Introduction
Mit der jüngsten Entwicklung in der Nanotechnologie, die verschiedene Arten von Nanopartikeln verwendet, um eine Reihe von Technologien in Branchen wie Informationstechnologie, Energie, Umweltwissenschaften, der Medizin, der inneren Sicherheit, Lebensmittelsicherheit und den Transport zu verbessern; ein gründliches Verständnis der Transport und Aufbewahrung von Nanopartikeln in Boden und Grundwasser ist von entscheidender Bedeutung für die Risikobewertung als auch umwelttechnische Anwendungen von Nanopartikeln 1-3. Kohlenstoffnanoröhren (CNTs) sind eine der am meisten produzierte Kohlenstoff basierenden Nanopartikel 2,4. CNTs sind die langen und zylindrische Form von Graphen mit einem Durchmesser in der Regel unter 100 nm und einer Länge im Bereich von 100 nm bis 50 um. Sie haben einzigartige Eigenschaften, die ihre Verwendung in vielen Anwendungen beschleunigt haben, wie zum Beispiel Elektronik, Optik, Kosmetika und biomedizinischen Technik (beispielsweise Verbundwerkstoffe) 5. Mit der zunehmenden Nutzung, gibt es auch eine erhöhte risk zur Exposition des Menschen und Auswirkungen auf die Gesundheit als auch negative ökologische Folgen nach CNT und anderen kohlenstoffbasierte Nanomaterialien zur Verfügung, um die Umwelt 8.5.
Ohne Oberflächenmodifikationen (unfunktionalisierten) sind CNTs extrem hydrophob und neigen zur Aggregation in einer wässrigen Lösung. Funktionalisierten CNTs bleiben jedoch dispergiert und in wßrigen Lösungen stabil und werden für biomedizinische Zwecke, wie Arzneimittelabgabe 9 verwendet. Hier ist es wichtig, dass die CNTs dispergiert bleiben und genutzt, so kann der Wirkstoff innerhalb des menschlichen Körpers 10 geliefert werden. Auf der anderen Seite, um Umweltrisiken zu reduzieren, gibt es einen Bedarf an Studien, die sich, wie die CNTs, um unbeweglich zu ihrem Eintritt in Grundwasserleitern und Trinkwasserressourcen 11 zu vermeiden. Jüngste Studien haben die toxische Wirkung von CNTs auf lebende Organismen berichtet und auch Risiken für die Ökosysteme in Bezug auf die Eingabe von CNTs und Anreicherung in der Nahrungskette, daCNTs sind schwer biologisch abbaubar 5,8. Selbst mit Schrankenanlagen auf Deponien, die CNTs, kann es möglich sein, dass CNTs durch die Barrieren passieren. In solchen Fällen könnten CNTs in Grundwasservorkommen und Oberflächengewässer gelangen. Als CNT Entsorgungsvorschriften sind nicht gut definiert und Transportmechanismen sind weitgehend unverstanden, ist ein verbessertes Verständnis der Mobilität von CNTs notwendig, zu formulieren und Gestaltung geeigneter Entsorgungssysteme 12. Daher ist es wichtig, zu untersuchen und zu verstehen, das Schicksal und die Beförderung von CNTs in porösen Medien, und die Wirkung von physikalischen und chemischen Faktoren, die üblicherweise in der unterirdischen Umgebung auf der Oberfläche vorliegenden modifizierten CNT Retention.
Eine Reihe von Untersuchungen wurden aus über die Wirkung des Kollektors Korngrße 13-15 durchgeführt, Flussrate 16, und die Oberflächeneigenschaften der Körner 17 auf den Transport von Nanopartikeln in porösen Medien. Jedoch systematischen Untersuchungen über die Wirkung von SolutIonenchemie (wie pH-Wert und Ionenstärke) über mögliche Ablagerung auf den Sammeloberflächen sind noch begrenzt 18-20. Zusätzlich wird die kombinierte Wirkung von physikalischen Faktoren, Lösungschemie des Mediums, und die Oberflächeneigenschaften von Kohlenstoffnanoröhren nicht gut verstanden und sind in den einzelnen Literatur. In dieser Studie wird ein Herstellungsverfahren für die Oberflächenmodifikation von MWCNTs zusammen mit einem systematischen Laborkolonne mit Säure gereinigt Quarzsand verpackt nachgewiesen werden verwendet, um den Transport, die Aufbewahrung und Remobilisierung von oberflächenmodifizierten CNTs in gesättigten porösen Medien zu untersuchen .
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Protocol
1. Funktionalisierung Mehrwandige Carbon Nanotubes
- Führen Sie die gesamte Funktionalisierungsschritt innerhalb einer Abzugshaube mit Sicherheitsbrille, Handschuhe und Labormantel. Messen Sie 24 ml Schwefelsäure und 8 ml Nitratsäure mit einem Messzylinder, und übertragen sie dann in ein Becherglas. Hinzufügen 32 mg unbehandelter MWCNTs in ein Becherglas mit Zinnfolie Behälter bei einer Analysenwaage (Endkonzentration sollte 1 mg / ml des Säuregemisches sein).
- Erstens, halten das Becherglas mit MWCNT und Säuregemisch in der Ultraschall-Reiniger (Badewanne) 2 h bei RT. Dann, Hitze und die MWCNT-Säure-Lösung für 5 Stunden bei 90 rühren ° C unter Verwendung einer heißen Platte.
- Filtern Sie die CNT-Suspension mit einer 0,2 & mgr; m Porendurchmesser PTFE-Filtermembran auf einem Filterhalter platziert, und verwenden Vakuumfiltration zu helfen. Führen Sie den Filterportionsweise möglich, mehrere Filtermembranen (etwa 1/4 th der obigen Mischung pro Portion für einen Filter). In kochendem Wasserwährend des Filterprozesses zum Herausfiltern der Säurelösung, bis der pH der Mischung ist größer als 5 wird.
- Immer das Vakuum unterbrochen, bevor es ausgeschaltet wird, und nichts in das Vakuumsystem einzuführen. Verwenden Sie einen Erlenmeyerkolben, um die Abfallflüssigkeit zu sammeln.
- Gießen Sie filtriertem Säure in einen Abfallbehälter (senden Sie die Abfallbehälter zu einer Abfallbehandlungsanlage oder verdünnte die Flüssigkeit vor Dumping es in die Spüle, indem mindestens das Zehnfache des Leitungswassers).
- Übertragen Sie die Filtermembranen mit beibehalten MWCNTs in Abdampfschalen und stellte das Geschirr in den Exsikkator (enthält etwa 100 g Kieselgel) und eine Vakuum-Umgebung (lassen Sie das Vakuum auf etwa 1 Stunde) für CNT Trocknung (ca. 24 Stunden abzuschließen ).
- Kratzen Sie die CNTs aus den Membranen vorsichtig mit Spachtel und übertragen Sie die Partikel in einen sauberen Behälter. Wiegen Sie die MWCNTs Pulver und beschriften Sie den Behälter für die zukünftige Verwendung.
2. Porouns Medien für Verkehr Experimente
- Bereiten 0,1 M HCl-Lösung Absäuern Quarzsand.
- Führen Sie diese Schritte in einem Laborabzug mit Sicherheitsbrille, Handschuhe und Labormantel. 1 L entionisiertem Wasser in einen 2-l-Kolben. Messen 8 ml 37% iger HCl unter Verwendung eines Messzylinders.
- Fügen Sie das HCl in das VE-Wasser spülen. Schütteln Sie die Flasche vorsichtig, damit das Mischen.
- Mit der vorbereiteten HCl-Lösung zu waschen den Sand.
- Wiegen Sie ca. 1000 g Sand. In 1/3 der Sand in den Kolben mit dem HCl-Lösung und der Kolben zweimal schütteln, damit das Mischen dann fügen Sie Rest der Sand (1/3 der Sand jedes Mal).
- Der Kolben drei Mal schütteln und lassen Sie die Säure mit Sand für 30 min.
- Gießen Sie die Flüssigkeit aus dem Kolben zu Säure Abfallbehälter und spülen Sie den Sand mit entionisiertem Wasser mindestens 8-fache.
- Mit einem H 2 O 2 -Lösung zu waschen den Sand.
- Hinzufügen 700 ml entionisiertem Wasser inder Kolben mit Sand misst dann 40 ml 30% H 2 O 2 -Lösung mit einem Messzylinder.
- Fügen Sie die H 2 O 2 Lösung in Kolben, der mit Sand und schütteln Sie zweimal, um das Mischen. Dann 3- mal weitere 40 ml 30% H 2 O 2 Lösung, bis es 160 ml H 2 O 2 insgesamt in den Kolben.
- Schütteln Sie und mischen Sie die Lösung und Sand jedes Mal und lassen Sie den H 2 O 2 -Lösung mit Sand für 40 Minuten, damit die Reaktion abgeschlossen ist. Die Flasche schütteln und rühren Sie den Sand mit einem Kunststoffstab alle 10 min.
- Die Flüssigkeit auf dem Waschbecken und führen Sie Leitungswasser für 30 Sekunden.
- Spülen und trocknen Sie den Sand.
- Mit entionisiertem Wasser spülen Sand mindestens 8 Mal zu jeder Lösung zu befreien oder links über Reaktionsprodukte zu werden. Schütteln und gut umrühren beim Spülen.
- Setzen Kolben mit Sand gespült in einen Ofen (105 ° C) 24 Stunden lang trocknen, dann mit Sand aus dem Ofen mitOfen-Handschuh und lassen Sie an der Theke für 2 Stunden für den Sand abkühlen.
- Übertragen Sie die sauberen Sand in einen Plastikbehälter. Markieren Sie den Container und legen Sie sie in einem entsprechenden Lagereinsatzbereit zu sein.
3. Säulenversuche
- Vorbereitung der Hintergrund Lösung.
- Bereiten Sie entsprechende Hintergrundlösungschemie für die Säulenversuch.
- Verwenden Sie 0,1 M HCl und 0,1 M NaOH-Lösungen, um den pH-Wert und Salz NaCl einstellen, geeignete Ionenstärke für das folgende Experiment zu erzielen.
- Spaltenauswahl.
- Wählen einer Glassäule von 2,5 cm Durchmesser und 15 cm Länge für diesen Versuch (pH: 5 und Ionenstärke: 2 mm in der vorliegenden Studie). Verwenden eines Stahlmaschenfilter (0,2 mm) auf beiden Seiten der Glassäule.
- Spülen Sie die mit der Säule verbunden Rohren und füllen sich mit Hintergrundlösung (oder MWCNTs Lösung bis zum 3-Wegeventil, um die Art des Flüssigkeitsflusses zu steuern (MWCNTs solution-oder Hintergrund-Lösung), wie in Abbildung 1 dargestellt.
- Wet-Packung der Kolonne.
- Wiegen Sie die sauberen Sand auf einer Skala an, um 124 g des sauberen Sand für die ausgewählte Spalte Größe.
- Mit einer Feinschlauchpumpe. Pumpe kalibrieren bis 2 ml / min Flüssigkeitsstrom zu erreichen.
- Starten der Pumpe, um die Säule von unten zu füllen, bis das Wasserniveau ist ein paar Zentimeter über dem Boden der Säule. Legen Sie etwa 1/10 des gemessenen Sand in einer Zeit, in der Spalte, aber stellen Sie sicher, dass der Sand-Ebene nicht über den Wasserspiegel in der Spalte zu kommen. Setzen Sie den Wasserfluss zu der Säule kontinuierlich über dem Sand Niveau bleiben.
- Schließen Sie die Spaltenkappe mit geeigneten Filtergewebe nach vollständiger Füllung.
- Lassen Sie die Füllkörperkolonne für mindestens 1 Stunde fließen. Die einzelnen Parameter der Kolonne sind in Tabelle 1 angegeben.
- Tracer-Test.
- Sherb die Säulenversuch mit einem Tracer-Test vor der MWCNT Lösung Experimente.
- Schalten Sie das 3-Wegeventil mit dem Tracer-Lösung (mit Lebensmittelfarbe Tracer bei 20 mg / l), um das Experiment zu starten.
- Sammle die Ablaufproben aus der Säule bei jedem 2 min (dh 4 ml / Proben in jedem Probenröhrchen) mit dem verbundenen Fraktionssammler wie in Abbildung 1 dargestellt.
- Weiterhin die Tracerlösung für eine 4,32 Porenvolumen einzuspritzen (dh Lösung fließt 4,32 Mal der Gesamtleerporenraum im Sand gepackten Säule), die auch als Phase I des Experiments.
- Schalten des 3-Wege-Ventil, um Hintergrundlösung (VE-Wasser im Fall von Tracer-Experiment) für einen weiteren 4,32 Porenvolumen fließen.
- Vorbereitung der MWCNT Lösung.
- Einen dispergierte, funktionalisierte MWCNTs Lösung, indem 15 mg des funktionalisierten MWCNTs in einem 300 ml Becherglas mit 200 ml einer wässrigen Lösung (mit gewünschten solution Chemie dh pH 5 und 2 mM Ionenstärke in der aktuellen Versuchsbedingung) und mit einem Ultraschall-Homogenisator Sonde im Becher (40% Leistung für 15 Minuten). Mischen Sie die dispergierte MWCNTs Lösung mit weiteren 800 ml der gleichen wßrigen Lösung, die MWCNT Konzentration von 15 mg / l zu erreichen.
- Führen der Rasterelektronenmikroskopie (SEM) der Bildanalyse der Stammlösung für die Größe und Form der Nanopartikel nach der Funktionalisierung.
- MWCNT Transport Experiment.
- Schalten Sie das 3-Wegeventil auf MWCNT Lösung, um die Säulenversuch starten.
- Sammle die Ablaufproben aus der Säule bei jedem 2 min mit dem verbundenen Fraktionssammler.
- Spritzen Sie die MWCNT Lösung für eine 4,32 Porenvolumen (Phase I des Experiments).
- Schalten des 3-Wege-Ventil, um Hintergrundlösung für eine weitere 4,32 Porenvolumen, das genannte Phase II des Experiments fließen.
- Ändern Sie den Injektionsschlauch der background Lösung in VE-Wasser Flasche (nach dem Stoppen der Pumpe für einen Moment, um den Eintritt von Luft aus dem Rohr zu verhindern) und die Strömung zum anderen 4,32 Porenvolumen, die als Phase III des Experiments fortgesetzt.
- Probenanalyse.
- Übertragen Sie alle Rohrproben von Fraktionssammler in ein Röhrchen-Rack.
- Bereiten Sie eine UV / VIS Spektralphotometer für die Probenanalyse, das heißt, wo der entsprechende Scan-Wellenlänge für die Quantifizierung der gesammelten Proben. Verwenden 400 nm für eine MWCNT-Lösung und einer 333 nm Wellenlänge für Tracer-Lösung.
- Scannen alle aus der Säule gesammelten Proben während der Phasen I, II und III unter Verwendung einer Küvette bei 400 nm Wellenlänge (oder einer anderen Wellenlänge, wenn als besser geeignet im vorherigen Schritt) und speichert die Daten.
- Sammeln Sie die Daten aus dem Spektralfotometer und skizzieren sie gegen die Zeit oder das Porenvolumen zu Durchbruchskurven zu erhalten, wie in den repräsentativen Ergebnisse gezeigt (zum Beispiel Bild3).
- Führen Größenanalyse (hydrodynamischen Durchmesser) von Ein- und Auslaufproben mittels Zeta Sizer und Durchführung der Visualisierung untersucht sowohl für Zu- und Ablaufproben mittels Rasterelektronenmikroskopie.
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Representative Results
Wirkung von MWCNT Funktionalisierung
Das funktionalisierte und dispergiert MWCNT Lösung wurde in das Becherglas verschlossen, damit die Lösung das Gleichgewicht zu erreichen. Es gab weder Sedimentation noch Aggregation in der Stammlösung nach der Beschallung beobachtet, da der hydrodynamische Durchmesser MWCNT (1.619 ± 262 nm) in der Lösung das gleiche für sechs Monate Beschallung (Figur 2) bleibt. Um die Wirkung der Funktionalisierung MWCNTs auf ihre Mobilität zu untersuchen, wurden zwei Sätze von Säulenversuchen durchgeführt unter Verwendung sowohl voll funktionalisiert und weniger funktionalisierte (wie vom Hersteller erhalten) MWCNTs mit der in Tabelle 1 angegebenen experimentellen Bedingungen. Die maximale relative Konzentration ( C / C 0) des vollständig funktionalisierten MWCNTs betrug etwa 0,75, während die von weniger funktionalisierte MWCNTs nur 0,65 (Abbildung 3). Die weniger funktionalisierte MWCNTs wurden erfasstdas Abwasser später als die voll funktionalisierten MWCNTs und ihre Durchbruchskurve wurde auch verzerrt. Dies deutet darauf hin, dass die voll funktionalisierten MWCNTs waren sehr mobil, während die weniger funktionalisierte MWCNTs weniger mobil und in der Säule zurückgehalten.
Auch nach dem gesteuerten Zustand ist die Funktionalisierung von MWCNT sehr empfindlich für die Stabilität in der Natur als auch ihrer Rückhalterate in das poröse Medium in einer beliebigen Spalte Experimenten. Drei Aktien von funktionalisierten MWCNTs anders verhalten, obwohl ihre chemischen und physikalischen Bedingungen waren in derselben Reihenfolge (Abbildung 4). Die bisherige Literatur haben auch berichtet, aufstrebenden Rückhalterate für MWCNTs zu ähnlichen Laborbedingungen 14,16,20,21 funktionalisiert.
Versuchsbedingungen in den Spaltenverkehrswesen
Eine allgemeine gesättigten Spalte Studie hat für den Transport nachgewiesenMWCNTs durch verschiedene Textur und Struktur der porösen Medien. Die mittlere Korngrße ist für den Transport der zylindrisch geformten MWCNTs. In dieser Studie wurden drei Größen von Quarzsand gewählt, um die Auswirkungen der Kollektorkorngröße zu bewerten. Theoretisch, da der Kollektor Korngröße ab, die maximale Aufnahmekapazität erhöht, die mehr Ablagerung bedeutet. In allen drei Korngrößenverteilungen in diese Studie ausgewählt, die Ablaufkonzentration deutlich mit der gleichen Geschwindigkeit erhöht, bis sie 1,5 Porenvolumina erreicht hatte jedoch insgesamt eluierten MWCNTs relativ weniger für eine feinere Korngrße (Abbildung 5) waren.
Eigentums MWCNTs aufgrund Pattern Fluss
In der Literatur ist seit langem festgestellt, daß sphärische Nanopartikel weniger mobil für sich langsam bewegende Medien durch poröse Medien. Einige der Studien, die auf MWCNTs folgen auch den gleichen Weg mit weniger Mobilität dieser zylindrischen nanopartizeuge bei niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten 14,16,22. Als ein Beispiel wurde der Einfluss des Strömungsmusters für den Transport von funktionalisierten MWCNTs sowie deren Remobilisierung durch 1-D-Säule Studien nachgewiesen. Drei Sätze von Spalten Experimente wurden durchgeführt, um die Wirkung der Flussrate auf die Mobilität und Retention MWCNTs in gesättigten porösen Medien (Figur 6) zu untersuchen. Für die höchste Porenwassergeschwindigkeit (15,5 m / d), die relative Konzentration der MWCNTs im Abwasser erhöht schnell und erreicht einen Maximalwert (0,77 in Phase 1). Dann, nachdem der Zulauf wurde, um Hintergrundlösung umgeschaltet wird, verringert die Konzentration ohne Tailing (Phase 2). DI-Wasser wurde verwendet, um die zurückgehaltenen MWCNTs remobilisieren. Als Folge wird der Teil der abgeschiedenen MWCNTs wurden mit dem Abflußlösung (Phase 3) wieder mobilisiert wird. Bei niedrigeren Geschwindigkeiten, 5,15 und 1,17 m / d, erhöht die Abwasser MWCNT Konzentrationen langsam und eine Gleichgewichtskonzentration nicht innerhalb von 4,32 Porenvolumina MW erreicht CNT-Injektion in die Säule. Die maximale relative Konzentrationen betrugen 0,73 und 0,44, jeweils (6).
Abbildung 1. Übersicht über die Spalte Versuchsaufbau für den Transport von Nanopartikeln durch poröse Medien. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieses Bild anzuzeigen.
Abbildung 2: Stabilitätstest von Kohlenstoffnanoröhren. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieses Bild anzuzeigen.
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Abbildung 3. Oberflächenmodifiziertes MWCNTs aus der Säule eluiert (während der Phasen 1, 2 und 3) mit grobem Sand für experimentelle Bedingung Ionenstärke gepackt: 2 mM; pH: 5; und die Strömungsgeschwindigkeit: 15,5 m / d. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieses Bild anzuzeigen.
Abbildung 4. Beispiele für Durchbruchskurven für eluierten MWCNTs in drei verschiedenen Chargen bei gleichen Versuchsbedingungen funktionalisiert. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieses Bild anzuzeigen.
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Abbildung 5. MWCNTs aus der Säule eluiert (während der Phasen 1, 2 und 3) für verschiedene poröse Medien Korngrße für experimentelle Bedingung Ionenstärke: 2 mm; pH: 5; und die Strömungsgeschwindigkeit: 15,5 m / d. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieses Bild anzuzeigen.
Abbildung 6. MWCNTs aus der Säule eluiert (während der Phasen 1, 2 und 3) für verschiedene Durchflussraten für experimentelle Bedingung Ionenstärke: 2 mm; pH: 5; und Sand Größe:. 300 um Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieses Bild anzuzeigen.
| pH Ionenstärke (mM) | Korngröße (um) | Förderleistung (ml / min) | Porenwassergeschwindigkeit (m / Tag) | |
| 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 |
Tabelle 1. Zusammenfassung der experimentellen Bedingungen für Säulenversuche.
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Discussion
Wirkung von MWCNT Funktionalisierung
Wie Abbildung 2 bestätigt die Stabilität des funktionalisierten MWCNTs aufgrund Funktionalisierung und insbesondere durch die Zugabe von Carboxyl (-COOH) Gruppen an die Oberfläche der MWCNTs der beobachtete Unterschied in eluierte Volumen MWCNT wurde (3 und 4). Auf ähnliche Funktionalisierung wurde die Anwesenheit von Sauerstoff durch Röntgenphotoelektronenspektroskopie 14 bestätigt. Es wurde früher gefunden, dass die Zugabe von Tensid zu Nanopartikeloberflächen stabilisiert deren Aufhängung und reduziert die Aggregation 23. Nach anderen unabhängigen Studien Aggregation aus dem Fehlen Energiebarriere zwischen den Teilchen erhöht die Größe und Abscheiderate von Nanopartikel-Aggregate und trägt dazu bei, das Auftreten von körperlichen Anstrengung 18,23-25. Daher dürfte die Depositio gestiegen Aggregationn und Beibehaltung der weniger funktionalisierte (hydrophober) MWCNTs in dieser Studie. Es ist erwiesen, daß die Retention hydrophober Kolloide in porösen Medien ist höher als die der hydrophilen Kolloide und Feststoff-Wasser und Luft-Wasser-Feststoff-Grenzflächen als Hauptablagerungsstelle 24,26,27 vorgeschlagen. Darüber hinaus ist die Retention von Nanopartikeln steigt mit Oberflächenhydrophobizität 28, die mit den aktuellen experimentellen Beobachtungen übereinstimmt, da weniger funktionalisierte MWCNTs Vergleich zu (vollständig) funktionalisiert MWCNTs hydrophober sind. Aber das Ausmaß der Funktionalisierung MWCNTs sind Verfahren spezifisch und im Labor, was ein fehlerhaftes Ergebnis bei einer Spalte-Studien für eine genaue Vorhersage der transportierten Nanopartikel in dem porösen Medium produzieren kann, gefolgt.
Experimentelle Zustand in der Spalte Verkehrswesen
Da die Lösungschemie war in allen drei Fällen in Figure 5, sollte körperliche Anstrengung die Ablagerung Unterschiede zwischen diesen drei Experimenten zu erklären. Bradford et al. 29 festgestellt, dass Korn-zu-Korn Pressen tritt typischerweise auf, wenn das Verhältnis von Teilchendurchmesser zu Kollektordurchmesser größer als 0,05 ist. In einer anderen Studie, Bradford et al. 30 gezeigt, daß derartige Spann könnte passieren, wenn das Verhältnis so niedrig wie 0,003 ist. Da MWCNTs zylindrische Teilchen wurde das Verhältnis zweimal mit sowohl Partikeldurchmesser und die Länge berechnet. In einer früheren Untersuchung an MWCNTs, Liu et al. 16 festgestellt, dass der kritische Wert für MWCNTs betrug 0,003 & mgr; m für den Durchmesser und 0,011 nm für Länge, um die körperliche Anstrengung zu initiieren. Wie vom Hersteller angegeben, wurden die mittlere Länge und der Durchmesser der in dieser Studie verwendeten MWCNTs 15 um und 40 nm. Mit diesen Werten sind die Verhältnisse von Länge zu MWCNT Sandkorndurchmesser über dem kritischen Wert für alle Sand (0,05, 0,07 und 0,1), but die Verhältnisse MWCNT Durchmesser Sandkorndurchmesser sind alle unter den kritischen Wert (0,00013, 0,00018 und 0,00027), verglichen mit früheren Studien 22. Mattison et al. 14 vorgeschlagen, daß Spann könnte einer der Hauptmechanismen, wenn die Ionenstärke niedrig ist. In dieser Studie wurde der Ausfluß MWCNTs Masse (aus den Phasen 1 und 2) zeigt, daß größere Körnungen führte zu weniger Ablagerung. Dies könnte darauf hindeuten, dass mehr MWCNTs wurden für kleinere Sandkorngrößen belastet. Die Unterschiede in der Menge der Partikelretention für unterschiedliche Korngrößen sollten mindestens teilweise erklärbar durch Unterschiede in der Korn-zu-Korn Spann sein, aber dies kann nicht der einzige Grund während eines Spaltentransportuntersuchungen werden. So eine etablierte Spaltentransport Studie mit einer Reihe von porösen Medien Korngrßen ist wichtig für den Vergleich von ähnlichen Untersuchungen in verschiedenen Literatur- und für die Anwendung einer solchen Feststellung in dem Bereich durchgeführt.
Eigentums MWCNTs durch Muster Fluss
Die Variation der Strömungsgeschwindigkeit während jegliche Spalte Studien können sehr kritisch für Nanopartikel Transportstudien sein. Das Beispiel für diesen Effekt ist in dieser Studie nachgewiesen als auch im Vergleich mit anderen ähnlichen Studien in Sharma et al. 22, Fig. 6 zeigt, daß die Beweglichkeit MWCNTs hing stark von der Flussrate, dh eine höhere Retention mit der Abnahme der Durchflussrate , was mit früheren Studien 14,16 ist. Die Auswirkungen der Mengenänderung in MWCNT Transportstudien in Sharma et al. 22 diskutiert. Auch die Studie unterstreicht die Bedeutung der Strömungsmuster in der Spalte Transportexperimente zusätzlich zu den Oberflächeneigenschaften der Nanopartikel und Hinterlösungschemie, wie die Fluktuation und Veränderung der Strömungsmuster in der Natur üblich, die auch durch auswirken kann den Transport und Speicherung von MWCNTs sind Boden und Grundwasser.
<p class = "jove_content"> Praktische AuswirkungenEs kann aus dieser Studie, dass die Funktionalisierung von MWCNT ist ein wichtiger Prozess, um das Schicksal und den Transport von MWCNT in porösen Medien zu verstehen, abgeschlossen werden. Die einzelnen Schritte im Prozess der Oberflächenmodifikation auf MWCNT genommen kann kritisch für die Gesamtretention dieser Nanopartikel in einer Spalte Untersuchungen wie in dieser Studie gezeigt, und auch in der Literatur festgestellt werden. Daher ist eine gut dokumentierte Richtlinie der Oberflächenmodifizierung von MWCNT, um die Auswirkungen der physikalischen und chemischen Parameter für die richtige Einschätzung der Transport und Aufbewahrung dieser Nanopartikel in Bodenporen vergleichen notwendig. Die systematische Schritte, die in dieser Studie bei der Vorbereitung der Sand gepackten Säule Experiment könnte ferner zur kontrollierten Labor angelegte Studien zur Nanopartikeltransport Schätzung sein und für große Anwendung dieser Erkenntnisse vergleichbar.
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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 |
References
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