Introduction
Böyle bilgi teknolojisi, enerji, çevre bilimleri, tıp, ülke güvenliği, gıda güvenliği ve ulaşım gibi sektörlerde teknolojileri bir dizi geliştirmek için nanopartiküllerin çeşitli kullanır nanoteknoloji son gelişme ile; Toprak ve yeraltı nanopartiküllerin taşıma ve tutma kapsamlı bir anlayış risk değerlendirmesinde yanı sıra mühendislik nanopartiküller 1-3 çevresel uygulamalar için kritiktir. Karbon nanotüpler (CNT) en çok üretilen karbon bazlı nanopartiküller 2,4 biridir. CNT tipik olarak 100 nm altında bir çap ve 50 um ila 100 nm arasında değişen bir uzunluğa sahip grafen uzun ve silindirik bir şekilde bulunmaktadır. Bunlar elektronik, optik, kozmetik, ve biyomedikal teknoloji (örneğin, kompozit malzemeler) 5 gibi birçok uygulamada kullanımını hızlandırmıştır eşsiz özelliklerini, var. Artan kullanımı, aynı zamanda artan bir r oradaİnsan pozlama ve etkisi sağlığı yanı sıra CNT ve çevreye 5-8 diğer karbon bazlı nano bertaraf aşağıdaki olumsuz ekolojik sonuçlara isk.
Herhangi bir yüzey modifikasyon (fonksiyonelleştirilmemiş) ile CNT son derece hidrofobik olan ve sulu bir çözelti içinde bir araya eğilimindedir. İşlevsel CNT Bununla birlikte, dağılır ve sulu çözeltiler içinde kararlı ve ilaç verme 9 gibi biyomedikal amaçlar için kullanılan kalabilir. İşte o CNT dağınık ve harekete, bu nedenle ilaç insan vücudunda 10 içinde teslim edilebilir kalır esastır. Öte yandan, çevre risklerinin azaltılması için, su tabakası ve içme suyu kaynakları 11 girmelerini önlemek için, CNT tespit yöntemi ilgili çalışma için bir ihtiyaç vardır. Son çalışmalar canlı organizmalar üzerinde CNTs toksik etkisini rapor ve aynı zamanda beri, giren ve gıda zincirinde biriken CNTs açısından ekosistemler riskler var5,8 ayrışamadığından için CNT zor. CNT engelleri geçmek için bile CNT içeren çöplüklere bariyer sistemleri ile mümkün olabilir. Bu gibi durumlarda CNT yeraltı depoları ve yerüstü su organları içine girebilir. CNT bertaraf yönetmelikler iyi tanımlanmış değildir ve taşıma mekanizmaları tam olarak anlaşılmamıştır gibi, CNTs hareketliliği geliştirilmiş bir anlayış formüle ve tasarım uygun bertaraf sistemleri 12 gerekir. Bu nedenle, bu CNT tutma modifiye kaderi ve gözenekli ortamda CNTs taşınmasını ve yüzeyde yeraltı ortamında yaygın olarak fiziksel ve kimyasal faktörlerin etkisini incelemek ve anlamak önemlidir.
Araştırmanın sayıda gözenekli ortam nanopartikül taşıma taneleri 17 oranı 16 ve yüzey özellikleri, akış toplayıcısı tane büyüklüğü 13-15 etkisi hakkında yapılmıştır. SOLUT etkisi üzerine Ancak, sistematik araştırmalarToplayıcı yüzeyleri üzerine olası birikimi üzerinde iyon kimya (örneğin pH ve iyonik kuvvet gibi), yine 18-20 sınırlıdır. Ek olarak, fiziksel faktörleri, orta çözelti kimyası ve karbon nanotüplerin yüzey özelliklerinin birleşik etkisi daha iyi anlaşılacak ve başka literatürde farklılık gösterir. Bu çalışmada, MWCNTs yüzey değişimi için bir hazırlama yöntemi asitle temizlenmiş kuvars kumu ile kaplı olan bir sistematik laboratuar ölçekli kolonu ile birlikte sunulacaktır doymuş gözenekli ortam yüzey tadil edilmiş CNTs nakil, saklama ve tekrar hareketlenmesi araştırmak için kullanılacaktır .
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Çok duvarlı karbon Nanotüpler 1. İşlevselleştirilmesi
- Emniyet gözlük, eldiven ve laboratuvar önlüğü kullanarak, davlumbaz içinde tüm fonksiyonelleştirme adımı gerçekleştirin. Bir dereceli silindir kullanarak, nitrat asidi, 24 ml sülfürik asit ve 8 mi ölçün ve daha sonra bir kap içine aktarın. Bir analitik terazi kalay folyo muhafazası kullanılarak bir beher içine işlenmemiş MWCNTs 32 mg ekleyin (nihai konsantrasyon 1 mg / asit karışımının ml olmalıdır).
- İlk olarak, oda sıcaklığında 2 saat boyunca ultrasonik temizleyici (banyo) içinde MWCNT ve asit karışımı ile beher tutun. Daha sonra, ısı ve 90 ° C sıcaklıkta 5 saat için MWCNT asit çözeltisi karıştırılmış Sıcak plaka kullanılarak ° C.
- Bir filtre tutucu üzerine yerleştirilmiş bir 0.2 mikron gözenek çapı PTFE filtre membran ile CNT süspansiyon Filtre ve filtrasyon yardımcı olmak için vakum kullanın. Bölümü tarafından filtrasyon bölümünü gerçekleştirmek ve çeşitli filtre membranlar (bir filtre için porsiyon başına yukarıdaki karışımın yaklaşık 1/4 inci) kullanın. Kaynar su ekleyinKarışımın pH değeri 5'ten büyük olana kadar filtreleme işlemi sırasında asit solüsyonu filtre.
- O kapalı ve vakum sistemine şey tanıtmak için değil önce daima vakum kırmak. Atık sıvıyı toplamak için bir konik beher kullanın.
- Bir atık kabına filtreli asit dökün (atık işleme tesisine atık konteyneri göndermek veya musluk suyu en az on kez ekleyerek lavabonun içine damping önce sıvı sulandırmak).
- CNT (yaklaşık 24 saat, sonra kurumanın tamamlanması için yemekler buharlaştırılması halinde tutulan MWCNTs filtre membranları aktarın ve kurutma cihazı içine yemekler koymak (silis jeli, yaklaşık olarak 100 g içerir) ve bir vakum ortamı oluşturmak (yaklaşık 1 saat için vakumu bırakmak) ).
- Dikkatle spatula kullanılarak membranların dışarı CNT kazıyın ve temiz bir kabın içine parçacıkları aktarın. MWCNTs tozu tartılır ve ileride kullanmak için konteyner etiket.
2. PoroUlaştırma Deneyler için bize Medya
- Silika kumu asit yıkama için 0.1 M HCI çözeltisi hazırlayın.
- Emniyet gözlük, eldiven, ve laboratuvar önlüğü ile bir davlumbaz içindeki bütün bu adımları uygulayın. 2 L'lik bir şişeye, 1 L deiyonize su ilave edilir. Bir dereceli silindir kullanarak, 37% HCI 8 ml ölçün.
- Dikkatli bir şekilde deiyonize su içine HCl ekleyin. Karıştırma yardım dikkatle şişeyi çalkalayın.
- Hazırlanan HCI çözeltisi ile kum yıkanır.
- Yaklaşık 1,000 gr kum tartılır. HCI çözeltisi ile balona kum 1/3 ekleyin ve kum (kum her zaman 1/3) geri kalanını ekleyin karıştırma yardımcı olmak için iki kez şişeyi sallayın.
- Flask üç kez çalkalayın ve 30 dakika kum asit bırakın.
- En az 8 kat asit atık kabına şişenin üzerinden sıvı dökün ve de-iyonize su ile kum yıkayın.
- Bir H2O 2 çözeltisi ile kum yıkanır.
- Içine deiyonize suyun 700 ml ilave edilirkum Şişe daha sonra derecelendirilmiş bir silindir kullanarak, 2 O 2 solüsyon 30% H, 40 ml ölçer.
- Kum ile balona H 2 O 2 çözüm ekleyin ve karıştırarak yardım için iki kez sallayın. Bir şişe içinde 160 mi H2O 2 toplam olduğu kadar sonra 2 O 2 çözelti 3 kez% 30 H başka bir 40 ml ilave ediniz.
- Çalkalanır ve çözelti, ve kum her karıştırmak ve reaksiyon tamamlanması için izin vermek için 40 dakika boyunca kum ile H2O 2 solüsyonu bırakın. Çalkalanır ve bir plastik çubuk her 10 dakikada bir, kumun karıştırın.
- Lavabo aşağı sıvı Durusu ve 30 saniye için musluk suyu çalıştırın.
- Durulayın ve kurulayın kum.
- De-iyonize su ile kum durulayın, en az 8 kat bir çözelti kurtulmak ya da reaksiyon ürünleri üzerinde sol olsun. Sallayın ve durulama sırasında iyice karıştırın.
- Kuruması için 24 saat boyunca bir fırında (105 ° C) içine durulanır kum ile şişesi koyun, sonra kullanarak fırından dışarı kum almakkum soğumasını için fırın mitten ve 2 saat sayaç bırakın.
- Plastik bir kap içerisine temiz kum aktarın. Kabı işaretleyin ve kullanıma hazır olması için uygun bir raf yerleştirin.
3. Sütun Deneyleri
- Arka plan çözeltisinin hazırlanması.
- Kolon deney için uygun arka plan çözümü kimyasını hazırlayın.
- Aşağıdaki deney için uygun iyonik kuvvet elde etmek için pH değeri ve NaCl tuzu ayarlamak için 0,1 M HCI ve 0.1 M NaOH çözümleri kullanın.
- Sütun seçimi.
- Bu deneyde (: 5 ve iyonik kuvvet: Bu çalışmada 2 mM pH) 2.5 cm çapında ve 15 cm uzunluğunda bir cam sütunu seçin. Cam sütunun her iki tarafında bir çelik ağ filtresi (0,2 mm) kullanın.
- Kolona bağlanan tüpler yıkayın ve sıvı akış türünü kontrol etmek için 3 yollu vana kadar arka çözeltisi ile doldurun (veya MWCNTs çözeltisi (MWCNTs eriyikN ya da arka plan çözelti), Şekil 1 'de gösterildiği gibi.
- Sütunun Islak-paketleme.
- Bir ölçekte temiz kum tartılır ve seçilen sütun boyutu için temiz kum 124 gr alır.
- Yüksek hassasiyetli peristaltik pompa kullanın. Sıvı akışının 2 ml / dakika elde etmek için pompa kalibre edin.
- Su seviyesi sütunun alt yukarıda santimetre bir çift kadar alttan sütun doldurmak için pompayı başlatın. Sütuna bir anda ölçülen kum yaklaşık 1/10 th koyun ama kum seviyesi sütununda su seviyesinin üzerinde gelmiyor emin olun. Kum seviyesinin üzerinde kalmayı sürekli sütuna su akışını devam edin.
- Tam doldurduktan sonra uygun filtre örgü ile sütun kapağını kapatın.
- Paketli sütun en az 1 saat boyunca akmasına izin verir. sütunun ayrı ayrı parametreler Tablo 1 'de gösterilmiştir.
- Tracer testi.
- SMWCNT çözüm deneyler öncesinde bir izleyici testi ile kolon deney tart.
- Denemeyi başlatmak için (20 mg / L gıda renk izleyici kullanarak) izleyici çözeltisine 3-yollu vanayı kapatın.
- Her 2 dakikada kolondan çıkış örnekleri toplamak (örneğin, 4 mi / her bir numune bir tüp içinde örnek), Şekil 1 'de gösterildiği gibi, bağlantılı kısım toplayıcısı kullanılarak.
- Bir 4.32 gözenek hacmi için izleyici çözümü enjekte devam denemenin faz I denir, (yani, çözüm kum dolu sütununda toplam boş gözenek alanı 4.32 kat geçer).
- Başka 4.32 gözenek hacmi (tracer deney durumunda DI su) arka plan çözümü akış 3-yollu vanayı kapatın.
- MWCNT çözeltisinin hazırlanması.
- Istenen eriyik ile (sulu çözelti, 200 ml içeren 300 ml'lik bir beher içinde, işlevselleştirilmiş MWCNTs 15 mg koyarak dağılmış işlevselleştirilmiş MWCNTs çözeltisi oluşturunuzn, kimya, yani, pH 5 ve 2 mM iyonik mevcut deney durumda gücünde) ve 15 dakika için% 40 güç çıkışına sahip bir ölçek içine yerleştirilmiş bir ultrasonik homojenleştirici probu (kullanarak). 15 mg / L MWCNT konsantrasyon elde etmek için aynı sulu çözelti bir 800 ml dağıtılır MWCNTs çözüm karıştırın.
- Boyutu ve işlevsellik sonra Nanopartikülün şekli için stok solüsyonu taramalı elektron mikroskobu (SEM) görüntü analizi yapın.
- MWCNT taşıma deneyi.
- Sütun deneyi başlatmak için MWCNT çözüm 3-yollu vanayı kapatın.
- Bağlı fraksiyon toplayıcı kullanarak her 2 dakikada kolondan çıkış örnekleri toplamak.
- Bir 4.32 gözenek hacmi için MWCNT çözüm (Ben deney faz) enjekte edilir.
- Deney faz II olarak adlandırılan bir başka 4.32 gözenek hacmi, arka plan çözümü akış 3-yollu vanayı kapatın.
- Backgro enjeksiyon tüpünü değiştirmekve deney faz III olarak adlandırılan başka bir 4.32 gözenek hacmi, için akışını devam (tüp hava girişini önlemek için bir an için pompayı durdurduktan sonra) DI su şişesi içine und çözüm.
- Örnek analizi.
- Bir tüp rafa fraksiyon toplayıcı tüm tüp örnekleri aktarın.
- , Numune analizleri, yani bir UV / VIS spektrofotometre hazırlayın toplanan örneklerin ölçümü için uygun tarama dalga boyu bulmak. Bir MWCNT çözüm ve izleyici çözümü için 333 nm dalga boyunda 400 nm kullanın.
- I, II ve (önceki aşamada daha uygun görüldüğü takdirde ya da farklı bir dalga boyu) 400 nm'lik bir dalga boyunda bir küvet kullanıldığında III veri depolamak aşamalarında kolonundan elde edilen tüm numuneler tarar.
- Spektrofotometre verileri toplayın ve temsilcisi sonuçları gösterildiği gibi (örneğin atılım eğrileri elde etmek zaman veya gözenek hacmi vs bunları çizmek, Şekil3).
- Zeta ölçücüyle giriş ve çıkış örneklerinin boyutunu analizi (hidrodinamik çap) gerçekleştirin ve taramalı elektron mikroskobu kullanarak hem giriş ve çıkış örnekleri için okudu görselleştirme yapmak.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
MWCNT işlevselleştirilmesi etkisi
fonksiyonalize ve dağınık MWCNT çözeltisi Çözelti dengeye erişmeye izin vermek için çanak içinde kapatılmıştır. Sonikasyon altı ay (Şekil 2) için aynı kalan çözelti içinde MWCNT hidrodinamik çapı (1619 ± 262 nm) olarak sonikasyon sonrasında stok çözeltisi gözlenen ne sedimantasyon veya agregasyon oldu. Onların hareketlilik MWCNTs fonksiyonelleştirilmesi etkisini araştırmak için, sütun deneyleri iki takım kullanılarak yapılmıştır hem tam Fonksiyonlu ve (üreticiden alınan) Tablo 1'de belirtilen deneysel koşulu ile MWCNTs. Maksimum bağıl konsantrasyon (az-Fonksiyonlu daha işlevselleştirilmiş MWCNTs bu 0,65 (Şekil 3 ise tam işlevselleştirilmiş MWCNTs C / C 0)), yaklaşık 0.75 idi. daha az işlevselleştirilmiş MWCNTs tespit edilditam Fonksiyonlu MWCNTs ve atılım eğrisi de tahrif edilmiş, daha sonra daha atık. Bu daha az-fonksiyonlu MWCNTs az hareketli ve sütunda muhafaza ise tam-fonksiyonlu MWCNTs oldukça hareketli olduğunu gösterir.
Hatta kontrol koşulu sonra, MWCNT işlevselleştirilmesi işlemi doğada stabilitesinden yanı sıra herhangi bir sütun deneylerinde gözenekli ortam içinde tutulma oranı çok hassastır. Kimyasal ve fiziksel koşulların aynı sırayla (Şekil 4) olmasına rağmen fonksiyonlandırılmış MWCNTs Üç stokları farklı davrandı. Bir önceki literatür de benzer bir laboratuvar koşulları 14,16,20,21 de fonksiyonlandırılmış MWCNTs için seçkin tutma oranını bildirmiştir.
Sütun Ulaşım Çalışmaları Deneysel Koşullar
Genel doymuş sütun çalışma taşınması için ortaya konmuşturgözenekli ortamın çeşitli doku ve yapısı ile MWCNTs arasında. Orta tanecik büyüklüğü silindir şeklindeki MWCNTs taşınması için çok önemlidir. Bu çalışmada, kuvars kumu üç boyut kollektör tane büyüklüğü etkisini değerlendirmek için seçildi. Kollektör tane büyüklüğü azaldıkça Teorik, maksimum adsorpsiyon kapasitesi artar fazla birikmesini ima hangi. 1.5 gözenek hacimleri ulaşmıştı ancak toplam yıkandı MWCNTs ince tane boyutu (Şekil 5) nispeten daha az olduğu kadar bu çalışmada seçilen üç tane boyutu dağılımları ise, atık konsantrasyonu keskin aynı oranda artmıştır.
Desen Akış nedeniyle MWCNTs Tutma
Literatürde, uzun küresel nanopartiküller gözenekli medya aracılığıyla yavaş hareket eden akışkanlar için daha az hareketli olabilir olduğu tespit edilmiştir. MWCNTs dayalı çalışmaların bazıları da bu silindirik nanoparti az hareketlilik ile aynı yolu takipDüşük debilerde 14,16,22 de ması. Bir örnek olarak, işlevselleştirilmiş MWCNTs taşıma akış deseni etkisi yanı sıra tekrar hareketlenmesi 1-D'de kolon çalışmalarla ortaya konmuştur. Kolon deneyler üç set hareketlilik ve doymuş gözenekli ortamda MWCNTs (Şekil 6) tutulması akış hızının etkisini araştırmak için yapılmıştır. En yüksek gözenek suyu hızı (15.5 m / d) için, atık içinde MWCNTs göreceli konsantrasyonu hızla artmış ve (0.77 faz 1) maksimum değerine ulaşmıştır. Akan arka plan çözeltisine geçildi sonra sonra, konsantrasyon hiçbir kuyrukçuluğunda (faz 2) azalmıştır. DI suyun muhafaza MWCNTs remobilize için kullanılmıştır. Bunun bir sonucu olarak, yatırılan MWCNTs parçası çıkış çözeltisi (faz 3) ile tekrar yürütüldü. Düşük hızlarda, 5.15 ve 1.17 m / d, atık MWCNT konsantrasyonları yavaş yavaş arttı ve bir kararlı durum konsantrasyonu MW 4.32 gözenek hacimleri içinde elde değildi Sütuna CNT enjeksiyonu. Maksimum bağıl konsantrasyonları 0.73 ve 0.44, sırasıyla (Şekil 6) idi.
Gözenekli medya aracılığıyla Nanopartikülün taşınması için sütun deneme kurulumu Şekil 1. Genel. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Şekil 2. Fonksiyonlu karbon nanotüpler Stabilite testi. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
s / ftp_upload / 52634 / 52634fig3.jpg "/>
, 2 mM: Şekil 3. Yüzey modifiye edilmiş MWCNTs (Aşama 1, 2 boyunca ve 3) sütundan elüt iyonik mukavemeti deney koşulu için, kaba kum dolu pH değeri: 5'tir; ve akış hızı: 15.5 m / gün. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Şekil aynı deney koşullarında üç farklı gruplar olarak işlevselleştirilen taşınan MWCNTs için atılım eğrilerinin 4. örnekleri. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
4fig5.jpg "/>
Şekil 5. MWCNTs kolondan elüte (Aşama 1, 2 boyunca ve 3) iyonik mukavemeti deney koşulu için farklı gözenekli ortam maddesi tane boyutu: 2 mM; pH değeri: 5'tir; ve akış hızı: 15.5 m / gün. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Şekil 6. sütundan elüt MWCNTs (Aşama 1, 2 boyunca ve 3) iyonik mukavemeti deney koşulu için farklı akış hızları için: 2 mM; pH değeri: 5'tir; ve kum boyutu:. 300 mikron bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için burayı tıklayınız.
| pH İyonik gücü (mM) | Tane boyutu (um) | Akış hızı (ml / dakika) | Gözenek su hızı (m / gün) | |
| 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 |
Sütun deneyleri için deney durumun Tablo 1. Özeti.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
MWCNT işlevselleştirilmesi etkisi
Şekil 2, işlevselleştirilmiş MWCNTs stabilitesini teyit olarak MWCNT arasında taşınan hacimde görülen fark MWCNTs yüzeyine (-COOH) grupları, işlevsellik nedeniyle ve karboksil eklenmesinden özellikle bağlı olduğu (Şekil 3 ve 4). Benzer işlevselleştirme işlemde, oksijen varlığı X-ışını fotoelektron spektroskopisi 14 ile teyit edilmiştir. Bu nanopartikül yüzeylerine yüzey aktif ilave edilmesi, süspansiyon stabilize eder ve toplanmasını 23 azalttığı daha önce tespit edilmiştir. Diğer bağımsız çalışmalara göre, parçacıklar arasındaki enerji engellerinin yokluğu toplama nanoparçacık agrega büyüklüğü ve çökelme hızını arttırır ve fiziksel ıkınma 18,23-25 oluşumuna katkıda bulunur. Bu nedenle, toplama depositio artmış olması muhtemeldirn ve bu çalışmada az Fonksiyonlu (daha hidrofobik) MWCNTs tutulması. Bu gözenekli ortam hidrofobik koloitlerin tutma hidrofilik koloidlerin daha yüksek olduğu kanıtlanmıştır, ve katı madde su ve hava-su-katı madde arayüzler çökelme 24,26,27 temel bir site olarak önerilmektedir. Buna ek olarak, nanopartiküllerin tutma az işlevselleştirilmiş MWCNTs (tamamen) fonksiyonalize MWCNTs kıyasla daha fazla hidrofobik olduğu için, mevcut deneysel gözlemlerle kabul yüzey hidrofobikliği 28 ile artar. Ama MWCNTs fonksiyonelleştirilmesi ölçüde yöntemi spesifik, gözenekli ortamda taşınan Nanopartikülün doğru tahmin için bir sütun çalışmaları sırasında bir hatalı sonuç üretebilir laboratuarda, takip ediliyor vardır.
Sütun Ulaşım Çalışmaları Deneysel Durumu
Çözelti kimyası Figür her üç durumda da aynı olduğu gibie 5, fiziksel ıkınma bu üç deneyler arasındaki farklılıkları çökelme açıklamalıdır. Bradford ve ark. 29 toplayıcı çapına parçacık çapı oranı 0.05 'den daha büyük olduğu zaman, tahıl kadar tahıl genellikle süzme meydana bulundu. Ancak, başka bir çalışmada, Bradford ve ark., 30 oran 0.003 kadar düşük olduğunda bu tür ıkınma olabilirdi bulundu. MWCNTs silindirik parçacıklar için, oranı parçacık çapı ve uzunluğu, her iki ile iki kez hesaplandı. MWCNTs bir önceki çalışmada, Liu ve ark. 16 MWCNTs için kritik değer çapı 0.003 mm ve fiziksel zorlanmay başlatmak için uzunluğu 0.011 nm olduğunu öğrendim. Üretici tarafından belirtildiği gibi, bu çalışmada kullanılan MWCNTs ortalama uzunluğu ve çapı, sırasıyla 15 mm ve 40 nm olmuştur. Bu değerlerin kullanılması, kum tane çapına MWCNT uzunluğu oranları tüm kumları (0.05, 0.07 ve 0.1), met için kritik değerin üstündekum tane çapına MWCNT çap oranları t önceki tüm çalışmaların 22 oranla kritik değer (0.00013, 0.00018 0.00027 ve) altındadır. Mattison ark. 14 ıkınma iyonik gücü düşük olan büyük mekanizmalardan biri olabilir önerdi. Bu çalışmada, atık MWCNTs kütle (fazlar 1 ve 2) daha büyük bir tanecik boyutları daha az çökelmesi yol açtığını göstermektedir. Bu daha çok MWCNTs küçük kum tane boyutları için gergin olduğunu önerebilir. Farklı tane boyutları için partikül tutma miktar farkları, en azından kısmen tahıl-to-tahıl süzme farklılıklarla açıklanabilir olmalıdır, ama bu bir sütun taşıma çalışmaları sırasında tek nedeni olmayabilir. Bu nedenle gözenekli ortam tane boyutu aralığı kullanılarak bir köklü kolon taşıma çalışması farklı literatürde ve bu alanda böyle bir bulguya uygulama için yapılan benzer çalışmalar karşılaştırma için önemlidir.
MWCN SaklanmasıDesen Akış nedeniyle ts
herhangi bir sütun çalışmaları sırasında akış hızı değişkenlik nanoparçacık taşıma çalışmaları için çok önemli olabilir. Sharma ve diğ. 22 diğer benzer çalışmalarla karşılaştırıldığında bu etkinin, örneğin bu araştırmada ortaya konulmuştur. akış hızında azalma ile, 6 MWCNTs hareketliliği akış hızı örneğin, önemli ölçüde bağlı olduğunu göstermiştir yüksek tutma Şekil Önceki çalışmaların 14,16 ile uyumlu olan. MWCNT taşıma çalışmalarında akım değişim etkisi Sharma ve diğ. 22 de tartışılmıştır. Benzer çalışma akım paterni dalgalanma ve değişim aynı zamanda aracılığıyla MWCNTs taşınmasını ve tutma etkisi olabilir doğada yaygın, nanoparçacık ve arka çözüm kimya yüzey özelliklerine ek olarak kolon taşıma deneylerinde akım paterni önemini vurgulamaktadır Toprak ve yeraltı.
<p class = "jove_content"> Pratik EtkileriBu MWCNT fonksiyonlandırılması gözenekli ortamda kaderini ve MWCNT taşınmasını anlamak için önemli bir süreç olduğunu, bu çalışmanın sonucuna varılabilir. MWCNT yüzey modifikasyonu sürecinde atılan adımlar, bu çalışmada gösterilmiştir ve aynı zamanda literatürde gözlenen bir sütun çalışmaları sırasında bu nanopartiküller toplam tutma kritik olabilir. Bu nedenle, MWCNT yüzey modifikasyonu iyi belgelenmiş bir kılavuz toprak gözenekleri bu nanopartiküller taşıma ve tutma doğru tahmini için fiziksel ve kimyasal parametreler etkisini karşılaştırmak için gereklidir. Kum dolgulu kolon deney hazırlanması sırasında, bu çalışmada, ardından sistematik adımlar ayrıca nanopartikül taşıma tahmini için iyi kontrol laboratuar ölçekli çalışmalar için yararlı olabilir ve bu bulgular, büyük ölçekli uygulamalar için benzer olabilir.
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).
