Эффективный метод для селективного опреснения анионов радиоактивного йода с использованием золотых наночастиц встроенный мембранный фильтр
13 июля 2018 г.
Эффективный метод для быстрого и ионоселективного опреснения радиоактивного йода в несколько водных растворах описан с использованием золотых наночастиц прикол ацетилцеллюлозы мембранные фильтры.
Этот метод может помочь ответить на ключевые вопросы в области очистки воды и устойчивого восстановления, такие как эффективное удаление радиоактивного йода из водных сред с использованием гибридных нанокомпозитных материалов. Главное или самое лучшее в этом методе заключается в том, что радиоактивные элементы в смеси соли и органических веществ могут быть быстро удалены с помощью простого процесса фильтрации в высокоэффективном веществе. Видеодемонстрация этого вопроса имеет решающее значение, поскольку обращение с радиоактивными жидкими отходами и их обработка требуют особой осторожности, включая личную защиту и защиту окружающей среды от распространения радиоактивного загрязнения.
Демонстрировать процедуры будет Ха Ын Шим, аспирант из моей лаборатории. Добавьте 120 миллилитров раствора хлорауриновой кислоты в промытую круглодонную колбу с двумя горлышками и нагрейте ее до рефлегмации при постоянном помешивании. Быстро добавьте 12 миллилитров трехосновного раствора цитрата натрия в круглодонную колбу с двугорлышком.
Обрабатывайте полученной смесью еще 20 минут для полного уменьшения содержания золота в соли. Дайте коллоидной суспензии наночастиц остыть до комнатной температуры. Измерьте концентрацию наночастиц золота с помощью УФ-ВИД спектроскопии на длине волны 520 нанометров с помощью кварцевой кюветы.
Теперь добавьте одну каплю суспензии наночастиц золота на медную сетку с углеродным покрытием 400 меш. Высушите сетку при комнатной температуре перед измерением размера наночастиц золота с помощью просвечивающей электронной микроскопии. Держите суспензию наночастиц коллоидного золота при температуре четыре градуса Цельсия.
Чтобы приготовить мембранный фильтр с наночастицами золота с помощью шприца, сначала трижды промойте мембрану из ацетата целлюлозы, поддерживаемую фильтрующей установкой, деионизированной водой. Стерильным шприцем извлеките 10 миллилитров стабилизированных цитратом наночастиц золота и медленно добавьте их в предварительно промытый мембранный фильтр из ацетата целлюлозы. Трижды промойте фильтрующий блок 10 миллилитрами деионизированной воды, чтобы удалить неиммобилизованные наночастицы золота.
В качестве альтернативы, чтобы подготовить мембранный фильтр из наночастиц золота с помощью вакуумного насоса, поместите мембрану из ацетата целлюлозы между держателем фильтра, фриттированной стеклянной опорой и градуированной воронкой. Подключите комбинированный узел опоры из фриттованного стекла и градуированной воронки к колбе для восстановления и вакуумному насосу. Добавьте 10 миллилитров стабилизированных цитратом наночастиц золота в градуированную воронку.
Затем применяйте вакуум до тех пор, пока все наночастицы золота не пройдут через мембрану из ацетата целлюлозы. Повторите ту же процедуру с другой стороны мембраны, чтобы обездвижить наночастицы золота с обеих сторон мембраны. Проанализируйте поверхность мембраны из ацетата целлюлозы с наночастицами золота или CAM золота с помощью сканирующей электронной микроскопии в условиях высокой производительности с ускоряющими напряжениями до 15 киловольт.
Разведите радиоактивный йод в трех миллилитрах чистой воды, одном молярном хлориде натрия или 10 наномолярах йодида натрия и добавьте каждый раствор в чашку Петри. При работе с радиоактивным йодом следует соблюдать стандартные рекомендации по радиационной безопасности. Поместите золотой CAM, полученный с помощью вакуумного фильтра, в растворы радиоактивного йода.
Осторожно встряхните их при комнатной температуре. Извлеките 10 микролитров раствора радиоактивного йода из чашки Петри в заданные моменты времени. Затем измерьте радиоактивность аликвоты с помощью автоматического гамма-счетчика.
Промойте золотой CAM очищенной водой через 120 минут. Наконец, измерьте количество радиоактивности, захваченной мембраной, с помощью автоматического гамма-счетчика. Чтобы удалить анионы радиоактивного йода с помощью золотого фильтра CAM, растворите радиоактивный йод в 50 миллилитрах нескольких водных растворов.
Наберите по 50 миллилитров каждого раствора с помощью стерильного шприца и пропустите его через блок фильтрации gold CAM со скоростью потока около 1,5 миллилитров в секунду с помощью шприцевого блока. Перелейте пять миллилитров фильтрата в пластиковый флакон для количественного определения радиоактивности в растворе. Измерьте количество остаточной радиоактивности в растворе фильтрата с помощью автоматического гамма-счетчика.
Наконец, проведите тест на возможность повторного использования золотого фильтра CAM, как описано в текстовом протоколе. После 30-минутной инкубации золотой фильтр CAM улавливал большую часть радиоактивного йода в чистой воде и в одном моляре хлорида натрия. С другой стороны, адсорбция радиоактивности полностью ингибировалась в присутствии нерадиоактивного йодида натрия, поскольку поверхность наночастиц золота была занята анионами йодида.
Растворы радиоактивного йода пропускали через фильтрующую установку, содержащую золото CAM. Затем измеряли количество остаточной радиоактивности в фильтрате. Превосходная эффективность была получена за счет ступени фильтрации, что значительно снизило концентрацию радиоактивного йода.
В частности, эффективность опреснения золота CAM не подавлялась высокой концентрацией неорганических солей, таких как натрий, цезий и стронций. Кроме того, золотой CAM может быть повторно использован для многократного опреснения радиоактивного йода в синтетической моче и морской воде. Хотя этот метод может дать представление о восстановлении радиоактивных отходов из различных водных сред, он также может быть применен к другим радиоизотопам и токсичным тяжелым металлам путем введения металлических хелаторов и неорганических композитов на поверхность наночастиц золота.
После этой процедуры может быть изучена автоматическая система очистки загрязненной воды и спроектирована для практической реализации этого исследования в больших промышленных масштабах. Не забывайте, что работа с радиоактивными материалами может быть чрезвычайно опасной, и при выполнении этой процедуры всегда следует соблюдать меры предосторожности, такие как хорошо вентилируемые вытяжные шкафы, средства индивидуальной защиты и минимальное воздействие опасных материалов.
Просмотрите полный транскрипт и получите доступ к тысячам научных видео
Обзор
В данной статье описывается эффективный метод быстрого и ион-селективного обессоливания радиоактивного йода из водных растворов с использованием мембранных фильтров из ацетата целлюлозы с иммобилизованными наночастицами золота. Данный метод позволяет эффективно удалять радиоактивные элементы и органические вещества с помощью простого процесса фильтрации.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Очистка воды
- Рекультивация окружающей среды
- Нанотехнологии
Теоретическая справка
- Радиоактивный йод представляет значительный риск для окружающей среды и здоровья человека.
- Традиционные методы удаления могут быть неэффективными и сложными.
- Гибридные нанокомпозитные материалы предлагают перспективную альтернативу.
- Методы фильтрации позволяют упростить процесс очистки.
Цель исследования
- Разработать экспресс-метод удаления радиоактивного йода из воды.
- Продемонстрировать эффективность золотых наночастиц при фильтрации.
- Предложить безопасное и эффективное решение для управления радиоактивными отходами.
Используемые методы
- Приготовление наночастиц золота с использованием хлороауриновой кислоты и цитрата натрия.
- Иммобилизация наночастиц на мембранных фильтрах из ацетата целлюлозы.
- Фильтрация водных растворов, содержащих радиоактивный йод.
- Видеодемонстрация процесса фильтрации в образовательных целях.
Основные результаты
- Успешное удаление радиоактивного йода из смешанных солевых растворов.
- Высокая эффективность, наблюдаемая в процессе фильтрации.
- Демонстрация применимости метода в реальных условиях.
- Улучшенные меры безопасности при работе с радиоактивными материалами.
Выводы
- Данный метод представляет собой жизнеспособное решение для переработки радиоактивных отходов.
- Наночастицы золота значительно повышают эффективность удаления йода.
- Дальнейшие исследования могут расширить область применения данной методики.
Часто задаваемые вопросы
Практическая значимость для промышленности
Данный метод направлен на решение критической задачи по удалению радиоактивного йода из сложных водных потоков отходов, что является ключевым вопросом в области обращения с ядерными отходами и рекультивации окружающей среды. Обеспечивая быстрое селективное улавливание йодид-анионов с помощью простого процесса фильтрации, этот метод предлагает масштабируемое решение для рабочих процессов по дезактивации. Данная технология позволяет с высокой степенью уверенности прогнозировать эффективность очистки отходов и снижает механистическую неопределенность при секвестрации радионуклидов.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Первичный поиск и валидация мишени
- Научная ценность: позволяет исследовать механизмы связывания анионов на интерфейсах наноматериалов для валидации целей дезактивации.
- Практическая ценность: предоставляет воспроизводимую платформу для оценки селективности поверхностей золотых наночастиц по отношению к радиоактивному иоду в смешанных матрицах.
Скрининг и разработка анализа
- Научная ценность: позволяет получить количественные данные об эффективности удаления (>99%) при различной ионной силе, что способствует стандартизации анализа захвата анионов.
- Практическая ценность: обеспечивает стабильную производительность на протяжении циклов повторного использования, что позволяет надежно проводить скрининг адсорбционных материалов в сложных имитаторах отходов.
Трансляционные и доклинические исследования
- Научная ценность: демонстрирует применимость системы в условиях, релевантных для заболевания, путем тестирования в синтетической моче и морской воде, что способствует обеспечению трансляционной непрерывности.
- Операционная ценность: показывает устойчивость к высоким концентрациям солей, что позволяет принимать обоснованные с учетом рисков решения о внедрении технологии в полевых условиях.
Интеграция конвейеров и рабочих процессов
Данный метод применим в рабочих процессах ранних этапов поиска способов снижения воздействия токсинов в окружающей среде, особенно в случаях, когда селективное удаление анионов предшествует последующему анализу или безопасной утилизации. Он позволяет проверять гипотезы относительно селективности наноматериалов и предоставляет количественные данные для принятия решений о целесообразности дальнейшей разработки платформ для ремедиации.
- Фундаментальная биология: способствует снижению рисков при изучении механизмов, разъясняя, как наночастицы золота селективно связывают иодид в присутствии конкурирующих анионов.
- Скрининг: обеспечивает готовность анализа к применению, где измеримое снижение радиоактивности служит количественным показателем эффективности материала.
- Аналитика: опирается на гамма-подсчет для измерения остаточной радиоактивности, что позволяет объективно сравнивать условия обработки.
- Трансляционные исследования: связывают лабораторную фильтрацию с реальными матрицами, такими как морская вода и синтетическая моча, обеспечивая экологическую преемственность.
- Промышленное применение: позиционирует фильтр Au-CAM как многоразовую технологическую единицу, что сокращает количество отходов расходных материалов и позволяет стандартизировать развертывание в потоках очистки.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: Обеспечивает прогностическую уверенность в эффективности и селективности удаления иодидов при различных условиях окружающей среды.
- Операционная ценность: Обеспечивает стандартизацию, возможность повторного использования и минимальную потерю эффективности в течение циклов, что способствует стабильной интеграции в рабочий процесс.
- Стратегическая ценность: Улучшает принятие решений о целесообразности реализации проектов по очистке отходов за счет снижения риска неудач на поздних этапах из-за неполной дезактивации.
- Влияние на портфель проектов: Позволяет проводить приоритизацию технологий ремедиации радиоактивных отходов на основе наноматериалов с учетом рисков.
Особенности реализации
- Требуются экспертные знания в области синтеза наноматериалов, функционализации мембран и работы с радиоактивными материалами в соответствии со строгими протоколами безопасности.
- Для характеристики наночастиц и подтверждения эффективности требуются оборудование для УФ-видимой спектроскопии, ПЭМ, СЭМ и гамма-спектрометрии.
- Необходима межгрупповая стандартизация между подразделениями радиохимии, нанонауки и экологического инжиниринга для обеспечения воспроизводимости результатов.
- При переходе от чистой воды к симуляторам с высоким содержанием солей или органических веществ, таким как морская вода или синтетическая моча, следует учитывать необходимость адаптации метода.
- Существуют практические ограничения, такие как насыщение поверхности нерадиоактивным йодидом, что препятствует адсорбции и требует контроля в средах с высоким содержанием йодида.
Часто задаваемые вопросы по биофармацевтике
Chapters in this video
0:04
Title
0:58
Synthesis of Citrate-Stabilized Gold Nanoparticles
2:08
Preparation of Hybrid Membrane (Au-CAM)
3:41
Adsorption of Radioactive Iodine Using Au-CAM in a Batch System
4:44
Desalination of Radioactive Iodine Under Continuous In-Flow Condition
5:32
Results: Removal of Radioactive Iodine Anions Using Hybrid Membrane Filter
6:39
Conclusion
