Skuteczna metoda szybkiego i jonoselektywnego odsalania radioaktywnego jodu w kilku roztworach wodnych jest opisana za pomocą filtrów membranowych z octanu celulozy immobilizowanych nanocząstkami złota.
Artykuł metodologiczny
* These authors contributed equally
Skuteczna metoda szybkiego i jonoselektywnego odsalania radioaktywnego jodu w kilku roztworach wodnych jest opisana za pomocą filtrów membranowych z octanu celulozy immobilizowanych nanocząstkami złota.
Tutaj demonstrujemy szczegółowy protokół przygotowania membran kompozytowych z nanomateriałami i jego zastosowania do skutecznego i jonoselektywnego usuwania radioaktywnych jodów. Dzięki zastosowaniu stabilizowanych cytrynianem nanocząstek złota (średnia średnica: 13 nm) i membran z octanu celulozy, łatwo wyprodukowano membrany z octanu celulozy osadzone w nanocząstkach złota (Au-CAM). Nanoadsorbenty na Au-CAM były wysoce stabilne w obecności wysokiego stężenia soli nieorganicznych i cząsteczek organicznych. Jony jodkowe w roztworach wodnych mogą być szybko wychwytywane przez tę inżynieryjną membranę. Dzięki procesowi filtracji przy użyciu jednostki filtrującej zawierającej Au-CAM w krótkim czasie osiągnięto doskonałą skuteczność usuwania (>99%) oraz wynik jonoselektywnego odsalania. Co więcej, Au-CAM zapewniał dobrą wielokrotność użycia bez znacznego spadku jego wydajności. Wyniki te sugerują, że obecna technologia wykorzystująca zmodyfikowaną membranę hybrydową będzie obiecującym procesem dekontaminacji radioaktywnego jodu z odpadów płynnych na dużą skalę.
Przez kilka dziesięcioleci ogromne ilości radioaktywnych odpadów płynnych były generowane przez instytuty medyczne, ośrodki badawcze i reaktory jądrowe. Zanieczyszczenia te często stanowiły namacalne zagrożenie dla środowiska i zdrowia ludzkiego1,2,3. Zwłaszcza radioaktywny jod jest uznawany za jeden z najbardziej niebezpiecznych pierwiastków w wyniku awarii elektrowni jądrowych. Na przykład raport środowiskowy dotyczący reaktora jądrowego w Fukushimie i Czarnobylu wykazał, że ilość uwolnionych do środowiska radioaktywnych jodów, w tym 131I (t1/2 = 8,02 dnia) i 129I (t1/2 = 15,7 miliona lat) była większa niż w przypadku innych radionuklidów4,5. W szczególności narażenie na te izotopy promieniotwórcze skutkowało wysokim wychwytem i wzbogaceniem ludzkiej tarczycy6. Ponadto uwalniane radioaktywne jody mogą powodować poważne zanieczyszczenie gleby, wody morskiej i wód gruntowych ze względu na ich wysoką rozpuszczalność w wodzie. W związku z tym zbadano wiele procesów remediacji z wykorzystaniem różnych adsorbentów nieorganicznych i organicznych w celu wychwytywania radioaktywnych jodów w odpadach wodnych7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20. Chociaż włożono wiele wysiłku w opracowanie zaawansowanych systemów adsorpcyjnych, opracowanie metody dekontaminacji wykazującej zadowalające wyniki w warunkach ciągłego napływu było bardzo ograniczone. Niedawno informowaliśmy o nowatorskim procesie odsalania, który wykazał się dobrą skutecznością usuwania, selektywnością jonową, zrównoważonym rozwojem i możliwością ponownego użycia dzięki zastosowaniu hybrydowych materiałów nanokompozytowych wykonanych z nanocząstek złota (AuNPs)21,22,23. Wśród nich membrany z octanu celulozy osadzone w nanocząstkach złota (Au-CAM) ułatwiły wysoce wydajne odsalanie jonów jodkowych w systemie ciągłego przepływu w porównaniu z istniejącymi materiałami adsorpcyjnymi. Co więcej, cała procedura mogła zostać zakończona w krótkim czasie, co było kolejną zaletą w przypadku przetwarzania odpadów promieniotwórczych powstałych po użyciu w zastosowaniach medycznych i przemysłowych. Ogólnym celem tego manuskryptu jest przedstawienie krok po kroku protokołu przygotowania Au-CAM24. Demonstrujemy również szybki i wygodny proces filtracji do jonoselektywnego wychwytywania radioaktywnego jodu za pomocą zaprojektowanych membran kompozytowych. Szczegółowy protokół zawarty w niniejszym sprawozdaniu zaoferuje użyteczne zastosowanie nanomateriałów w dziedzinie badań naukowych w dziedzinie nauk o środowisku.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
1. Synteza nanocząstek złota stabilizowanych cytrynianem
2. Przygotowanie membrany hybrydowej (Au-CAM)
3. Adsorpcja radioaktywnego jodu przy użyciu Au-CAM w systemie wsadowym
4. Odsalanie radioaktywnego jodu w warunkach ciągłego dopływu
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Pokazaliśmy proste metody wytwarzania Au-CAM przy użyciu stabilizowanych cytrynianem AuNPs i membrany z octanu celulozy (Rysunek 1a). Powierzchnia Au-CAM została zaobserwowana przez SEM, który wykazał, że nanomateriały były stabilnie osadzone na nanowłóknach celulozy (Rysunek 2). Nanocząstki uwięzione na membranie utrzymywały się stabilnie i nie były uwalniane z membrany przez ciągłe przemywanie roztworami wodnymi, takimi ...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
W ostatnim roku opracowano różne inżynieryjne nanomateriały i membrany do usuwania niebezpiecznych metali promieniotwórczych i metali ciężkich z wody w oparciu o ich specyficzną funkcjonalność w technikach adsorpcji 25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36 ...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Ta praca została wsparta grantem badawczym z Narodowej Fundacji Badawczej Korei (numer grantu: 2017M2A2A6A01070858).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Kwas solny | DUKSAN | 1129 | |
| Kwas azotowy | JUNSEI | 37335-1250 | |
| Chloroauktylowy chlorek trójwodny (HAuCl4· 3H2O) | Sigma Aldrich | 254169 | |
| Cytrynian sodu trójzasadowy dwuwodny | Sigma Aldrich | 71402 | |
| [125I]NaI | Perkin-Elmer | NEZ033A010MC | |
| Chlorek sodu | Sigma Aldrich | S9888 | |
| Jodek sodu | Sigma Aldrich | 383112 | |
| Wodorotlenek sodu | Sigma Aldrich | S5881 | |
| L-mleczan litu | Sigma Aldrich | L2250 | Mocz syntetyczny |
| Kwas cytrynowy | Sigma Aldrich | C1909 | Syntetyczny mocz |
| Wodorowęglan sodu | JUNSEI | 43305-1250 | Mocz syntetyczny |
| Mocznik | Sigma Aldrich | U1250 | Mocz syntetyczny |
| Chlorek wapnia | JUNSEI | 18230-0301 | Mocz syntetyczny |
| Siarczan magnezu | SAMCHUN | M0146 | Mocz syntetyczny |
| Diwodorofosforan potasu | JUNSEI | 84185A1250 | Mocz syntetyczny |
| Wodorofosforan dipotasu | JUNSEI | 84120-1250 | Mocz syntetyczny |
| Siarczan sodu | JUNSEI | 83260-1250 | Mocz syntetyczny Chlorek |
| amonu | Sigma | Aldrich A9434 | Mocz syntetyczny |
| Woda morska | Sigma Aldrich | S9148 | |
| 1x PBS | Thermo | SH30256.01 | |
| Membrany z octanu celulozy (wielkość porów: 0,20 μ m, średnica: 25 mm) | Advantec MFS | 25CS045AS | |
| Membrany z octanu celulozy (wielkość porów: 0,20 μ m, średnica: 47 mm) | Advantec MFS | C045A047A | |
| 47 mm | Advantec | MFS KG47(311400) | |
| Szalka Petriego (średnica 50 mm i wysoka 15 mm) | SPL | 10050 | |
| Licznik gamma | Perkin-Elmer | 2480 WIZARD2 | Numer modelu |
| Spektrofotometr UV-vis | Thermo | GENESYS 10 | Numer modelu |
| Transmisyjna mikroskopia elektronowa | Hitachi | H-7650 | Numer modelu |
| Skaningowy mikroskop elektronowy z emisją pola | FEI | Verios 460L | Numer modelu |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE
Poproś o pozwolenie