Introduction
Met de recente ontwikkelingen in de nanotechnologie, dat verschillende soorten nanodeeltjes gebruikt om een aantal technologieën in sectoren zoals informatietechnologie, energie, milieu-wetenschap, geneeskunde, binnenlandse veiligheid, voedselveiligheid, en het vervoer te verbeteren; een grondige kennis van het vervoer en het behoud van nanodeeltjes in de bodem en het grondwater is van cruciaal belang voor de risicobeoordeling alsmede milieu-toepassingen van synthetische nanodeeltjes 1-3. Carbon nanotubes (CNTs) zijn één van de meest geproduceerde koolstof gebaseerde nanopartikels 2,4. CNTs zijn de lange cilindrische vorm van grafeen met een diameter van doorgaans minder dan 100 nm en een lengte in het bereik van 100 nm tot 50 urn. Ze hebben unieke eigenschappen, die hun toepassing hebben versneld in vele toepassingen, zoals elektronica, optica, cosmetica en biomedische technologie (bijvoorbeeld composietmaterialen) 5. Met een toenemend gebruik, is er ook een verhoogd rISK om de blootstelling en het effect op de gezondheid van de mens, evenals negatieve ecologische gevolgen volgende CNT en andere koolstof gebaseerde nanomaterialen beschikking om het milieu 5-8.
Zonder oppervlakmodificaties (gefunctionaliseerde), CNTs zijn zeer hydrofoob en hebben de neiging te aggregeren in een waterige oplossing. Gefunctionaliseerde CNTs kan echter blijven gedispergeerd en stabiel in waterige oplossingen en worden voor biomedische doeleinden zoals geneesmiddelafgifte 9. Hier is het essentieel dat de CNT blijven verspreid en gemobiliseerd, zodat het geneesmiddel kan in het menselijk lichaam 10 worden geleverd. Anderzijds, milieurisico's te verminderen, is er behoefte aan studies gericht op hoe de CNTs immobiliseren om hun intrede in aquifers en drinkwater middelen 11 voorkomen. Recente studies hebben het toxische effect van CNT gemeld op levende organismen en ook de risico's voor ecosystemen in termen van CNT invoeren en zich ophopen in de voedselketens, omdatCNTs zijn moeilijk afbreekbaar 5,8. Zelfs met barrièresystemen op stortplaatsen die CNTs, kan het mogelijk zijn CNTs om door de barrières passen. In dergelijke gevallen kan CNT te voeren in het grondwater reservoirs en oppervlaktewateren. Zoals CNT afvalverwerkingsvoorschriften zijn niet goed gedefinieerd en transport mechanismen zijn slecht begrepen, een beter begrip van de mobiliteit van CNT is nodig om het ontwerp geschikte verwijdering systemen 12 formuleren en. Daarom is het belangrijk te bestuderen en het lot en het transport van CNTs in poreuze media en het effect van fysische en chemische factoren gewoonlijk aanwezig in de ondergrond omgeving op het oppervlak begrijpen gemodificeerde retentie CNT.
Een aantal onderzoek gedaan naar het effect van collector korrelgrootte 13-15 uitgevoerd, debiet 16, en de oppervlakte-eigenschappen van de korrels 17 op het vervoer van nanodeeltjes in poreuze media. Echter, systematisch onderzoek naar het effect van Solution chemie (zoals pH en ionische sterkte) over mogelijke afzetting op de collector oppervlakken zijn nog beperkt 18-20. Bovendien is het gecombineerde effect van fysische factoren, oplossingschemie van het medium en oppervlakte eigenschappen van koolstof nanobuisjes niet goed begrepen en variëren in verschillende literatuur. In deze studie wordt een bereidingswerkwijze voor oppervlakte modificatie van MWCNTs aangetoond samen met een systematische laboratoriumschaal kolom gepakt met zuur gereinigd kwartszand wordt gebruikt om het transport, bewaring en mobilisatie van oppervlakte-gemodificeerde CNTs verzadigde poreuze media onderzoeken .
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Functionalisering van meerwandige koolstof nanobuisjes
- Voer de gehele functionaliseringsstap in een zuurkast, met behulp van de veiligheid bril, handschoenen en een laboratoriumjas. Meet 24 ml zwavelzuur en 8 ml nitraat zuur met behulp van een maatcilinder, en vervolgens overbrengen in een bekerglas. Voeg 32 mg onbehandeld MWCNTs in een bekerglas met aluminiumfolie container op een analytische balans (eindconcentratie dient 1 mg / ml zuur mengsel).
- Ten eerste houdt het bekerglas met MWCNT en zuur mengsel in de ultrasoon reiniger (bad) gedurende 2 uur bij KT. Vervolgens warmte en roer de MWCNT-zure oplossing gedurende 5 uur bij 90 ° C met een hete plaat.
- Filter de CNT ophanging met een 0,2 micrometer poriedoorsnede PTFE filter membraan geplaatst op een filterhouder, en het gebruik van vacuüm filtratie helpen. Voer de filtratie deel door deel en maken gebruik van verschillende filter membranen (ongeveer 1/4 e van bovengenoemde mengsel per portie voor een filter). Voeg kokend waterTijdens filtratieproces uitfilteren de zure oplossing totdat de pH van het mengsel groter is dan 5.
- Breken altijd het vacuüm voordat deze is uitgeschakeld en niet om iets in het vacuüm systeem in te voeren. Gebruik een conische beker om het afval vloeistof op te vangen.
- Giet gefilterd zuur in een afvalcontainer (de afvalcontainer te sturen naar een behandeling afvalvoorziening of verdunnen van de vloeistof voor dumpen hem in de gootsteen door het toevoegen van ten minste tien keer van leidingwater).
- Breng de filter membranen met ingehouden MWCNTs in verdampen gerechten en zet de gerechten in de exsiccator (bevat ongeveer 100 g silicagel) en het creëren van een vacuüm omgeving (laat het vacuüm op ongeveer 1 uur) voor de CNT aan het drogen te voltooien (ongeveer 24 uur ).
- Schraap de CNT uit de membranen voorzichtig met een spatel en breng de deeltjes in een schone container. Weeg de MWCNTs poeder en het etiket van de container voor toekomstig gebruik.
2. PoroAmerikaanse media voor Transport Experimenten
- Bereid 0,1 M HCl-oplossing voor het met zuur van silica zand.
- Voer alle volgende stappen in een zuurkast met veiligheids bril, handschoenen en laboratoriumjas. Voeg 1 L gedeïoniseerd water om een 2 L kolf. Maatregel 8 ml 37% HCl met behulp van een maatcilinder.
- Voeg de HCl in de gedeïoniseerd water zorgvuldig. Schud de kolf zorgvuldig om te helpen mengen.
- Was het zand met de bereide HCl oplossing.
- Wegen ongeveer 1.000 g zand. Voeg 1/3 van zand in de kolf met de HCl-oplossing en schud de kolf tweemaal te helpen mengen voeg dan rest van het zand (1/3 van het zand elke keer).
- De erlenmeyer drie keer en laat het zuur met zand gedurende 30 min.
- Giet de vloeistof uit de kolf met zure afval container en spoel het zand met gedeïoniseerd water minstens 8 keer.
- Was het zand met een H 2 O 2 oplossing.
- Voeg 700 ml gedeïoniseerd water inde kolf met zand en meet dan 40 ml 30% H 2 O 2-oplossing met behulp van een maatcilinder.
- Voeg de H 2 O 2-oplossing in fles met zand en schud twee keer om te helpen mengen. Voeg vervolgens nog 40 ml 30% H 2 O 2 oplossing 3 maal tot er 160 ml H 2 O 2 totaal in de kolf.
- Schud en meng de oplossing en zand telkens en laat de H 2 O 2 oplossing met zand gedurende 40 min om de reactie af. Schud de kolf en roer het zand met een plastic staafje elke 10 min.
- Schenk de vloeistof naar beneden naar de gootsteen en lopen leidingwater voor 30 sec.
- Spoel en droog het zand.
- Spoelen zand met gedeïoniseerd water minstens 8 keer om zich te ontdoen van enige oplossing of die overblijven reactieproducten. Schud en roer grondig wanneer spoelen.
- Zet fles met gespoeld zand in een oven (105 ° C) gedurende 24 uur te drogen, neem dan zand uit de oven met behulpoven-want en vertrekken aan de balie 2 uur voor het zand om af te koelen.
- Breng het schone zand in een plastic container. Markeer de container en plaats deze in een geschikte plank klaar voor gebruik zijn.
3. Kolom Experimenten
- Bereiding van achtergrond oplossing.
- Bereid geschikte achtergrond oplossing chemie voor de kolom experiment.
- Met 0,1 M HCl en 0,1 M NaOH oplossing om de pH en NaCl zout stel passende ionsterkte voor volgende experiment bereiken.
- Column selectie.
- Kies een glazen kolom van 2,5 cm diameter en 15 cm lengte voor dit experiment (pH: 5 en ionsterkte: 2 mM in de huidige studie). Gebruik aan beide zijden van de glazen kolom een stalen zeef (0,2 mm).
- Spoel de buizen aangesloten op de kolom en vul met achtergrond oplossing (of MWCNTs oplossing totdat de 3-wegklep naar het type vloeistof te regelen (MWCNTs oplossing;n of background oplossing) zoals getoond in figuur 1.
- Wet-pakking van de kolom.
- Weeg de schone zand op een schaal en neem 124 g schoon zand voor de geselecteerde kolom grootte.
- Gebruik een hoge precisie peristaltische pomp. Kalibreer de pomp 2 ml / min vloeistofstroom te bereiken.
- Start de pomp aan de kolom van de bodem vullen totdat het waterniveau enkele centimeters boven de bodem van de kolom. Zet ongeveer 1/10 van de gemeten zand op een moment in de kolom, maar zorg ervoor dat het zand niveau komt niet boven het waterniveau in de kolom. Blijven de waterstroom naar de kolom continu boven het zand niveau te blijven.
- Sluit de kolom dop met een geschikte filter mesh na volledige vulling.
- Laat de gepakte kolom stroomt ten minste 1 uur. De afzonderlijke parameters van de kolom in tabel 1.
- Tracer test.
- Start de kolom experiment met een tracer-test voorafgaand aan de MWCNT oplossing experimenten.
- Zet de 3-wegklep naar het indicatorgas oplossing (met kleurstof tracer bij 20 mg / l) aan het experiment te starten.
- Verzamel de uitstroom monsters van de kolom om de 2 min (dwz 4 ml / monsters in elk monsterbuis) met de aangesloten fractiecollector zoals weergegeven in figuur 1.
- Blijf de tracer oplossing voor 4,32 poriënvolume injecteren (bijv oplossing geeft 4,32 maal de totale lege poriën in de gepakte kolom zand), ook wel fase I van het experiment.
- Zet de 3-weg klep naar de achtergrond oplossing (DI water in het geval van tracer-experiment) voor een ander 4.32 poriënvolume stromen.
- Bereiding van MWCNT oplossing.
- Voeg een gedispergeerde, gefunctionaliseerd MWCNTs oplossing door het plaatsen van 15 mg gefunctionaliseerde MWCNTs in een bekerglas van 300 ml die 200 ml waterige oplossing (met de gewenste oplossing;n chemie dwz pH 5 en 2 mM ionsterkte in de huidige experimentele conditie) en met behulp van een ultrasone homogenisator sonde geplaatst in de beker (40% vermogen gedurende 15 min). Meng de gedispergeerde MWCNTs oplossing nog eens 800 ml van dezelfde oplossing naar de MWCNT concentratie van 15 mg / l liggen.
- Voer scanning elektronenmicroscopie (SEM) beeldanalyse stamoplossing voor hun grootte en vorm van de nanodeeltjes na functionalisering.
- MWCNT transport experiment.
- Zet de 3-wegklep naar MWCNT oplossing op de kolom experiment te starten.
- Verzamel de uitstroom monsters van de kolom om de 2 minuten met de aangesloten fractiecollector.
- Injecteer de MWCNT oplossing voor een 4,32 poriënvolume (fase I van het experiment).
- Zet de 3-wegklep naar achtergrond oplossing ander 4,32 poriënvolume, welke fase II van het experiment wordt stromen.
- Wijzig de injectie buis van achteund oplossing in fles DI water (na het stoppen van de pomp voor een ogenblik naar de ingang van lucht uit de buis te voorkomen) en blijft de stroom nog een 4,32 poriënvolume, welke fase III van het experiment wordt genoemd.
- Monster analyse.
- Breng alle de buis monsters uit fractie collector in een buis rack.
- Bereid een UV / VIS spectrofotometer voor monster analyse, dat wil zeggen, vinden van de juiste scannen golflengte voor de kwantificering van de verzamelde monsters. Gebruik 400 nm voor een oplossing MWCNT en een 333 nm golflengte voor tracer oplossing.
- Scan alle verzamelde uit de kolom monsters tijdens fase I, II en III met een cuvet bij 400 nm golflengte (of een andere golflengte niet goed mogelijk in de vorige stap beschouwd) en opslaan van de gegevens.
- Verzamel de gegevens van de spectrofotometer en plot ze tegen de tijd of poriënvolume doorbraakkrommen verkrijgen in de representatieve resultaten (bijvoorbeeld figuur3).
- Voeren grootte analyse (hydrodynamische diameter) van de in- en uitstroom monsters met behulp van zeta sizer en het gedrag van de visualisatie bestudeerd voor zowel de in- en uitstroom monsters met behulp van scanning elektronenmicroscopie.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Effect van MWCNT Functionalisering
De gefunctionaliseerde en verspreid MWCNT oplossing werd verzegeld in de beker, zodat de oplossing om evenwicht te bereiken. Er was geen sedimentatie of aggregatie waargenomen in de voorraadoplossing na sonicatie, de hydrodynamische diameter van MWCNT (1619 ± 262 nm) in de oplossing dezelfde zes maanden sonificatie (figuur 2) bleef. Om het effect van functionalisering van MWCNTs hun mobiliteit te onderzoeken werden twee kolom experimenten uitgevoerd met zowel volledig gefunctionaliseerde en minder-gefunctionaliseerde (zoals ontvangen van de fabrikant) MWCNTs de experimentele conditie in tabel 1. De maximale relatieve concentratie ( C / C 0) volledig gefunctionaliseerde MWCNTs ongeveer 0,75, terwijl die van minder gefunctionaliseerde MWCNTs slechts 0.65 (figuur 3). In werden de minder-gefunctionaliseerde MWCNTs gedetecteerdhet effluent later dan de volledig-gefunctionaliseerde MWCNTs en hun doorbraak curve ook werd vervormd. Dit geeft aan dat de volle-gefunctionaliseerde MWCNTs waren zeer mobiel terwijl de minder-gefunctionaliseerde MWCNTs minder mobiel en vastgehouden in de kolom.
Zelfs na de gecontroleerde toestand, de functionalisering proces MWCNT zeer gevoelig voor zijn stabiliteit in de aard en hun percentage retentie in het poreuze medium in een kolom experimenten. Drie voorraden gefunctionaliseerde MWCNTs gedragen verschillend hoewel hun chemische en fysische omstandigheden waren dezelfde volgorde (figuur 4). De vorige literatuur hebben ook gemeld onderscheiden retentie voor MWCNTs gefunctionaliseerde bij vergelijkbare laboratoriumomstandigheden 14,16,20,21.
Experimentele omstandigheden in de kolom Transport Studies
Een algemene verzadigde kolom studie is aangetoond voor het vervoervan MWCNTs via verschillende textuur en structuur van de poreuze media. Het medium korrelgrootte is van cruciaal belang voor het vervoer van de cilindrische vorm MWCNTs. In deze studie werden drie maten kwartszand gekozen om het effect van collector korrelgrootte beoordelen. Theoretisch, als de collector korrelgrootte afneemt, de maximale adsorptiecapaciteit stijgt met meer depositie inhoudt. In alle drie korrelgrootte verdelingen geselecteerd in deze studie de effluentconcentratie sterk toegenomen dezelfde snelheid totdat 1,5 porievolume had bereikt maar de totale geëlueerde MWCNTs relatief minder voor fijnere korrelgrootte (figuur 5).
Behoud van MWCNTs vanwege Pattern Flow
In de literatuur is het al lang vastgesteld dat sferische nanodeeltjes minder mobiel voor langzaam bewegende vloeistoffen door poreuze media kan zijn. Een deel van de studies op basis van MWCNTs hetzelfde pad volgen ook met minder mobiliteit van deze cilindrische nanopartikelen bij lage debieten 14,16,22. Als voorbeeld heeft het effect van het stromingspatroon van het vervoer van gefunctionaliseerde MWCNTs en hun mobilisatie gebleken door 1-D kolom studies. Drie sets kolom experimenten werden uitgevoerd om het effect van de stroomsnelheid over mobiliteit en retentie van MWCNTs verzadigde poreuze media (figuur 6) te onderzoeken. Voor de hoogste waterspanning snelheid (15,5 m / d), de relatieve concentratie van MWCNTs in het effluent verhoogde snel en bereikte een maximumwaarde (0,77 in fase 1). Dan, na het influent werd overgeschakeld naar achtergrond oplossing de concentratie verminderd zonder tailing (fase 2). DI water werd gebruikt om de ingehouden MWCNTs remobilize. Daardoor wordt het deel van de afgezette MWCNTs werden opnieuw gemobiliseerd met het effluent oplossing (fase 3). Bij lagere snelheden, 5,15 en 1,17 m / d, het effluent MWCNT concentraties langzaam verhoogd en een steady state concentratie werd niet binnen 4,32 poriënvolumes van MW gerealiseerd CNT injectie in de kolom. De maximale relatieve concentraties waren 0,73 en 0,44, respectievelijk (figuur 6).
Figuur 1. Overzicht van de kolom experiment setup voor het vervoer van nanodeeltjes door poreuze media. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
Figuur 2. Stabiliteit test van gefunctionaliseerde koolstof nanobuisjes. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
s / ftp_upload / 52634 / 52634fig3.jpg "/>
Figuur 3. Oppervlakgemodificeerde MWCNTs geëlueerd uit de kolom (in fase 1, 2, en 3) gepakt met grof zand voor experimentele conditie van ionsterkte: 2 mM; pH: 5; en debiet: 15,5 m / d. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
Figuur 4. Voorbeelden van doorbraak curves voor geëlueerd MWCNTs gefunctionaliseerde op drie verschillende batches op dezelfde experimentele conditie. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
4fig5.jpg "/>
Figuur 5. MWCNTs geëlueerd uit de kolom (in fase 1, 2, en 3) voor verschillende poreuze media korrelgrootte voor experimentele conditie van ionsterkte: 2 mM; pH: 5; en debiet: 15,5 m / d. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
Figuur 6. MWCNTs geëlueerd uit de kolom (in fase 1, 2, en 3) voor verschillende stroomsnelheden voor experimentele conditie van ionsterkte: 2 mM; pH: 5; en zand grootte:. 300 micrometer Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
| pH Ionsterkte (mM) | Korrelgrootte (micrometer) | Debiet (ml / min) | Poriewater snelheid (m / dag) | |
| 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 | 5.17 |
| 5 | 2 | 300 | 0.22 | 1.71 |
Tabel 1. Samenvatting van de experimentele conditie voor kolomexperimenten.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Effect van MWCNT Functionalisering
Zoals figuur 2 bevestigt de stabiliteit van gefunctionaliseerde MWCNTs, het waargenomen verschil in geëlueerd volume MWCNT was door functionalisering en vooral vanwege de toevoeging van carboxyl (-COOH) groepen aan het oppervlak van de MWCNTs (figuren 3 en 4). In het soortgelijke functionalisering proces de aanwezigheid van zuurstof werd bevestigd door X-stralen foto spectroscopie 14. Eerder is gevonden dat de toevoeging van oppervlakteactieve stof tot nanodeeltjes oppervlakken stabiliseert de ophanging en vermindert aggregatie 23. Volgens andere onafhankelijke studies, aggregatie van de afwezigheid van energie barrières tussen de deeltjes neemt de grootte en de afzetting van nanodeeltjes aggregaten en bijdraagt tot het voorkomen van fysieke overbelasting 18,23-25. Daarom samenvoeging zal waarschijnlijk depositio te zijn toegenomenn en retentie van minder gefunctionaliseerde (meer hydrofoob) MWCNTs in deze studie. Het is bewezen dat het bewaren van hydrofobe colloïden in poreuze media is hoger dan die van hydrofiele colloïden en vaste water en lucht-water-vaste stof interfaces worden voorgesteld als de voornaamste plaats van depositie 24,26,27. Bovendien, het behoud van nanodeeltjes toeneemt met oppervlaktehydrofobiciteit 28 die overeenkomt met de experimentele waarnemingen, aangezien minder gefunctionaliseerde MWCNTs meer hydrofoob vergelijking (volledig) gefunctionaliseerd MWCNTs. Maar de mate van functionalisering van MWCNTs zijn specifieke werkwijze, gevolgd in het laboratorium, dat een foutief resultaat kan produceren in een kolom studies voor een nauwkeurige voorspelling van getransporteerde nanodeeltjes in de poreuze media.
Experimentele conditie in de kolom Transport Studies
Aangezien de oplossingschemie was in alle drie gevallen Figure 5, moet de fysieke overbelasting van de depositie verschillen tussen deze drie experimenten uit te leggen. Bradford et al. 29 vonden dat graan tot korrels persen meestal optreedt wanneer de verhouding van deeltjesdiameter tot collector diameter groter dan 0,05. In een andere studie, Bradford et al. 30 vonden dat dergelijke deformatie kan gebeuren wanneer de verhouding zo laag als 0,003. Aangezien MWCNTs cilindrische deeltjes is de verhouding tweemaal berekend met gebruikmaking deeltjesdiameter en de lengte. In een eerdere studie MWCNTs, Liu et al. 16 vonden dat de kritische waarde voor MWCNTs was 0.003 urn voor diameter en 0,011 nm voor lengte fysieke overbelasting leiden. Zoals aangegeven door de fabrikant, de gemiddelde lengte en diameter van de MWCNTs gebruikt in deze studie waren 15 pm en 40 nm respectievelijk. Met behulp van deze waarden, de verhoudingen van MWCNT lengte zandkorrel diameter boven de kritische waarde voor alle zanden (0,05, 0,07 en 0,1), but de verhoudingen van MWCNT diameter korreldiameter zand alle onder de kritische waarde (0,00013, 0,00018 en 0,00027) in vergelijking met eerdere studies 22. Mattison et al. 14 voorgesteld overbelasting een van de belangrijkste mechanismen wanneer de ionsterkte laag kan zijn. In deze studie, het effluent MWCNTs massa (uit stap 1 en 2) toont aan dat grotere korrelgrootte tot minder afzetting. Dit kan erop wijzen dat er meer MWCNTs waren gespannen voor kleinere zandkorrel maten. De verschillen in de hoeveelheid partikelretentie voor verschillende korrelgrootte moet ten minste gedeeltelijk te verklaren door verschillen in graan-to-grain persen zijn, maar dit kan niet de enige reden tijdens een transport kolom studies. Dus een gevestigde transport studie kolom met diverse poreuze media korrelgrootte is belangrijk voor de vergelijking van soortgelijke studies uitgevoerd in verschillende literatuur en voor de toepassing van dergelijke vaststelling in het veld.
Behoud van MWCNTs als gevolg van het Patroon van Flow
De variatie in stroomsnelheid tijdens een kolom studies kan zeer kritisch voor de nanodeeltjes transport studies. Het voorbeeld van dit effect is aangetoond in deze studie en vergelijking met andere soortgelijke studies in Sharma et al. 22. Figuur 6 blijkt dat de mobiliteit van MWCNTs was sterk afhankelijk van de stroomsnelheid, dat wil zeggen hogere retentie met afname stroomsnelheid , die in overeenstemming is met eerdere studies 14,16. De impact van stroom variatie in MWCNT vervoer studies is in Sharma et al. 22 besproken. Bestuderen benadrukt het belang van stromingspatroon in het transport kolomexperimenten naast de oppervlakte eigenschappen van nanodeeltjes en achtergrond oplossingschemie, de fluctuatie en verandering in stromingspatroon gemeenschappelijk in de natuur die ook invloed hebben op de transport en bewaren van MWCNTs door bodem en het grondwater.
<p class = "jove_content"> praktische implicatiesHet kan uit deze studie dat de functionalisering van MWCNT is een belangrijk proces om het lot en het transport van MWCNT in poreuze media te begrijpen worden gesloten. De stappen die door de oppervlaktemodificatie taak op MWCNT kan kritisch zijn voor de totale retentie van deze nanodeeltjes tijdens een kolom studies aangetoond in deze studie ook waargenomen in literatuur. Daarom is een goed gedocumenteerde richtlijn van oppervlaktemodificatie van MWCNT noodzakelijk om het effect van fysische en chemische parameters correcte schatting van transport en behoud van deze nanodeeltjes in de bodem poriën vergelijken. De systematische stappen gevolgd deze studie tijdens de bereiding van zand gevulde kolom experiment kan verder nuttig zijn voor goed gecontroleerde laboratoriumschaal studies nanodeeltjes transport worden geschat en vergelijkbaar voor grootschalige toepassing van dergelijke bevindingen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
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 |
References
- Maynard, A. D., et al. Safe handling of nanotechnology. Nature. 444, 267-269 (2006).
- Mauter, M., Elimelech, M. Environmental applications of carbon-based nanomaterials. Environ. Sci. Technol. 42 (16), 5843-5859 (2008).
- Darka-Kagy, K., Khodadoust, A. P., Reddy, K. R. Reactivity of aluminum lactate-modified nanoscale iron particles with pentachlorophenol in soils. Environ. Eng. Sci. 27 (10), 861-869 (2010).
- Lin, D., et al. Fate and transport of engineered nanomaterials in the environment. J. Environ. Qual. 39 (6), 1896-1908 (2010).
- Petersen, E. J., et al. Potential release pathways, environmental fate, and ecological risks of carbon nanotubes. Environ. Sci. Technol. 45 (23), 9837-9856 (2011).
- Wiesner, M., Bottero, J. Y. Environmental nanotechnology. , McGraw-Hill Companies. The Blacklick, OH. (2007).
- Klaine, S. J., et al. Nanomaterials in the environment: Behavior, fate, bioavailability, and effects. Environ. Toxicol. Chem. 27 (9), 1825-1851 (2008).
- Wang, C., et al. Toxicity effects of four typical nanomaterials on the growth of Escherichia coli, Bacillus subtilis and Agrobacterium tumefaciens. Environ. Earth Sci. 65 (6), 1643-1649 (2012).
- Shen, M., et al. Polyethyleneimine mediated functionalization of multi-walled carbon nanotubes: Synthesis characterization, and in vitro toxicity assay. J. Phys. Chem. C. 113 (8), 3718-3724 (2009).
- Sahithi, K., et al. Polymeric conposites containing carbon nanotubes for bone tissue engineering. Int. J. Biol. Marcomol. 46 (3), 281-283 (2010).
- Petersen, E., Huang, Q., Weber, W. Bioaccumulation of radio-labeled carbon nanotubes by Eisnia Foetida. Environ. Sci. Technol. 42 (8), 3718-3724 (2008).
- Gottschalk, F., et al. Modeled Enrionmental concentrations of engineered nanomaterials for different regions. Enrviron. Sci. Technol. 43 (24), 9216-9222 (2009).
- Liu, X., et al. et al.Mobility of multiwalled carbon nanotubes in porous media.Environ. Sci. Technol. 43 (21), 8153-8158 (2009).
- Tian, Y., Gao, B., Ziegler, K. J. High mobility of SDBS-dispersed single-walled carbon nanotubes in saturated and unsaturated porous. J. Hazard. Mater. 186 (2-3), 1766-1772 (2011).
- Mattison, N. T., et al. Impact of porous media grain size on the transport of multi-walled carbon nanotubes. Environ. Sci. Technol. 45 (22), 9765-9775 (2011).
- Kasel, D., et al. Limited transport of functionlized multi-walled carbon nanotubes in two natural soils. Environ. Pollution. 180, 152-158 (2013).
- Yu, S., et al. Effects of humic acid and Tween-80 on behavior of decabromodiphenyl ether in soil columns. Environ. Earth Sci. 69 (5), 1523-1528 (2013).
- Jaisi, D. P., et al. Transport of single-walled carbon nanotubes in porous media: filtration mechanisms and reversibility. Environ. Sci. Technol. 42 (22), 8317-8323 (2008).
- Tiraferri, A., Tosco, T., Sethi, R. Transport and retention of microparticles in packed sand columns at low and intermediate ionic strengths: experiments and mathematical modeling. Environ. Earth Sci. 63 (4), 847-859 (2011).
- Tian, Y., et al. Deposition and transport of functionalized carbon nanotubes in water-saturated sand columns. J. Hazard. Mater. 213-214, 265-272 (2012).
- Mekonen, A., Sharma, P., Fagerlund, F. Transport and mobilization of multiwall carbon nanotubes in quartz sand under varying saturation. Environ. Earth Sci. 71 (8), 3751-3760 (2014).
- Sharma, P., Bao, D., Fagerlund, F. Deposition and mobilization of functionalized multiwall carbon nanotubes in saturated porous media: effect of grain size, flow velocity and solution chemistry. Environ. Earth Sci. , (2014).
- Phenrat, T., Lowry, G. V., Hotze, E. M. Nanoparticle aggregation: challenges to understanding transport and reactivity in the environment. J. Environ. Qual. 39 (6), 1909-1924 (2010).
- Crist, J. T., et al. Transport and retention mechanisms of colloids in partially saturated porous media. Vadose Zone J. 4 (1), 184-195 (2005).
- Jaisi, D. P., Elimelech, M. Single-walled carbon nanotubes exhibit limited transport in soil columns. Environ. Sci. Technol. 43 (24), 9161-9166 (2009).
- Corapcioglu, M. Y., Choi, H. Modeling colloid transport in unsaturated porous media and validation with laboratory column data. Water Resour. Res. 32 (12), 3437-3449 (1996).
- Wan, J., Wilson, J. L. Colloid transport in unsaturated porous media. Water Resour. Res. 30 (4), 857-864 (1994).
- Wan, J., Wilson, J. L. Visualization of the role of the gas-water interface on the fate and transport of colloids in porous media. Water Resour. Res. 30 (1), 11-24 (1994).
- Bradford, S. A., et al. Physical factors affecting the transport and fate of colloids in saturated porous media. Water Resour. Res. 38 (12), (2002).
- Bradford, S. A., Torkzaban, S., Walker, S. L. Coupling of physical and chemical mechanisms of colloid straining in saturated porous media. Water Res. 41 (13), 3012-3024 (2007).
