土壌カラムを通して表面修飾カーボンナノチューブの輸送

サマリー

ナノ粒子の表面特性は、周囲の媒体との相互作用にとって重要です

したがって、カーボンナノチューブの表面改質は、多孔質媒体を介したカーボンナノチューブの輸送と保持に重要になる可能性があります。ここでは、ラボスケールのカラム実験を使用して、これらのナノ粒子の輸送と保持の可能性を理解します。

要約

カーボンナノチューブ(CNT)は広く製造されたナノ粒子であり、スポーツ用品、電子機器、生物医学用途など、多くの消費者製品に利用されています。CNTは、その生産と使用が加速しているため、土壌や地下水系に放出されると、潜在的な環境リスクとなります。したがって、CNTの環境運命と輸送に関する現在の理解を深めることが不可欠です。天然培地と人工培地の両方でのCNTの輸送と保持は文献で報告されていますが、調査結果は大きく異なるため、決定的なものではありません。保持と輸送の変動に関与する多くの物理的および化学的パラメータがあります。この研究では、選択された多層カーボンナノチューブ(MWCNT)の完全な手順が、表面修飾から重要な物理的および化学的シナリオでの実験室カラム実験の完全なセットまで提示されます。結果は、市販のMWCNTの安定性が重要であり、付着した表面官能基が周囲の媒体を介したMWCNTの輸送と保持にも影響を与える可能性があることを示しています。

概要

そのような情報技術、エネルギー、環境科学、医学、国土安全保障、食の安全、輸送などの業界で多くの技術を向上させるために、ナノ粒子の様々なタイプを使用していますナノテクノロジーの最近の発展に伴い、土壌·地下水中のナノ粒子の輸送および保持の十分な理解は、リスク評価だけでなく、工業ナノ粒子^1-3の環境の用途のために重要である。カーボンナノチューブ（CNT）は、ほとんど製造された炭素系ナノ粒子^2,4の一つである。 CNTは、一般的には100nm未満の直径と50​​ 100〜500nmの範囲の長さとグラフェンの長い円筒形である。それらは、エレクトロニクス、光学、化粧品、生物医学技術などの多くの用途（ 例えば 、複合材料^）5におけるそれらの使用が加速しているユニークな特性を有する。使用の増加と共に、増加したrをもあるヒトの曝露と効果健康にだけでなく、環境^5-8にCNTと他の炭素系ナノ材料の処分を以下の不利な生態系影響へISK。

ない表面修飾（非官能化）と、カーボンナノチューブは極めて疎水性であり、水溶液中で凝集する傾向がある。官能基化CNTsは、しかしながら、分散させ、水溶液中で安定であり、そのような薬物送達⁹のように生物医学的目的のために使用されたままであり得る。ここでは、CNTが分散され、動員されたままであることが不可欠であるので、薬物が人体¹⁰

プロトコル

多層カーボンナノチューブの1機能化

1. 安全眼鏡、手袋、白衣を使用して、ヒュームフード内部の全体機能化ステップを実行します。メスシリンダーを用いて24硫酸のml及び硝酸酸の8ミリリットルを測定した後、ビーカーにそれらを転送する。 （最終濃度は酸混合物の1 mg / mlのあるべき）化学天秤でスズ箔コンテナを使用してビーカーに未処理のMWCNT 32mgのを追加します。
2. まず、室温で2時間、超音波洗浄器（浴）にMWCNTと酸混合物でビーカーを保つ。その後、熱と90で5時間のためのMWCNT-酸性溶液をかき混ぜる ホットプレートを用い°C。
3. フィルターホルダー上に置かれ、0.2μmの孔径のPTFEフィルター膜でCNTサスペンションをフィルタリングし、及び濾過を助けるために真空を使用しています。部分によってろ過部分を実行し、いくつかのフィルター膜（1フィルタの部分ごとに上記の混合物の約1/4 ^回目 ） ^を使用します。沸騰したお湯を追加します。混合物のpHが5より大きくなるまで濾過処理中に酸性溶液を濾過する。
4. それがオフにされ、真空システムには何も導入しないときは、必ず真空を破る。廃液を収集するためにコニカルビーカーを使用してください。
5. 廃棄物容器（廃棄物処理施設に廃棄物容器を送信したり、水道水の少なくとも10倍を加算して、シンクにそれをダンプする前に液体を希釈）中のろ酸を注ぐ。

結果

MWCNT機能化の影響

官能化及びMWCNT分散溶液は、溶液が平衡に達するように、ビーカー中に密封した。超音波処理の6ヶ月（ 図2）のために同じままで、溶液中のMWCNTの流体力学的直径（1619±262 nm）と超音波処理後のストック溶液で観察さもない沈降や凝集がありました。それらの移動度たMWCNTの官能化の効果を調べるために、列2組の実験を使用して実施した両方の完全に官能化し、（製造業者から受け取ったまま） を表1に指定された実験条件とMWCNTの最大相対濃度（以下、官能化以下官能化MWCNTをのそれは0.65（ 図3）であった完全に官能化されたMWCNTのC / C _0）は 、約0.75であった。あまり官能化MWCNTをを中に検出された後で完全に官能化MWCNTを、それらの破過曲線より流出物も歪んでいた。これは、より少ない官能化MWCNTを少なくモバイルたとカラムに保持に対し、完全に官能化MWCNTを高度にモバイルで.......

ディスカッション

MWCNT機能化の影響

図2は、官能化されたMWCNTの安定性を確認するように、MWCNTの溶出体積で観察された差異は、機能化によるものであり、特に起因たMWCNT（ 図3および図4）の表面にカルボキシル基（-COOH）基の付加である。類似の官能化プロセスでは、酸素の存在は、X線光電子分光法¹⁴により確認された。これは、ナノ粒子表面への界面活性剤の添加は、その懸濁液を安定化し、凝集^23が減少すること^が以前に見出されている。他の独立した研究によると、粒子間エネルギー障壁が存在しないことから、凝集はナノ粒子凝集体の大きさ及び堆積速度を増加させ、物理的なひずみ^18,23-25 ​​の発生に寄与する。従って、凝集はdepositio増加している可能性があるNと本研究におけるより少ない官能化（より疎水性）のMWCNTの保持。これは、多孔質媒体中の疎水性コロイドの保持は.......

材料

この記事で使用された材料の一覧

名前	会社	カタログ番号	コメント
MWCNT	Cheap Tubes Inc.、米国	sku-03040304	半機能化粉末石
英砂	Sibelco Nordic、Baskarp、スウェーデン	B44	91% 以上の珪砂で購入
H2SO4	VWR	1.01833.2500	95%-97% 純度
HNO3	VWR	1.00441.1000	70% 純度
HCl	VWR	1.00317.2500	37%-38% 純度
H22O2	VWR	23615.248	30% 純度
NaCl	VWR	1.06404.0500	99.5% 純度
NaOH	Sigma-Aldrich	S8045-500G	99.99% 純度 ペレット
超音波ホモジナイザー	バイオロジクス社マナッサス、バージニア	州モデル3000、0-127-0002	固定時間間隔で操作
ソニケーター(バス)	ケリー超音波株式会社	1808	コモンバスソニケーター
蠕動ポンプ	イスマンテック、グラットブルグ、スイス	ISM931	ポンプのタイゴンチューブと連携
分光光度計	ハッハランゲ	DR500、LPV408.99.0001	手動キュベットと自動サンプリング
で操作 pHメーター	メトローム	781	pH分析
ガラスカラム	Chromaflex	420830-1510	調整可能なキャップ付きカラム
フラクションコレクター	Spectrum Labs Europe	CF-2, 124846	一定時間間隔で固定
フラクションコレクターチューブ	VWR	212-9599	6ml容量ガラスチューブ
ホットプレート攪拌	Thermo Scientific	SP131320-33	温度調節可能
オーブン	Elektro Helios	259	砂のオーブン乾燥用
バランス	メトラー・トレド	AE 160	正確な重量のために

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