / L로 음식 색 트레이서를 사용하여) 트레이서 용액에 3 방향 전환 밸브. </li><li> 매 2 분에서 컬럼으로부터 유출을 채취 (즉, 4 ㎖ / 각 샘플링 튜브 내의 샘플)도 1에 도시 된 바와 같이 연결된 분획 수집기를 사용. </li><li> 4.32 세공 용적에 대한 트레이서 용액을 주입 계속 또한 실험의 위상을 I라고 (즉, 용액 모래 충전 탑의 총 세공 빈 공간을 통과 4.32 배). </li><li> 다른 기공 부피 4.32 대 (트레이서 실험의 경우 DI 물) 배경 용액 흐르도록 3 방향 전환 밸브. </li></ol></li><li> 다중 벽 탄소 나노 튜브 용액의 조제. <ol><li> 원하는 solutio로 (수용액 200 ㎖을 함유하는 300 ml의 비이커에 기능화 된 다중 벽 탄소 나노 튜브 15mg의 배치하여 분산, 기능화 된 다중 벽 탄소 나노 튜브 용액을 만들기N 화학 즉, pH가 5 및 2 mM의 이온 전류 실험 조건에서의 강도)과 15 분 동안 40 %의 출력되는 동력을 비커에 넣고 초음파 프로브를 호 모지 나이저 (사용). 15 ㎎ / L의 농도를 달성 MWCNT 동일한 수용액 800 mL를 다른 다중 벽 탄소 나노 튜브 분산 용액을 섞는다. </li><li> 크기와 후 기능화 된 나노 입자의 형상에 대한 스톡 용액의 주사 전자 현미경 (SEM) 이미지 분석을 수행한다. </li></ol></li><li> MWCNT 전송 실험. <ol><li> 열 실험을 시작 MWCNT 용액에 3 방향 전환 밸브. </li><li> 연결된 부분 수집기를 사용하여 매 2 분의 열에서 유출 샘플을 수집합니다. </li><li> 4.32 기공 부피 대 용액 MWCNT (I 실험의 위상)을 주입한다. </li><li> 실험의 단계 II라고 다른 세공 용적 4.32, 배경 용액을 흐르게 3 방향 전환 밸브. </li><li> backgro에의 주입 관 변경상기 실험의 위상 III라고 다른 4.32 세공 용적에 대한 흐름을 계속 (튜브에서 공기의 입구를 피하기 위해 잠시 동안 펌프를 정지 한 후) DI 물 병으로 싶게 용액. </li></ol></li><li> 샘플 분석. <ol><li> 튜브 랙에 분수 집에서 모든 튜브 샘플을 전송합니다. </li><li> , 시료 분석, 즉를위한 UV / VIS 분광 광도계를 준비 수집 된 시료의 정량에 대한 적절한 검사 파장을 찾을 수 있습니다. MWCNT 솔루션 및 추적 솔루션을위한 333 nm 파장 400 nm의를 사용합니다. </li><li> I, II, 및 (이전 단계에서 더 적합하다고 판단하는 경우 또는 상이한 파장) 400 nm의 파장을 사용하는 큐벳 III 및 데이터를 저장하는 단계 동안 컬럼으로부터 수집 된 모든 샘플을 스캔. </li><li> 분광 광도계로부터 데이터를 수집하고 대표적인 결과에 나타낸 바와 같이 (예를 들면, 파과 곡선을 얻기 위해 시간 또는 세공 용적 대 그리면,도3). </li><li> 제타 사이 저를 이용하여 유입 및 유출 샘플의 크기 분석 (수력 학적 직경)을 수행하고, 주사 전자 현미경을 사용하여 두 유출입 샘플에 대한 연구를 수행 시각화. </li></ol></li></ol>

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</ol>

저자는 경쟁하는 금전적 이해관계가 없음을 선언합니다.

다중 벽 탄소 나노 튜브 기능화의 효과 도 2는 작용 화 된 다중 벽 탄소 나노 튜브의 안정성이 확인 된 바와 같이, MWCNT의 용출 부피에서 관측 된 차이는 다중 벽 탄소 나노 튜브의 표면 (-COOH) 그룹에 의한 작용 및 카르복실기의 첨가 특히 때문이었다 (도 3 및도 4). 유사한 작용 화 공정에서 산소의 존재는 X 선 광전자 분광법에 의해 확인 하였다 (14). 이 나노 입자의 표면에 계면 활성제가 첨가하여 현탁액을 안정화시키고 응집을 감소 시킨다는 23 앞서 밝혀졌다. 다른 독립적 인 연구에 따르면, 입자들 사이의 에너지 장벽의 부재에서 응집 된 나노 입자 응집체의 크기 및 증착 속도를 증가시키고 물리적 18,23-25 ​​응력 변형의 발생에 기여한다. 따라서, 집계는 depositio을 증가 가...

정보 기술, 에너지, 환경 과학, 의학, 국토 안보, 식품 안전 및 수송 등의 산업 분야에서 많은 기술을 개선하기 위해 다양한 종류의 나노 입자를 사용하는 나노 기술의 최근 발전과 함께; 토양 및 지하수의 나노 입자의 수송 및 유지에 대한 철저한 이해를 위해 평가뿐만 아니라 나노 입자 설계 1-3의 환경 응용에 중요하다. 탄소 나노 튜브는 대부분의 제조 된 탄소 계 나노 입자 2,4- 중 하나이다. 탄소 나노 튜브는 일반적으로 100 나노 미터 이하의 직경이 50 ㎛ 인 100 nm 범위의 길이를 갖는 그라 펜 길고 원통형이다. 그들은 전자, 광학, 화장품, 생물 의학 기술 (예를 들어, 복합 재료) (5)와 같은 많은 응용 프로그램에서 사용을 가속화 독특한 특성을 보유하고 있습니다. 사용 증가로, 또한 증가 R이인체 노출 및 효과 건강에뿐만 아니라 CNT 및 환경 5-8 다른 탄소 기반 나노 물질 처리 다음과 생태계에 부정적인 영향을 ISK. 지표면 변형 (비관 능화 된)로, 탄소 나노 튜브는 매우 소수성이며 수용액에 응집하는 경향이있다. 기능화 된 탄소 나노 튜브는, 그러나, 분산 수용액에서 안정하고 이러한 약물 전달 9 생물 의학적 용도로 사용된다 남아있을 수있다. 여기에서는 탄소 나노 튜브가 분산 동원 때문에 약물이 인체 (10) 내에 전달 될 ​​수있는 상태로 유지하는 것이 필수적이다. 한편, 환경 위험을 줄이기 위해, 대수층 및 식수 자원 (11)에 그 입구를 방지하기 위해 탄소 나노 튜브를 고정화하는 방법을 중심으로 연구가 필요하다. 최근의 연구는 살아있는 유기체에 탄소 나노 튜브의 독성 효과를보고도 있기 때문에, 입력하고 먹이 사슬에 축적 탄소 나노 튜브의 관점에서 생태계에 위험했다5,8를 생분해 탄소 나노 튜브는 어렵다. 탄소 나노 튜브의 장벽을 통과하기 위해 탄소 나노 튜브를 함유해도 매립 배리어 시스템을 가진 것이 가능할 수있다. 이러한 경우 탄소 나노 튜브는 지하수 저수지 및 표면 수역에 입력 할 수 있습니다. CNT의 폐기 규정이 잘 정의되지 않고 반송기구가 제대로 이해되는 바와 같이, 탄소 나노 튜브의 이동도의 개선 된 이해를 공식화 및 디자인 적절한 폐기 시스템 (12)에 필요하다. 따라서 CNT 보유를 수정 운명과 다공성 매체에서 탄소 나노 튜브의 수송 및 표면에 지하 환경에 일반적으로 존재하는 물리적, 화학적 요인의 효과를 연구하고 이해하는 것이 중요합니다. 다수의 연구는 다공성 매질에서의 나노 입자의 수송에 입자 (17)의 속도 (16), 및 표면 특성, 유동 콜렉터 입경 13-15의 효과에 대해 수행되었다. 오디오 솔루션의 효과에 그러나 체계적인 조사콜렉터 표면 상으로 가능한 증착에 이온 화학 (예 : pH와 이온 강도 등)는 여전히 18 ~ 20를 제한됩니다. 또한, 물리적 요인, 매체의 솔루션 화학, 탄소 나노 튜브의 표면 특성의 결합에 미치는 영향을 잘 이해하고 다른 문헌에서 변화되지 않습니다. 본 연구에서 다중 벽 탄소 나노 튜브의 표면 개질에 대한 제조 방법은, 산 세정 석영 모래를 충전 체계적인 실험실 규모의 컬럼과 함께 설명 될 것이다하는 포화 된 다공성 지지체의 표면 개질 된 탄소 나노 튜브의 반송, 유지 및 재 이동을 조사하기 위해 사용되는 .

<table><tbody><tr><td>MWCNT</td><td>Cheap Tubes Inc., USA</td><td>sku-03040304</td><td>반기능 분말로 구매</td></tr><tr><td>석영 모래</td><td>Sibelco Nordic, Baskarp, Sweden</td><td>B44</td><td>91% 이상의 실리카 샌드와 함께 구매</td></tr><tr><td>2SO4</td><td>VWR</td><td>1.01833.2500</td><td>95%-97% 순도</td></tr><tr><td>HNO3</td><td>VWR</td><td>1.00441.1000</td><td>70% 순도</td></tr><tr><td>HCl</td><td>VWR</td><td>1.00317.2500</td><td>37%-38% 순도</td></tr><tr><td>H2O2</td><td>VWR</td><td>23615.248</td><td>30% 순도</td></tr><tr><td>NaCl</td><td></td><td>VWR 1.06404.0500</td><td>99.5% 순도</td></tr><tr><td>NaOH</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>S8045-500G</td><td>99.99% 순수 펠릿&nbsp;</td></tr><tr><td>초음파 균질화 기</td><td>Biologics Inc. Manassas, Virginia</td><td>Model 3000, 0-127-0002</td><td>고정 시간 간격 작동</td></tr><tr><td>초음파 발생기 (목욕)</td> <td>Kerry Ultrasonic Ltd</td><td>1808</td><td>일반 목욕 초음파 발생기</td></tr><tr><td>연동 펌프</td><td>Ismantec, Glattbrugg, Switzerland</td><td>ISM931</td><td>펌프에서 타이곤 튜빙 작업</td></tr><tr><td>분광 광도계</td><td>Hach Lange</td><td>DR500, LPV408.99.0001</td><td>수동 큐벳 및 자동 샘플링</td></tr><tr><td>pH 측정기</td>로 작동 <td>Metrohm</td><td>781</td><td>pH 분석</td></tr><tr><td>유리 컬럼</td><td>Chromaflex</td><td>420830-1510</td><td>조절 가능한 캡이 있는 컬럼</td></tr><tr><td>분획 분취기</td><td>Spectrum Labs Europe</td><td>CF-2, 124846</td><td>일정한 시간 간격으로 고정</td></tr><tr><td>분획 분취기 튜브</td><td>VWR</td><td>212-9599</td><td>6ml 용량 유리관</td></tr><tr><td>핫 플레이트 교반</td><td>Thermo Scientific</td><td>SP131320-33</td><td>온도 조절 가능한</td></tr><tr><td>오븐</td><td>Elektro Helios</td><td>259</td><td>모래 오븐 건조용</td></tr><tr><td>저울</td><td>Mettler Toledo</td><td>AE 160</td><td>정확한 중량용</td></tr></tbody></table>

토양 칼럼을 통해 표면 개질 된 카본 나노 튜브의 운송

Transport of Surface-modified Carbon Nanotubes through a Soil Column

탄소 나노튜브(CNT)는 널리 제조된 나노 입자로, 스포츠 용품, 전자 제품 및 생물 의학 응용 분야와 같은 여러 소비재에 활용되고 있습니다. 생산 및 사용이 가속화되기 때문에 CNT는 토양 및 지하수 시스템으로 방출될 경우 잠재적인 환경 위험을 초래합니다. 따라서 CNT의 환경적 운명 및 운송에 대한 현재의 이해를 향상시키는 것이 필수적입니다. 자연기도 하고 인공적인 매체에 있는 CNTs의 수송 그리고 보유는 문헌에서 보고되었다, 그러나 발견은 매우 다양하 그러므로 결정적이지 않다. 보유 및 운송의 변동을 담당하는 여러 가지 물리적 및 화학적 매개변수가 있습니다. 이 연구에서는 표면 개질부터 시작하여 중요한 물리적 및 화학적 시나리오에서 완전한 실험실 컬럼 실험 세트에 이르기까지 선택된 다중벽 탄소 나노튜브(MWCNT)의 완전한 절차를 제시합니다. 결과는 상업적으로 이용 가능한 MWCNT의 안정성이 부착된 표면 작용기와 함께 매우 중요하며, 이는 주변 매체를 통한 MWCNT의 수송 및 유지에도 영향을 미칠 수 있음을 나타냅니다.

다중 벽 탄소 나노 튜브 기능화의 효과 기능화 MWCNT 분산 용액 용액 평형에 도달 할 수 있도록 비이커에 밀봉 하였다. 초음파 6 개월 (그림 2)에 대한 동일하게 유지 솔루션 MWCNT의 유체 역학적 직경 (1,619 ± 262 ㎚)로 초음파 처리 후 원액에서 관찰도 침강이나 응집이 있었다. 이동성에 다중 벽 탄소 나노 튜브의 작용의 효과를 조사하기 위해, 열 실험의 두 세트 사용하여 수행 하였다 모두 완벽하게 작용하고 (제조업체로부터 수신) 표 1에 규정 된 실험 조건과 다중 벽 탄소 나노 튜브. 최대 상대 농도 (이하 기능화 덜 작용 다중 벽 탄소 나노 튜브의는 0.65 (그림 3 동안 완전히 기능화 된 다중 벽 탄소 나노 튜브의 C / C 0)), 약 0.75이었다. 덜 작용 다중 벽 탄소 나노 튜브가 검출되었다완전 기능화 된...

나노 입자의 표면 특성은 주변 매체와의 상호 작용에 중요합니다. 그러므로, 탄소 nanotubes의 표면 변형은 다공성 매체를 통해서 그들의 수송 그리고 보유를 위해 결정적인 일 수 있습니다. 여기에서 실험실 규모의 컬럼 실험은 이러한 나노 입자의 가능한 수송 및 체류를 이해하는 데 사용됩니다.

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

다음 실험의 전반적인 목표는 다중벽 탄소 나노튜브의 표면 개질 방법과 더불어, 표면 개질된 탄소 나노튜브의 이동, 유지 및 재이동을 확인하기 위한 실험실 규모의 컬럼 실험을 입증하는 것입니다. 상용 탄소 나노튜브의 기능화는 나노입자 표면에 카보사이클릭 및 하이드록실 기능기를 추가함으로써 이루어집니다. 두 번째 단계로, 컬럼 통과 실험을 위해 탄소 나노튜브의 안정적인 용액을 준비합니다.다음 컬럼 실험은 산 세척된 실리카 모래와 기능화된 탄소 나노튜브를 사용하여 수행합니다. 모래를 컬럼에 조심스럽게 충전한 후, 안정화된 나노튜브 용액을 주입하고, 이어서 배경 용액과 탈이온수를 주입합니다. 결과에 따르면 기능화 과정이 선택된 모래 유형 내 다중벽 탄소 나노튜브의 전체적인 지연 거동에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났습니다.본 방법의 시연은 탄소 나노튜브의 표면 개질을 위한 가이드라인을 제공하며, 토양 내 이러한 나노입자의 이동 및 잔류가 미치는 영향에 대한 이해를 돕습니다. 나노입자 기능화와 같은 일부 절차는 재현하기 어려울 수 있으므로, 본 방법의 시각적 시연이 중요합니다. 다양한 영향 사이의 차이점을 이해하고 구분하기 위해서는 잘 제어된 실험실 실험을 통한 체계적인 접근 방식이 필수적입니다.나노입자의 수송 거동에 대하여, 실험 절차의 일부를 학생이 실험실에서 수행하고 있습니다. Maria는 적절한 개인 보호 장구를 착용한 상태로 흄 후드 내부에서 농축 황산 24 milliliters와 질산 8 milliliters를 알루미늄 호일 위에 놓인 비커로 옮깁니다. 처리되지 않은 다중벽 탄소 나노튜브 32 milligrams를 정밀하게 측정하여 산 용액에 첨가합니다.나노튜브와 산 혼합물을 실온에서 2시간 동안 초음파 처리합니다. 그다음 용액을 90 °C에서 5시간 동안 가열하며 교반합니다. 나노튜브 현탁액의 약 4분의 1을 0.2 µm 필터로 여과합니다.진공 장치를 사용하여 직경 PTFE 필터 막에 부으십시오. 여과 과정 중에 끓는 물을 첨가하여 혼합물의 pH를 5 이상으로 맞추십시오. 그런 다음 모든 물질이 여과될 때까지 새 필터로 이 과정을 반복하십시오.필터 막을 수거하여 진공 데시케이터에 넣고 약 24시간 동안 보관합니다. 막이 완전히 건조되면, 막에서 나노튜브를 긁어내어 생성된 분말을 수집해 향후 실험에 사용합니다. 다공성 매질을 준비하려면, 먼저 37% 염산 8mL를 탈이온수 1L에 세 번에 나누어 첨가하여 0.1M 용액을 만듭니다.약 1kg의 모래를 산 용액에 섞습니다. 혼합물을 30분 동안 그대로 둡니다. 그 다음 산성 용액을 따라내고 탈이온수로 모래를 최소 8회 헹굽니다.다음으로, 모래가 담긴 플라스크에 탈이온수 700 milliliters를 넣고 이어서 30% 과산화수소 40 milliliters를 첨가합니다. 플라스크를 두 번 흔들어 용액과 모래를 혼합합니다. 플라스크에 30% 과산화수소 40 milliliters를 추가로 첨가합니다.세 번 더 혼합합니다. 각 첨가 후, 총 40분 동안 10분마다 혼합물을 저어줍니다. 용액을 데칸테이션(decant)하고 탈이온수로 모래를 최소 8회 헹굽니다. 오븐에서 105°C로 24시간 동안 모래를 건조시킨 후, 습식 분석 전에 실온에서 2시간 동안 식힙니다.컬럼을 패킹하기 위해, 염화나트륨을 사용하여 배경 용액을 준비하고 0.1 M 염산과 0.1 M 수산화나트륨으로 pH를 조절합니다. 양 끝에 0.2 mm 스테인리스 메쉬 필터가 장착된 직경 2.5 cm, 길이 15 cm의 유리 컬럼을 준비합니다.먼저 튜브를 트레이서로 밸브까지 채워 플러싱한 다음, DI water로 채워 튜브 내의 갇힌 공기를 제거합니다. 다음으로, 연동 펌프를 분당 2 mL의 유속으로 보정합니다. 펌프를 작동시켜 컬럼 하단부터 배경 용액을 채웁니다.수위가 높아짐에 따라 모래를 한 번에 약 12g씩, 총 124g이 될 때까지 추가합니다. 충전이 완료되면 메쉬 필터로 컬럼의 윗부분을 덮습니다. 3방향 밸브를 트레이서 용액 쪽으로 전환합니다.그 다음, 용액을 4.32 공극 부피만큼 주입하고, 샘플당 4 mL에 해당하는 2분 간격으로 유출 시료를 수집합니다. 이어서 밸브를 전환하여 탈이온수로 4.32 공극 부피만큼 다시 흘려줍니다. 수송 실험을 준비하기 위해, 배경 용액 200 mL가 담긴 비커에 기능화된 나노튜브 15 mg을 넣고, 초음파 균질기 프로브를 사용하여 혼합물을 15분 동안 초음파 처리합니다.그 후 용액 800 milliliters를 추가로 넣고, 모래가 충전된 컬럼에 배경 용액을 혼합하여 흘려줍니다. 이어서 3방향 밸브를 나노튜브 용액 쪽으로 전환하여 실험의 1단계를 시작합니다. 용액을 주입하고 4.32 pour volumes 동안 2분 간격으로 유출 시료를 수집합니다.다음으로, 배경 용액을 4.32 po 부피만큼 더 흘려줍니다. 2분마다 샘플 수집을 계속합니다. 실험의 마지막 단계에서는 주입 튜브를 탈이온수로 교체하고 4.32 po 부피만큼 더 흘려줍니다.다시 2분마다 샘플을 수집하며 펌프를 정지시킵니다. 이 단계가 끝나면 샘플 분석을 위해 UV-vis 분광광도계를 준비하십시오. 여기서 적절한 파장으로 수집된 모든 트레이서 용액 샘플을 스캔합니다.333 nanometers와 모든 나노 튜브 용액 샘플을 400 nanometers에서 측정합니다. 나노 튜브의 수송 및 잔류를 더 잘 이해하기 위해 흡광도를 시간으로 나타낸 그래프를 작성합니다. 실험은 완전히 기능화된 다중벽 탄소 나노튜브와 덜 기능화된 다중벽 탄소 나노튜브를 사용하여 수행되었습니다.수집된 샘플에서 완전히 기능화된 나노튜브의 최대 농도가 더 높게 나타났으며, 이는 기능화가 덜 된 나노튜브보다 이동성이 더 높음을 나타냅니다. 다음으로 세 가지 다른 입자 크기의 석영사를 평가하였는데, 이론적으로 입자 크기가 감소할수록 최대 흡착 용량이 증가하며, 이는 더 많은 침착이 일어남을 의미합니다. 이와 일치하게, 미세 입자 모래에서는 중간 또는 조립질 모래보다 더 적은 양의 나노튜브가 용출되었습니다.마지막으로, 유속이 나노튜브 유지에 미치는 영향을 조사하기 위해 세 가지 실험을 수행하였습니다. 낮은 속도에서는 나노튜브 농도가 천천히 증가하였으며, 유출수에서 4.32 공극 부피 이내에 안정적인 농도에 도달하지 못했습니다. 이는 구형 나노입자가 유체 발달 후 종종 이동성이 낮고 속도가 더 느리다는 기존 문헌의 내용과 일치합니다.이 기술을 통해 연구자들은 토양 및 지하수 시스템 내의 탄소 나노튜브와 같은 나노입자의 이동성을 제어하는 다양한 물리적, 화학적 요인들을 면밀히 조사할 수 있게 되었습니다. 따라서 다양한 조건 하에서 환경 중으로 확산될 수 있는 잠재력을 평가할 수 있습니다. 이 영상을 시청하고 나면 탄소 나노튜브의 표면 개질을 수행하는 방법에 대해 충분히 이해하게 될 것입니다.또한 포화된 산림 매질 내에서 탄소 나노튜브의 이동, 유지 및 재이동을 조사하는 일련의 컬럼 실험을 수행하는 방법도 살펴보았습니다.

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Research

연구

JoVE Journal

Chemistry

화학

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생체분자 및 염료를 식물에 전달하기 위해 단단하거나 유연한 기판에 수직으로 정렬된 탄소 나노섬유 어레이 사용

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토양 칼럼을 통해 표면 개질 된 카본 나노 튜브의 운송

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