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Chemistry

एक मिट्टी कॉलम के माध्यम से भूतल संशोधित कार्बन नैनोट्यूब का परिवहन

Published: April 2, 2015 doi: 10.3791/52634
Automatic Translation
1,2, 2
1School of Ecology and Environmental Studies, Nalanda University, 2Department of Earth Sciences, Uppsala University

Introduction

ऐसी सूचना प्रौद्योगिकी, ऊर्जा, पर्यावरण विज्ञान, चिकित्सा, मातृभूमि सुरक्षा, खाद्य सुरक्षा, और परिवहन के रूप में उद्योगों में प्रौद्योगिकियों के एक नंबर में सुधार करने के नैनोकणों के विभिन्न प्रकार का उपयोग करता है कि नैनो में हाल ही में विकास के साथ; मिट्टी और भूजल में नैनोकणों के परिवहन और बनाए रखने के एक संपूर्ण समझ जोखिम मूल्यांकन के साथ ही इंजीनियर नैनोकणों 1-3 के पर्यावरण अनुप्रयोगों के लिए महत्वपूर्ण है। कार्बन नैनोट्यूब (CNTs) सबसे अधिक उत्पादन कार्बन आधारित नैनोकणों 2,4 में से एक हैं। CNTs आमतौर पर 100 एनएम से नीचे एक व्यास और 50 माइक्रोन के लिए 100 एनएम की रेंज में एक लंबाई के साथ ग्राफीन की लंबी और बेलनाकार रूप होते हैं। वे ऐसे इलेक्ट्रॉनिक्स, प्रकाशिकी, सौंदर्य प्रसाधन, और जैव चिकित्सा प्रौद्योगिकी (जैसे, मिश्रित सामग्री) 5 के रूप में कई अनुप्रयोगों में उनके उपयोग के त्वरित किया है जो अद्वितीय गुण, कर सकते है। उपयोग में वृद्धि के साथ, यह भी एक बढ़ा R नहीं हैमानव जोखिम और प्रभाव स्वास्थ्य पर और साथ ही CNT और पर्यावरण 5-8 करने के लिए अन्य कार्बन आधारित nanomaterials के निपटान निम्नलिखित प्रतिकूल पारिस्थितिक परिणाम के लिए ISK।

कोई सतह संशोधनों (unfunctionalized) के साथ, CNTs अत्यंत हाइड्रोफोबिक कर रहे हैं और एक जलीय घोल में कुल जाते हैं। Functionalized CNTs, हालांकि, फैलाया और जलीय समाधान में स्थिर है और इस तरह के दवा वितरण 9 के रूप में जैव चिकित्सा प्रयोजनों के लिए उपयोग किया जाता है रह सकते हैं। यहाँ यह CNTs फैलाया और जुटाए, ताकि दवा मानव शरीर 10 के भीतर दिया जा सकता रहना आवश्यक है। दूसरी ओर, पर्यावरण जोखिम को कम करने के लिए, जलवाही स्तर और पीने के पानी के संसाधनों 11 में अपने प्रवेश द्वार से बचने के क्रम में CNTs स्थिर करने के तरीके पर ध्यान केंद्रित अध्ययन के लिए एक की जरूरत है। हाल के अध्ययनों से रहने वाले जीवों पर CNTs की विषाक्त प्रभाव की सूचना दी है और यह भी, के बाद से प्रवेश करने और फूड चेन में जमते CNTs की दृष्टि से पारिस्थितिकी प्रणालियों के लिए जोखिम है5,8 biodegrade को CNTs मेहनत कर रहे हैं। CNTs की बाधाओं के माध्यम से पारित करने के लिए यहां तक ​​कि CNTs युक्त landfills में बाधा सिस्टम के साथ, यह संभव हो सकता है। ऐसे मामलों में CNTs भूजल जलाशयों और सतह जल निकायों में प्रवेश कर सकता है। CNT के निपटान के नियमों को अच्छी तरह से परिभाषित नहीं कर रहे हैं और परिवहन तंत्र खराब समझ रहे हैं, CNTs की गतिशीलता का एक बेहतर समझ बनाने और डिजाइन उचित निपटान प्रणाली 12 के लिए आवश्यक है। इसलिए, यह CNT के प्रतिधारण संशोधित भाग्य और झरझरा मीडिया में CNTs की परिवहन और सतह पर उपसतह वातावरण में सामान्यतः वर्तमान भौतिक और रासायनिक कारकों के प्रभाव का अध्ययन करने और समझने के लिए महत्वपूर्ण है।

अनुसंधान के एक नंबर झरझरा मीडिया में नैनोकणों के परिवहन पर अनाज 17 की दर 16, और सतह गुण प्रवाह, कलेक्टर अनाज आकार 13-15 के प्रभाव के बारे में बाहर किया गया है। Solut के प्रभाव पर हालांकि, व्यवस्थित जांचकलेक्टर सतहों पर संभव बयान पर आयन रसायन शास्त्र (जैसे पीएच और आयनिक शक्ति के रूप में) अभी भी 18-20 सीमित हैं। इसके अतिरिक्त, शारीरिक कारकों, मध्यम के समाधान के रसायन शास्त्र, और कार्बन नैनोट्यूब की सतह के गुणों के संयुक्त प्रभाव अच्छी तरह से समझ और विभिन्न साहित्य में भिन्नता नहीं है। इस अध्ययन में, MWCNTs की सतह संशोधन के लिए एक तैयारी विधि एसिड-साफ क्वार्ट्ज रेत के साथ पैक एक व्यवस्थित प्रयोगशाला पैमाने स्तंभ के साथ प्रदर्शन किया जाएगा संतृप्त झरझरा मीडिया में सतह संशोधित CNTs की परिवहन, प्रतिधारण और remobilization जांच करने के लिए इस्तेमाल किया जाएगा ।

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Protocol

Multiwalled कार्बन नैनोट्यूब के 1. functionalization

  1. सुरक्षा आंख चश्मा, दस्ताने और प्रयोगशाला कोट का उपयोग करते हुए, एक धूआं हुड के अंदर पूरे functionalization के कदम प्रदर्शन करते हैं। एक स्नातक की उपाधि प्राप्त सिलेंडर का उपयोग कर नाइट्रेट एसिड के 24 सल्फ्यूरिक एसिड की मिलीग्राम और 8 मिलीग्राम उपाय है, और फिर एक बीकर में उन्हें स्थानांतरित। एक विश्लेषणात्मक संतुलन पर टिन पन्नी कंटेनर का उपयोग कर एक बीकर में अनुपचारित MWCNTs के 32 मिलीग्राम जोड़ें (अंतिम एकाग्रता 1 मिलीग्राम / एसिड मिश्रण का मिलीलीटर) होना चाहिए।
  2. सबसे पहले, आरटी पर 2 घंटे के लिए अल्ट्रासोनिक क्लीनर (स्नान) में MWCNT और एसिड के मिश्रण के साथ बीकर रहते हैं। फिर, गर्मी और 90 में से 5 घंटे के लिए MWCNT एसिड समाधान हलचल एक गर्म प्लेट का उपयोग डिग्री सेल्सियस।
  3. एक फिल्टर धारक पर रखा एक 0.2 माइक्रोन रोमकूप व्यास, PTFE फिल्टर झिल्ली के साथ CNT के निलंबन फिल्टर, और छानने का काम करने में मदद करने के लिए वैक्यूम का उपयोग करें। भाग द्वारा निस्पंदन भाग प्रदर्शन और कई फिल्टर झिल्ली (एक फिल्टर के लिए भाग प्रति उपरोक्त मिश्रण का लगभग 1/4 वें) का उपयोग करें। उबलते पानी जोड़ेंमिश्रण का पीएच 5 से अधिक हो जाता है जब तक निस्पंदन प्रक्रिया के दौरान एसिड समाधान बाहर फिल्टर करने के लिए।
  4. इसे बंद कर दिया जाता है और वैक्यूम सिस्टम में कुछ भी लागू करने के लिए नहीं करने से पहले हमेशा वैक्यूम टूट गया। बेकार तरल एकत्र करने के लिए एक शंक्वाकार बीकर का प्रयोग करें।
  5. बर्बादी कंटेनर में filtrated एसिड डालो (एक अपशिष्ट हैंडलिंग सुविधा के लिए बर्बाद कंटेनर भेजने के लिए या नल के पानी के कम से कम दस बार जोड़कर सिंक में डंपिंग से पहले तरल पतला)।
  6. CNT के (लगभग 24 घंटा सुखाने को पूरा करने के लिए व्यंजन evaporating में बनाए रखा MWCNTs के साथ फिल्टर झिल्ली स्थानांतरण और desiccator में बर्तन डाल (सिलिका जेल के लगभग 100 ग्राम होता है) और एक निर्वात वातावरण बनाने के (लगभग 1 घंटे के लिए पर निर्वात छोड़) )।
    1. ध्यान से रंग का उपयोग झिल्ली के बाहर CNTs परिमार्जन और एक साफ कंटेनर में कणों को हस्तांतरण। MWCNTs पाउडर वजन और भविष्य में उपयोग के लिए कंटेनर लेबल।

2. Poroपरिवहन प्रयोगों के लिए अमेरिकी मीडिया

  1. सिलिका बालू का एसिड धोने के लिए 0.1 एम एचसीएल समाधान तैयार है।
    1. सुरक्षा आंख चश्मा, दस्ताने, और प्रयोगशाला कोट के साथ एक धूआं हुड के अंदर इन सभी चरणों को पूरा करें। एक दो एल कुप्पी के लिए एक एल de-ionized पानी जोड़ें। एक स्नातक की उपाधि प्राप्त सिलेंडर का उपयोग कर 37% एचसीएल के 8 मिलीलीटर उपाय।
    2. ध्यान से de-ionized पानी में एचसीएल जोड़ें। मिश्रण में मदद करने के लिए सावधानी से फ्लास्क हिलाएँ।
  2. तैयार एचसीएल समाधान के साथ रेत धो लें।
    1. 1000 के बारे में जी रेत वजन। एचसीएल समाधान के साथ कुप्पी में रेत का 1/3 जोड़ें और बालू (रेत हर बार की 1/3) के बाकी जोड़ने तो मिश्रण में मदद करने के लिए दो बार कुप्पी हिला।
    2. कुप्पी तीन बार हिलाएं और 30 मिनट के लिए रेत के साथ एसिड छोड़ दें।
    3. कम से कम 8 बार एसिड अपशिष्ट कंटेनर के लिए कुप्पी से बाहर तरल डालो और de-ionized पानी के साथ रेत कुल्ला।
  3. एक एच 2 ओ 2 समाधान के साथ रेत धो लें।
    1. में de-ionized पानी की 700 मिलीलीटर जोड़ेंरेत के साथ कुप्पी तो एक स्नातक की उपाधि प्राप्त सिलेंडर का उपयोग कर 2 2 हे समाधान 30% एच के 40 एमएल उपाय।
    2. रेत के साथ कुप्पी में एच 2 ओ 2 समाधान जोड़ें और मिश्रण में मदद करने के लिए दो बार हिला। फ्लास्क में 160 मिलीलीटर एच 2 ओ 2 कुल रहे है तो जब तक 2 2 हे समाधान 3 बार 30% एच के एक और 40 मिलीलीटर जोड़ें।
    3. हिला और समाधान और रेत हर बार मिश्रण और प्रतिक्रिया पूरा हो जाने की अनुमति देने के लिए 40 मिनट के लिए रेत के साथ एच 2 ओ 2 समाधान छोड़ दें। कुप्पी हिला और एक प्लास्टिक की रॉड हर 10 मिनट के साथ रेत हलचल।
    4. सिंक करने के लिए नीचे तरल छानना और 30 सेकंड के लिए पानी के नल चलाते हैं।
  4. कुल्ला और रेत सूखी।
    1. De-ionized पानी के साथ रेत कुल्ला कम से कम 8 बार कोई हल से छुटकारा या प्रतिक्रिया उत्पादों पर छोड़ दिया करने के लिए। हिला और rinsing जब अच्छी तरह से हलचल।
    2. सूखे के लिए 24 घंटे के लिए एक ओवन (105 डिग्री सेल्सियस) में rinsed रेत के साथ कुप्पी रखो, तब का उपयोग कर ओवन से बाहर रेत लेरेत के नीचे शांत करने के लिए ओवन एक प्रकार का दस्ताना और दो घंटे के लिए काउंटर पर छोड़ दें।
    3. एक प्लास्टिक कंटेनर में साफ रेत स्थानांतरण। कंटेनर मार्क और उपयोग के लिए तैयार होने के लिए एक उपयुक्त शेल्फ में जगह है।

3. कॉलम प्रयोगों

  1. पृष्ठभूमि समाधान की तैयारी।
    1. स्तंभ के प्रयोग के लिए उपयुक्त पृष्ठभूमि समाधान रसायन शास्त्र तैयार करें।
    2. निम्नलिखित प्रयोग के लिए उपयुक्त आयनिक शक्ति प्राप्त करने के लिए पीएच और सोडियम क्लोराइड नमक समायोजित करने के लिए 0.1 एम एचसीएल और 0.1 एम NaOH समाधान का उपयोग करें।
  2. कॉलम चयन।
    1. इस प्रयोग (: 5 और ईओण ताकत: वर्तमान अध्ययन में 2 मिमी पीएच) के लिए 2.5 सेमी व्यास और 15 सेमी लंबाई का एक गिलास स्तंभ चुनें। कांच स्तंभ के दोनों किनारों पर एक इस्पात जाल फिल्टर (0.2 मिमी) का प्रयोग करें।
    2. स्तंभ के लिए लॉग इन ट्यूबों फ्लश और तरल प्रवाह के प्रकार को नियंत्रित करने के लिए तीन तरह वाल्व तक पृष्ठभूमि समाधान के साथ भरने के लिए (या MWCNTs समाधान (MWCNTs solution या पृष्ठभूमि समाधान) चित्र 1 में दिखाया गया है।
  3. स्तंभ के गीले पैकिंग।
    1. पैमाने पर साफ रेत वजन और चयनित स्तंभ आकार के लिए स्वच्छ रेत के 124 जी लेते हैं।
    2. एक उच्च परिशुद्धता क्रमिक वृत्तों में सिकुड़नेवाला पंप का प्रयोग करें। तरल प्रवाह के 2 मिलीग्राम / मिनट हासिल करने के लिए पंप जांचना।
    3. जल स्तर स्तंभ के नीचे से ऊपर सेंटीमीटर की एक जोड़ी है जब तक नीचे से कॉलम भरने के लिए पंप शुरू करो। स्तंभ में एक समय में मापा जाता है रेत का लगभग 1/10 वें रखो लेकिन रेत स्तर कॉलम में पानी के स्तर से ऊपर नहीं आती है कि सुनिश्चित करें। रेत के स्तर से ऊपर बने रहने के लिए लगातार स्तंभ के लिए पानी का प्रवाह जारी रखें।
    4. पूरा भरने के बाद उपयुक्त फिल्टर जाल के साथ स्तंभ टोपी बंद करें।
    5. खचाखच भरे स्तंभ में कम से कम 1 घंटे के लिए प्रवाह करने की अनुमति दें। स्तंभ के अलग-अलग मापदंडों तालिका 1 में संकेत कर रहे हैं।
  4. अनुरेखक परीक्षण।
    1. एसMWCNT समाधान प्रयोगों के लिए पहले एक अनुरेखक परीक्षण के साथ स्तंभ प्रयोग टार्ट।
    2. प्रयोग शुरू करने के लिए (20 मिलीग्राम / एल पर खाद्य रंग ट्रेसर का उपयोग) ट्रेसर समाधान के लिए तीन तरह वाल्व स्विच करें।
    3. हर दो मिनट में स्तंभ से बहिर्वाह नमूने एकत्र (यानी, 4 मिलीग्राम / प्रत्येक नमूना ट्यूब में नमूने) चित्र 1 में दिखाया के रूप में जुड़ा अंश कलेक्टर का उपयोग कर।
    4. एक 4.32 ताकना मात्रा के लिए ट्रेसर समाधान इंजेक्षन करने के लिए आगे बढ़ें भी प्रयोग के चरण मैं जो कहा जाता है, (यानी, समाधान रेत पैक कॉलम में कुल खाली ताकना अंतरिक्ष के 4.32 गुना गुजरता है)।
    5. एक और 4.32 ताकना मात्रा के लिए (ट्रेसर प्रयोग के मामले में डि पानी) पृष्ठभूमि समाधान प्रवाह करने के लिए तीन तरह वाल्व स्विच करें।
  5. MWCNT समाधान की तैयारी।
    1. वांछित solutio के साथ (जलीय समाधान के 200 मिलीलीटर युक्त एक 300 मिलीलीटर बीकर में Functionalized MWCNTs की 15 मिलीग्राम रखकर एक छितरी हुई है, क्रियाशील MWCNTs समाधान करेंएन रसायन शास्त्र यानी, पीएच 5 और 2 मिमी आयनिक वर्तमान प्रयोगात्मक हालत में ताकत) और 15 मिनट के लिए 40% बिजली उत्पादन के साथ बीकर में रखा एक अल्ट्रासोनिक homogenizer जांच (उपयोग)। 15 मिलीग्राम / एल की MWCNT एकाग्रता को प्राप्त करने के लिए एक ही जलीय समाधान का एक और 800 मिलीलीटर के साथ छितरी MWCNTs समाधान मिलाएं।
    2. उनके आकार और functionalization के बाद nanoparticle का आकार के लिए शेयर समाधान की स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (SEM) छवि विश्लेषण करते हैं।
  6. MWCNT परिवहन प्रयोग।
    1. स्तंभ प्रयोग शुरू करने के लिए MWCNT समाधान के लिए तीन तरह वाल्व स्विच करें।
    2. जुड़ा अंश कलेक्टर का उपयोग कर हर दो मिनट में स्तंभ से बहिर्वाह नमूने एकत्र।
    3. एक 4.32 ताकना मात्रा के लिए MWCNT समाधान (मैं प्रयोग के चरण) इंजेक्षन।
    4. प्रयोग के द्वितीय चरण कहा जाता है, जो एक और 4.32 ताकना मात्रा के लिए पृष्ठभूमि समाधान प्रवाह करने के लिए तीन तरह वाल्व स्विच करें।
    5. पृष्ठभूमि का इंजेक्शन ट्यूब बदलेंऔर प्रयोग के तीसरे चरण कहा जाता है, जो एक और 4.32 ताकना मात्रा के लिए प्रवाह जारी रखने के (ट्यूब से हवा के प्रवेश द्वार से बचने के लिए एक पल के लिए पंप को रोकने के बाद) डि पानी की बोतल में अंड समाधान।
  7. नमूना विश्लेषण।
    1. एक ट्यूब रैक में अंश कलेक्टर से सभी ट्यूब नमूने स्थानांतरण।
    2. , नमूना विश्लेषण, IE के लिए एक यूवी / विज़ स्पेक्ट्रोफोटोमीटर को तैयार एकत्र नमूनों की मात्रा का ठहराव के लिए उपयुक्त स्कैनिंग तरंग दैर्ध्य में पता लगाना। एक MWCNT समाधान और ट्रेसर समाधान के लिए एक 333 एनएम तरंगदैर्ध्य के लिए 400 एनएम का प्रयोग करें।
    3. मैं, द्वितीय, और (पिछले चरण में अधिक उचित समझा या यदि एक अलग तरंग दैर्ध्य) 400 एनएम तरंगदैर्ध्य पर एक क्युवेट का उपयोग कर तृतीय और डाटा स्टोर चरणों के दौरान स्तंभ से एकत्र सभी नमूनों स्कैन करें।
    4. स्पेक्ट्रोफोटोमीटर से डेटा इकट्ठा करने और प्रतिनिधि परिणाम के रूप में दिखाया (उदाहरण के लिए सफलता घटता प्राप्त करने के लिए समय या ताकना मात्रा बनाम उन्हें साजिश, चित्रा3)।
    5. जीटा Sizer का उपयोग प्रवाह और बहिर्वाह नमूने का आकार विश्लेषण (hydrodynamic व्यास) प्रदर्शन और स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी का उपयोग दोनों प्रवाह और बहिर्वाह नमूने अध्ययन के लिए दृश्य का आयोजन करेगा।

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Representative Results

MWCNT functionalization का प्रभाव

क्रियाशील और छितरी MWCNT समाधान समाधान संतुलन तक पहुँचने के लिए अनुमति देने के लिए बीकर में सील किया गया था। Sonication के छह महीने (चित्रा 2) के लिए ही बने घोल में MWCNT की hydrodynamic व्यास (1619 ± 262 एनएम) के रूप में sonication के बाद शेयर समाधान में मनाया न तो अवसादन और न ही एकत्रीकरण, वहाँ था। अपनी गतिशीलता पर MWCNTs की functionalization के प्रभाव की जांच करने के लिए, स्तंभ प्रयोगों के दो सेट का उपयोग कर आयोजित की गई दोनों पूरी तरह से क्रियाशील और (निर्माता से प्राप्त) के रूप में 1 टेबल में निर्दिष्ट प्रयोगात्मक शर्त के साथ MWCNTs। अधिकतम रिश्तेदार एकाग्रता (कम-functionalized कम-क्रियाशील MWCNTs की है कि केवल 0.65 (चित्रा 3 था, जबकि पूरी तरह से क्रियाशील MWCNTs की सी / सी 0)), लगभग 0.75 था। कम-क्रियाशील MWCNTs में पाया गयापूरी तरह से क्रियाशील MWCNTs और उनकी सफलता की अवस्था भी विकृत किया गया था बाद में की तुलना में प्रवाह। यह कम-क्रियाशील MWCNTs कम मोबाइल थे और स्तंभ में बनाए रखा, जबकि पूरी तरह से क्रियाशील MWCNTs अत्यधिक मोबाइल थे कि इंगित करता है।

यहां तक ​​कि नियंत्रित हालत के बाद, MWCNT की functionalization प्रक्रिया प्रकृति में अपनी स्थिरता के साथ ही किसी भी स्तंभ प्रयोगों में झरझरा मीडिया में उनके दर बनाए रखने के लिए बहुत ही संवेदनशील है। उनकी रासायनिक और भौतिक स्थितियों में एक ही क्रम (चित्रा 4) में थे, हालांकि Functionalized MWCNTs के तीन शेयरों अलग ढंग से व्यवहार किया। पिछले साहित्य भी इसी तरह की प्रयोगशाला परिस्थितियों 14,16,20,21 में क्रियाशील MWCNTs के लिए विख्यात दर बनाए रखने की सूचना दी है।

कॉलम परिवहन अध्ययन में प्रयोगात्मक शर्तों

एक सामान्य संतृप्त स्तंभ अध्ययन परिवहन के लिए प्रदर्शन किया गया हैझरझरा मीडिया के विभिन्न बनावट और संरचना के माध्यम से MWCNTs की। मध्यम आकार अनाज बेलनाकार आकार का MWCNTs के परिवहन के लिए महत्वपूर्ण है। इस अध्ययन में, रेत क्वार्ट्ज के तीन आकारों कलेक्टर अनाज के आकार के प्रभाव का आकलन करने के लिए चुने गए हैं। कलेक्टर अनाज आकार घटने के रूप में सैद्धांतिक रूप से, अधिकतम सोखना क्षमता बढ़ जाती है और अधिक जमाव जो अर्थ है। यह 1.5 ताकना संस्करणों पहुंच गया था लेकिन कुल eluted MWCNTs बेहतर अनाज आकार (चित्रा 5) के लिए अपेक्षाकृत कम थे जब तक इस अध्ययन में चयनित सभी तीन अनाज आकार के वितरण में, प्रवाह एकाग्रता तेजी से एक ही दर से वृद्धि हुई।

पैटर्न प्रवाह के कारण MWCNTs की अवधारण

साहित्य में, यह लंबी गोलाकार नैनोकणों झरझरा मीडिया के माध्यम से धीमी गति से चलती तरल पदार्थ के लिए कम मोबाइल हो सकता है कि स्थापित किया गया है। MWCNTs पर आधारित अध्ययनों में से कुछ भी इन बेलनाकार nanoparti की कम गतिशीलता के साथ एक ही मार्ग का अनुसरण करेंकम प्रवाह दरों 14,16,22 में cles। एक उदाहरण के रूप में, Functionalized MWCNTs के परिवहन पर प्रवाह पैटर्न के प्रभाव के साथ ही उनके remobilization 1-डी स्तंभ अध्ययन के माध्यम से प्रदर्शित किया गया है। स्तंभ प्रयोगों के तीन सेट गतिशीलता और संतृप्त झरझरा मीडिया में MWCNTs (चित्रा 6) की अवधारण पर प्रवाह की दर के प्रभाव की जांच करने के लिए आयोजित किया गया था। उच्चतम ताकना-पानी वेग (15.5 एम / डी) के लिए, प्रवाह में MWCNTs के रिश्तेदार एकाग्रता जल्दी से वृद्धि हुई है और (0.77 चरण 1 में) एक अधिकतम मूल्य पर पहुंच गया। सहायक नदी पृष्ठभूमि समाधान के लिए बंद किया गया था, फिर उसके बाद, एकाग्रता कोई पीछा (चरण दो) के साथ कम किया है। डि पानी को बरकरार रखा MWCNTs remobilize करने के लिए इस्तेमाल किया गया था। नतीजतन, जमा MWCNTs का हिस्सा प्रवाह समाधान (चरण 3) के साथ फिर से जुटाए गए थे। कम वेग, 5.15 और 1.17 एम / डी, प्रवाह MWCNT सांद्रता धीरे-धीरे वृद्धि हुई है और एक स्थिर राज्य एकाग्रता मेगावाट की 4.32 ताकना संस्करणों के भीतर प्राप्त नहीं था स्तंभ में CNT के इंजेक्शन। अधिकतम रिश्तेदार सांद्रता 0.73 और 0.44, क्रमशः (चित्रा 6) थे।

चित्र 1
झरझरा मीडिया के माध्यम से nanoparticle के परिवहन के लिए स्तंभ प्रयोग सेटअप की चित्रा 1. अवलोकन। इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्र 2
चित्रा 2. क्रियाशील कार्बन नैनोट्यूब की स्थिरता का परीक्षण। इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

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2 मिमी: चित्रा 3. भूतल संशोधित MWCNTs (चरणों 1, 2 के दौरान, और 3) स्तंभ से eluted आयनिक शक्ति की प्रयोगात्मक हालत के लिए मोटे रेत के साथ पैक पीएच: 5; और प्रवाह की दर: 15.5 एम / डी। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 4
चित्रा एक ही प्रयोगात्मक हालत में तीन अलग अलग बैचों में क्रियाशील eluted MWCNTs के लिए निर्णायक घटता 4. उदाहरण हैं। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

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चित्रा 5. MWCNTs स्तंभ से eluted (चरणों 1, 2 के दौरान, और 3) आयनिक शक्ति की प्रयोगात्मक हालत के लिए अलग झरझरा मीडिया अनाज आकार के लिए: 2 मिमी; पीएच: 5; और प्रवाह की दर: 15.5 एम / डी। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 6
चित्रा 6 स्तंभ से eluted MWCNTs (चरणों 1, 2 के दौरान, और 3) आयनिक शक्ति की प्रयोगात्मक हालत के लिए विभिन्न प्रवाह दरों के लिए: 2 मिमी; पीएच: 5; और रेत का आकार:। 300 माइक्रोन इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

पीएच ईओण ताकत (मिमी) अनाज आकार (माइक्रोन) प्रवाह की दर (मिलीग्राम / मिनट) रोमकूप पानी वेग (एम / दिन)
5 2 300 2 15.5
5 2 300 2 15
5 2 211 2 15.5
5 2 150 2 15.5
5 2 300 0.66 50.17
5 2 300 0.22 1.71

स्तंभ के प्रयोगों के लिए प्रयोगात्मक हालत की तालिका 1. सारांश।

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Discussion

MWCNT functionalization का प्रभाव

चित्रा 2 Functionalized MWCNTs की स्थिरता की पुष्टि के रूप में, MWCNT की eluted मात्रा में मनाया फर्क MWCNTs की सतह के लिए (-COOH) समूहों functionalization की वजह से और carboxyl के अलावा विशेष रूप से की वजह से था (आंकड़े 3 और 4)। इसी तरह functionalization प्रक्रिया में ऑक्सीजन की उपस्थिति एक्स-रे Photoelectron स्पेक्ट्रोस्कोपी 14 से पुष्टि की गई। यह nanoparticle सतहों के लिए surfactant के अलावा उनके निलंबन स्थिर और एकत्रीकरण 23 कम कर देता है कि पहले पाया गया है। अन्य स्वतंत्र अध्ययन के अनुसार, कणों के बीच ऊर्जा बाधाओं के अभाव से एकत्रीकरण nanoparticle के समुच्चय के आकार और जमा दर बढ़ जाती है और शारीरिक तनाव 18,23-25 ​​की घटना के लिए योगदान देता है। इसलिए, एकत्रीकरण depositio वृद्धि हुई है की संभावना हैn और इस अध्ययन में कम क्रियाशील (अधिक हाइड्रोफोबिक) MWCNTs की अवधारण। यह झरझरा मीडिया में हाइड्रोफोबिक कोलाइड की अवधारण हाइड्रोफिलिक कोलाइड की तुलना में अधिक है कि साबित हो गया है, और ठोस पानी और हवा-पानी-ठोस इंटरफेस बयान 24,26,27 के मुख्य साइट के रूप में सुझाव दिया है। इसके अलावा, नैनोकणों के प्रतिधारण कम Functionalized MWCNTs (पूरी तरह) functionalized MWCNTs की तुलना में अधिक हाइड्रोफोबिक हैं, वर्तमान प्रयोगात्मक टिप्पणियों के साथ सहमत हैं, जो सतह hydrophobicity 28, के साथ बढ़ जाती है। लेकिन MWCNTs की functionalization की हद विधि विशिष्ट, झरझरा मीडिया में पहुँचाया nanoparticle की एक सटीक भविष्यवाणी के लिए एक स्तंभ अध्ययन के दौरान एक गलत परिणाम का उत्पादन कर सकते हैं जो प्रयोगशाला में पीछा किया जा रहा हैं।

कॉलम परिवहन अध्ययन में प्रयोगात्मक हालत

समाधान रसायन शास्त्र Figur में सभी तीन मामलों में एक ही था जैसाई 5, शारीरिक तनाव इन तीन प्रयोगों के बीच बयान मतभेद समझाना चाहिए। ब्रैडफोर्ड एट अल। 29 कलेक्टर व्यास के कण व्यास का अनुपात 0.05 से अधिक होता है जब अनाज के लिए अनाज आम तौर पर दबाव होता है कि पाया। हालांकि, एक अन्य अध्ययन में, ब्रैडफोर्ड एट अल। 30 अनुपात 0.003 के रूप में के रूप में कम है जब इस तरह के तनाव हो सकता है कि मिल गया। MWCNTs बेलनाकार कणों हैं, अनुपात कण व्यास और लंबाई दोनों का उपयोग कर दो बार गणना की गई। MWCNTs पर पिछले एक अध्ययन में, लियू एट अल। 16 MWCNTs के लिए महत्वपूर्ण मूल्य व्यास के लिए 0.003 माइक्रोन और शारीरिक तनाव आरंभ करने के लिए लंबाई के लिए 0.011 एनएम था पाया। निर्माता द्वारा निर्दिष्ट के रूप में, इस अध्ययन में इस्तेमाल MWCNTs का मतलब लंबाई और व्यास क्रमशः 15 माइक्रोन और 40 एनएम, थे। इन मूल्यों का प्रयोग, रेत अनाज व्यास को MWCNT लंबाई का अनुपात सभी रेत (0.05, 0.07 और 0.1), बू के लिए महत्वपूर्ण मूल्य से ऊपर हैंरेत अनाज व्यास को MWCNT व्यास के अनुपात टी सभी पिछले अध्ययनों में 22 की तुलना में महत्वपूर्ण मूल्य (0.००,०१३, .०००१८ और 0.00027) से नीचे हैं। Mattison एट अल। 14 दबाव आयनिक शक्ति कम होती है जब प्रमुख तंत्र में से एक हो सकता है कि सुझाव दिया। इस अध्ययन में, प्रवाह MWCNTs द्रव्यमान (चरणों 1 और 2) बड़ा अनाज के आकार कम बयान करने के लिए नेतृत्व किया है कि पता चलता है। यह और अधिक MWCNTs छोटे रेत अनाज आकार के लिए तनावपूर्ण थे सुझाव है कि हो सकता है। विभिन्न अनाज आकार के लिए कण प्रतिधारण की राशि में अंतर कम से कम आंशिक रूप से अनाज के लिए अनाज दबाव में मतभेद द्वारा समझाने के योग्य होना चाहिए, लेकिन यह एक स्तंभ परिवहन अध्ययन के दौरान एकमात्र कारण नहीं हो सकता। तो झरझरा मीडिया अनाज के आकार की एक सीमा का उपयोग कर एक अच्छी तरह से स्थापित स्तंभ परिवहन अध्ययन विभिन्न साहित्य में है और क्षेत्र में इस तरह की खोज के आवेदन के लिए आयोजित इसी तरह के अध्ययन की तुलना के लिए महत्वपूर्ण है।

MWCN की अवधारणपैटर्न प्रवाह के कारण टीएस

किसी भी स्तंभ अध्ययन के दौरान प्रवाह की दर में बदलाव के nanoparticle के परिवहन के अध्ययन के लिए बहुत महत्वपूर्ण हो सकता है। शर्मा एट अल। 22 में अन्य इसी तरह के अध्ययन के साथ तुलना में इस आशय के उदाहरण के रूप में अच्छी तरह से इस अध्ययन में प्रदर्शन किया गया है। प्रवाह की दर में कमी के साथ, 6 MWCNTs की गतिशीलता प्रवाह की दर, यानी पर दृढ़ता से निर्भर था पता चला है कि उच्च प्रतिधारण चित्रा , पिछले अध्ययनों 14,16 के साथ संगत है। MWCNT परिवहन अध्ययन में प्रवाह विभिन्नता का प्रभाव शर्मा एट अल। 22 में चर्चा की गई है। इसी अध्ययन प्रवाह पैटर्न में उतार-चढ़ाव और परिवर्तन के रूप में भी माध्यम से MWCNTs के परिवहन और प्रतिधारण को प्रभावित कर सकता है कि प्रकृति में आम हैं, nanoparticle है और पृष्ठभूमि समाधान रसायन शास्त्र की सतह के गुणों के अलावा स्तंभ परिवहन प्रयोगों में प्रवाह पैटर्न के महत्व पर प्रकाश डाला गया मिट्टी और भूजल।

<पी वर्ग = "jove_content"> व्यावहारिक निहितार्थ

यह MWCNT की functionalization के झरझरा मीडिया में भाग्य और MWCNT के परिवहन को समझने के लिए एक महत्वपूर्ण प्रक्रिया है कि इस अध्ययन से यह निष्कर्ष निकाला जा सकता है। MWCNT पर सतह संशोधन की प्रक्रिया के दौरान उठाए गए कदमों इस अध्ययन में प्रदर्शन किया है और यह भी साहित्य में मनाया के रूप में एक स्तंभ अध्ययन के दौरान इन नैनोकणों की कुल बनाए रखने के लिए महत्वपूर्ण हो सकता है। इसलिए, MWCNT की सतह संशोधन के लिए एक अच्छी तरह से प्रलेखित दिशानिर्देश मिट्टी pores में इन नैनोकणों के परिवहन और बनाए रखने के सही आकलन के लिए भौतिक और रासायनिक मापदंडों के प्रभाव की तुलना करने के लिए आवश्यक है। रेत पैक स्तंभ प्रयोग की तैयारी के दौरान इस अध्ययन में पीछा व्यवस्थित कदम आगे nanoparticle के परिवहन के आकलन के लिए अच्छी तरह से नियंत्रित प्रयोगशाला पैमाने पर अध्ययन के लिए उपयोगी हो सकता है और इस तरह के निष्कर्षों के बड़े पैमाने पर आवेदन के लिए तुलनीय हो सकता है।

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Materials

Name Company Catalog Number Comments
MWCNT Cheap Tubes Inc., USA sku-03040304 Purchased as semi-functionlized powder
Quartz sand Sibelco Nordic, Baskarp, Sweden B44 Purchased with more than 91% silica sand
H2SO4 VWR 1.01833.2500 95%-97% purity
HNO3 VWR 1.00441.1000 70% purity
HCl VWR 1.00317.2500 37%-38% purity
H2O2 VWR 23615.248 30% purity
NaCl VWR 1.06404.0500 99.5% purity
NaOH Sigma-Aldrich S8045-500G 99.99% pur pellets 
Ultrasonic Homogenizer Biologics Inc. Manassas, Virginia Model 3000, 0-127-0002 Operated for fix time interval
Sonicator (bath) Kerry Ultrasonic Ltd 1808 Common bath sonicator
Peristaltic pump Ismantec, Glattbrugg, Switzerland ISM931 Work with tygon tubing in the pump
Spectrophotometer Hach Lange DR500, LPV408.99.0001 Operate with manual cuvette as well as automated sampling
pH meter Metrohm 781 pH analysis
Glass column Chromaflex 420830-1510 Column with adjustable cap
Fraction collector Spectrum Labs Europe CF-2, 124846 Fixed at regular interval of time
Fraction collector tubes VWR 212-9599 6 ml volume glass tube
Hot plate stir Thermo Scientific SP131320-33 Adjustable tempurature
Oven Elektro Helios 259 For oven dry of sand
Balance Mettler Toledo AE 160 For accurate weight

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एक मिट्टी कॉलम के माध्यम से भूतल संशोधित कार्बन नैनोट्यूब का परिवहन
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Sharma, P., Fagerlund, F. Transport… More

Sharma, P., Fagerlund, F. Transport of Surface-modified Carbon Nanotubes through a Soil Column. J. Vis. Exp. (98), e52634, doi:10.3791/52634 (2015).

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