Introduction
Con el reciente desarrollo en nanotecnología que utiliza diferentes tipos de nanopartículas para mejorar algunas de las tecnologías en industrias como la tecnología de la información, la energía, la ciencia del medio ambiente, la medicina, la seguridad nacional, la seguridad alimentaria, y el transporte; un conocimiento profundo del transporte y la retención de las nanopartículas en el suelo y las aguas subterráneas es fundamental para la evaluación de riesgos, así como aplicaciones ambientales de nanopartículas artificiales 1-3. Los nanotubos de carbono (CNTs) son una de las nanopartículas a base de carbono más producidas 2,4. CNTs son la forma larga y cilíndrica de grafeno con un diámetro típicamente por debajo de 100 nm y una longitud en el intervalo de 100 nm a 50 micras. Tienen propiedades únicas, que han acelerado su uso en muchas aplicaciones, tales como la electrónica, la óptica, cosméticos y tecnología biomédica (por ejemplo, materiales compuestos) 5. Con un mayor uso, también hay un mayor rISK a la exposición humana y el efecto sobre la salud, así como las consecuencias ecológicas adversas siguientes CNT y otra disposición nanomateriales de carbono basado en el medio ambiente 5-8.
Sin modificaciones de superficie (no funcionalizados), CNTs son extremadamente hidrófobo y tienden a agregarse en una solución acuosa. CNT funcionalizados pueden, sin embargo, permanecen dispersos y estable en soluciones acuosas y se utilizan para fines biomédicos tales como la administración de fármacos 9. Aquí es esencial que los nanotubos de carbono permanecen dispersos y movilizaron, por lo que el fármaco puede ser entregado dentro del cuerpo humano 10. Por otra parte, para reducir los riesgos medioambientales, hay una necesidad de estudios centrados en cómo inmovilizar los CNTs con el fin de evitar su entrada en los acuíferos y los recursos de agua potable 11. Estudios recientes han reportado el efecto tóxico de la CNT en los organismos vivos y también riesgos para los ecosistemas en términos de CNT que entran y se acumulan en la cadena alimentaria, desdeCNT son difíciles de biodegradar 5,8. Incluso con sistemas de barrera en vertederos que contienen nanotubos de carbono, puede ser posible para CNTs pasen a través de las barreras. En tales casos CNT podían entrar en los depósitos de agua subterránea y los cuerpos de agua superficiales. Como las normas de eliminación de la CNT no están bien definidas y mecanismos de transporte, son poco conocidos, una mejor comprensión de la movilidad de los nanotubos de carbono es necesario formular y diseñar sistemas de eliminación adecuada 12. Por lo tanto, es importante para estudiar y comprender el destino y el transporte de los CNT en medios porosos y el efecto de factores físicos y químicos comúnmente presentes en el entorno del subsuelo en la superficie modificada de retención CNT.
Un número de investigaciones se han llevado a cabo sobre el efecto de tamaño de grano colector 13-15, velocidad de flujo 16, y propiedades superficiales de los granos 17 en el transporte de nanopartículas en medios porosos. Sin embargo, investigaciones sistemáticas sobre el efecto de solutquímica de iones (tales como el pH y la fuerza iónica) sobre la posible deposición sobre las superficies de colector son todavía limitados 18-20. Además, el impacto combinado de los factores físicos, la solución química del medio, y propiedades de la superficie de los nanotubos de carbono no se entiende bien y varían en diferentes literatura. En este estudio, un método de preparación para la modificación de la superficie de MWCNTs se demostrará junto con una columna a escala de laboratorio sistemática lleno de arena de cuarzo-limpiarse con ácido se utiliza para investigar el transporte, la retención y la removilización de nanotubos de carbono de superficie modificada en medios porosos saturados .
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. La funcionalización de nanotubos de carbono de pared múltiple
- Realizar toda la etapa de funcionalización dentro de una campana de extracción, usando anteojos de seguridad, guantes y bata de laboratorio. Medir 24 ml de ácido sulfúrico y 8 ml de ácido nitrato usando un cilindro graduado, y luego transferirlos a un vaso de precipitados. Añadir 32 mg de MWCNTs sin tratar en un vaso de precipitados utilizando estaño envase del papel en una balanza analítica (concentración final debe ser de 1 mg / ml de mezcla de ácido).
- En primer lugar, mantener el vaso de precipitados con MWCNT y la mezcla de ácido en el limpiador ultrasónico (baño) durante 2 horas a RT. Luego, el calor y revuelva la solución MWCNT-ácido durante 5 horas a 90 ° C utilizando una placa caliente.
- Filtrar la suspensión CNT con una membrana de filtro de PTFE de 0,2 micras de diámetro de poro colocado en un soporte de filtro, y el uso de vacío para ayudar a la filtración. Realizar la porción de filtración por porción y utilizar varias membranas de filtro (aproximadamente 1/4 th de mezcla anterior por porción para un filtro). Añadir agua hirviendodurante el proceso de filtración para filtrar la solución de ácido hasta que el pH de la mezcla se hace mayor que 5.
- Siempre romper el vacío antes de que se apaga y no introducir nada en el sistema de vacío. Utilice un vaso de precipitados cónico para recoger el líquido de residuos.
- Verter ácido filtrada en un contenedor de residuos (enviar el contenedor de residuos a una instalación de tratamiento de residuos o diluir el líquido antes de volcar en el fregadero añadiendo al menos diez veces más de agua del grifo).
- Transferir las membranas filtrantes con MWCNTs retenidas en evaporando platos y poner los platos en el desecador (contiene aproximadamente 100 g de gel de sílice) y crear un ambiente de vacío (dejar el vacío durante aproximadamente 1 hora) para CNT para completar el secado (aproximadamente 24 horas ).
- Raspe los CNTs de las membranas utilizando cuidadosamente espátula y transferir las partículas en un recipiente limpio. Pesar el polvo MWCNTs y etiquetar el recipiente para su uso futuro.
2. Poronosotros Medios para experimentos Transporte
- Preparar una solución de HCl 0,1 M para el lavado ácido de arena de sílice.
- Realice todos los pasos dentro de una campana de humos con gafas de seguridad, guantes y bata de laboratorio. Añadir 1 L de agua desionizada a un matraz de 2 L. Mide 8 ml de HCl al 37% usando un cilindro graduado.
- Añadir el HCl en el agua desionizada con cuidado. Agitar el matraz con cuidado para ayudar a la mezcla.
- Lave la arena con la solución de HCl preparado.
- Pesar aproximadamente 1.000 g de arena. Añadir 1/3 de arena en el matraz con la solución de HCl y agitar el matraz dos veces para ayudar a mezclar a continuación, añadir el resto de la arena (1/3 de la arena cada vez).
- Agitar el matraz tres veces y dejar el ácido con arena durante 30 min.
- Vierta el líquido del matraz a un contenedor de residuos de ácido y enjuagar la arena con agua desionizada al menos 8 veces.
- Lave la arena con una solución de H 2 O 2.
- Añadir 700 ml de agua desionizada enel matraz con arena y luego medir 40 ml de 30% H 2 O 2 solución usando un cilindro graduado.
- Añadir el 2 O 2 H solución en el frasco con arena y agitar dos veces para ayudar a la mezcla. A continuación, añadir otros 40 ml de 30% de H 2 O 2 solución 3 veces hasta que haya 160 ml en total H 2 O 2 en el matraz.
- Agitar y mezclar la solución y la arena cada vez y dejar la solución de H 2 O 2 con arena durante 40 minutos para permitir que la reacción se complete. Agitar el matraz y se agita la arena con una varilla de plástico cada 10 min.
- Decantar el líquido hasta el fregadero y deje correr el agua del grifo durante 30 segundos.
- Enjuague y seque la arena.
- Enjuague la arena con agua desionizada al menos 8 veces para deshacerse de cualquier solución o sobrantes productos de reacción. Agite y revuelva bien cuando enjuague.
- Ponga frasco con arena enjuagados en un horno (105 ° C) durante 24 horas para secar, luego tomar la arena fuera del horno usandohorno-manopla y dejar en el mostrador durante 2 horas para la arena se enfríe.
- Transferir la arena limpia en un recipiente de plástico. Marque el recipiente y colocarlo en una plataforma adecuada para estar listo para su uso.
3. Experimentos de columna
- Preparación de la solución de fondo.
- Preparar la química solución de fondo apropiado para el experimento columna.
- Utilice 0,1 M HCl y 0.1 M de NaOH soluciones para ajustar el pH y la sal NaCl para alcanzar la fuerza iónica apropiada para el siguiente experimento.
- Selección de columnas.
- Elige una columna de vidrio de 2,5 cm de diámetro y longitud 15 cm para este experimento (pH: 5 y la fuerza iónica: 2 mM en el estudio actual). Utilice un filtro de malla de acero (0,2 mm) en ambos lados de la columna de vidrio.
- Lavar los tubos conectados a la columna y llenar con la solución de fondo (o solución MWCNTs hasta que la válvula de 3 vías para controlar el tipo de flujo de líquido (MWCNTs solution o solución de fondo) como se muestra en la Figura 1.
- Wet-embalaje de la columna.
- Pese la arena limpia en una escala y tomar 124 g de arena limpia para el tamaño de la columna seleccionada.
- Use una bomba peristáltica de alta precisión. Calibrar la bomba para lograr 2 ml / min de flujo de líquido.
- Arrancar la bomba para llenar la columna desde la parte inferior hasta que el nivel de agua es de un par de centímetros por encima de la parte inferior de la columna. Ponga aproximadamente 1/10 de la arena medido a la vez en la columna, pero asegúrese de que el nivel de la arena no viene por encima del nivel del agua en la columna. Continuar el flujo de agua a la columna de forma continua para permanecer por encima del nivel de arena.
- Cierre la tapa de la columna con una malla de filtro adecuado después de llenado completo.
- Permitir la columna de relleno fluya durante al menos 1 hr. Los parámetros individuales de la columna se indican en la Tabla 1.
- Prueba Tracer.
- Starta el experimento columna con una prueba de trazador antes de los experimentos de solución MWCNT.
- Cambie la válvula de 3 vías para la solución de trazador (el uso de alimentos de color trazador a 20 mg / L) para iniciar el experimento.
- Recoger las muestras de salida de flujo de la columna en cada 2 min (es decir, 4 ml / muestras en cada tubo de muestreo) utilizando el colector de fracciones conectado como se muestra en la Figura 1.
- Continuar para inyectar la solución de trazador para un volumen de poro 4,32 (es decir, la solución pasa a 4,32 veces del espacio total de poros vacío en la columna de relleno de arena), que también se llama la fase I del experimento.
- Cambie la válvula de 3 vías para la solución del flujo de fondo (agua DI en el caso del experimento trazador) para otro volumen 4.32 poro.
- Preparación de la solución MWCNT.
- Hacer una solución dispersa, funcionalizado MWCNTs colocando 15 mg de MWCNTs funcionalizados en un vaso de precipitados de 300 ml que contiene 200 ml de solución acuosa (con solutio deseadon es decir, química, pH 5 y 2 mM fuerza iónica en la condición experimental actual) y usando una sonda de homogeneizador ultrasónico colocado en el vaso de precipitados (con potencia de salida 40% durante 15 min). Mezclar la solución MWCNTs dispersa con otros 800 ml de la misma solución acuosa para conseguir la concentración MWCNT de 15 mg / L.
- Realizar microscopía electrónica de barrido (SEM) de análisis de imagen de la solución madre por su tamaño y la forma de la nanopartícula después de funcionalización.
- Experimento transporte MWCNT.
- Cambie la válvula de 3 vías de solución MWCNT para iniciar el experimento de la columna.
- Recoger las muestras de salida de flujo de la columna en cada 2 min utilizando el colector de fracciones conectado.
- Se inyecta la solución MWCNT para un volumen de 4,32 poro (fase I del experimento).
- Cambie la válvula de 3 vías para la solución del flujo de fondo para otro volumen 4.32 poros, que se llama la fase II del experimento.
- Cambie el tubo de inyección de background solución en la botella de agua DI (después de parar la bomba por un momento para evitar la entrada de aire desde el tubo) y continuar el flujo de otro volumen de poro 4,32, que se llama la fase III del experimento.
- Análisis de la muestra.
- Transfiera todas las muestras de tubos de colector de fracciones en un bastidor de tubo.
- Preparar un espectrofotómetro UV / VIS para el análisis de la muestra, es decir, saber la longitud de onda de exploración apropiado para la cuantificación de las muestras recogidas. Utilice 400 nm para una solución MWCNT y una longitud de onda 333 nm para la solución del trazador.
- Analiza todas las muestras recogidas de la columna durante las fases I, II y III en cubeta a 400 nm de longitud de onda (o una longitud de onda diferente, si se considera más apropiado en el paso anterior) y almacenar los datos.
- Recoge los datos desde el espectrofotómetro y plotearlos vs tiempo o volumen de poro para obtener curvas de ruptura como se muestra en los resultados representativos (por ejemplo, la figura3).
- Realizar análisis de tamaño (diámetro hidrodinámico) de muestras de entrada y salida medida del potencial zeta y realizar la visualización estudiado para ambas muestras de entrada y salida mediante microscopía electrónica de barrido.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Efecto de funcionalización MWCNT
La solución MWCNT funcionalizado y dispersa se selló en el vaso de precipitados para permitir que la solución para alcanzar el equilibrio. No había ni sedimentación ni la agregación observada en la solución madre después de la sonicación, como el diámetro hidrodinámico de MWCNT (1619 ± 262 nm) en la solución sigue siendo el mismo durante seis meses de tratamiento con ultrasonidos (Figura 2). Para investigar el efecto de la funcionalización de MWCNTs a su movilidad, dos conjuntos de experimentos en columnas se realizaron tanto totalmente funcionalizado y menos funcionalizado (tal como se recibe del fabricante) MWCNTs con la condición experimental se especifica en la Tabla 1. La concentración relativa máxima ( C / C 0) de MWCNTs totalmente funcionalizados-era de aproximadamente 0,75, mientras que la de MWCNTs menos funcionalizados-fue sólo 0,65 (Figura 3). Se detectaron los MWCNTs menos funcionalizados-inel efluente más tarde que los MWCNTs totalmente funcionalizados y su curva de ruptura también se distorsionan. Esto indica que los MWCNTs totalmente funcionalizados-eran altamente móvil mientras que los MWCNTs menos funcionalizados-eran menos móviles y retenidos en la columna.
Incluso después de la condición controlada, el proceso de funcionalización de MWCNT es muy sensible para su estabilidad en la naturaleza, así como su tasa de retención en los medios porosos en ningún experimento de columna. Tres acciones de MWCNTs funcionalizados se comportaron de manera diferente aunque sus condiciones químicas y físicas estaban en mismo orden (Figura 4). La literatura previa también han informado de la tasa de retención distingue por MWCNTs funcionalizados en condiciones de laboratorio similares 14,16,20,21.
Condiciones experimentales en los Estudios de Transporte Columna
Un estudio general columna saturada se ha demostrado para el transportede MWCNTs través de diversos textura y estructura del medio poroso. El tamaño de grano medio es crítica para el transporte de los MWCNTs forma cilíndrica. En este estudio, se eligieron tres tamaños de arena de cuarzo para evaluar el impacto del tamaño de grano del colector. En teoría, ya que el tamaño de grano colector disminuye, la capacidad máxima de adsorción aumenta lo que implica más de deposición. En todas las tres distribuciones de tamaño de grano seleccionados en este estudio, la concentración del efluente aumentó de forma pronunciada a la misma velocidad hasta que se había alcanzado 1,5 volúmenes de poro, pero el total de los eluyó MWCNTs eran relativamente menos para el tamaño de grano más fino (Figura 5).
Retención de MWCNTs debido al flujo del patrón
En la literatura, desde hace tiempo se ha establecido que las nanopartículas esféricas pueden ser menos móviles para fluidos que se mueven lentamente a través de medios porosos. Algunos de los estudios basados en MWCNTs también siguen el mismo camino con menos movilidad de éstos nanoparti cilíndricaculos con caudales bajos 14,16,22. Como un ejemplo, el impacto del modelo de flujo en el transporte de MWCNTs funcionalizados, así como su removilización se ha demostrado a través de estudios de columna 1-D. Se realizaron tres series de experimentos de columna para investigar el efecto de la velocidad de flujo en la movilidad y la retención de MWCNTs en medios porosos saturado (Figura 6). Para la velocidad de agua de poro más alto (15,5 m / d), la concentración relativa de MWCNTs en el efluente aumentó rápidamente y alcanzó un valor máximo (0,77 en la fase 1). Entonces, después de que el influente se cambió a solución de fondo, la concentración disminuyó sin colas (fase 2). Agua DI se utilizó para volver a movilizar los MWCNTs retenidas. Como resultado, la parte de los MWCNTs depositados se re-movilizó con la solución efluente (fase 3). A velocidades más bajas, 5,15 y 1,17 m / d, las concentraciones MWCNT efluentes aumentaron lentamente y una concentración en estado estacionario no se ha conseguido en 4,32 volúmenes de poro de MW CNT inyección en la columna. Las concentraciones relativas máximas fueron de 0,73 y 0,44, respectivamente (Figura 6).
Figura 1. Visión general de configuración del experimento columna para el transporte de nanopartículas a través de medios porosos. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 2. Prueba de estabilidad de los nanotubos de carbono funcionalizados. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
s / ftp_upload / 52634 / 52634fig3.jpg "/>
Figura 3. MWCNTs modificado en la superficie eluyeron de la columna (durante las fases 1, 2, y 3) rellena con arena gruesa para la condición experimental de la fuerza iónica: 2 mM; pH: 5; y caudal: 15,5 m / d. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 4. Ejemplos de curvas de ruptura para MWCNTs eluidas funcionalizados en tres lotes diferentes en la misma condición experimental. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
4fig5.jpg "/>
Figura 5. MWCNTs eluyeron de la columna (durante las fases 1, 2, y 3) para diferentes tamaños de grano medios porosa para la condición experimental de la fuerza iónica: 2 mM; pH: 5; y caudal: 15,5 m / d. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 6. MWCNTs eluidas de la columna (durante las fases 1, 2 y 3) para diferentes caudales para la condición experimental de la fuerza iónica: 2 mM; pH: 5; y el tamaño de la arena:. 300 m Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
| pH La fuerza iónica (mM) | El tamaño del grano (micras) | Velocidad de flujo (ml / min) | La velocidad del agua de poro (m / día) | |
| 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 |
Tabla 1. Resumen de la condición experimental para experimentos de columna.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Efecto de funcionalización MWCNT
Como muestra la Figura 2 confirma la estabilidad de MWCNTs funcionalizados, la diferencia observada en el volumen eluido de MWCNT era debido a la funcionalización y, en particular debido a la adición de carboxilo (-COOH) grupos a la superficie de las MWCNTs (Figuras 3 y 4). En el proceso de funcionalización similares, la presencia de oxígeno fue confirmada por espectroscopia de rayos X de fotoelectrones 14. Se ha encontrado anteriormente que la adición de tensioactivo a las superficies de nanopartículas estabiliza su suspensión y reduce la agregación 23. Según otros estudios independientes, la agregación de la ausencia de barreras de energía entre las partículas aumenta el tamaño y la deposición tasa de agregados de nanopartículas y contribuye a la aparición de esfuerzo físico 18,23-25. Por lo tanto, la agregación es probable que haya aumentado la deposition y la retención de los MWCNTs menos funcionalizados (más hidrófobos) en este estudio. Se ha demostrado que la retención de coloides hidrófobos en medios porosos es mayor que la de los coloides hidrófilos, y agua y las interfaces sólido-sólido aire-agua se sugieren como el principal sitio de deposición 24,26,27. Además, la retención de nanopartículas aumenta con la hidrofobicidad de la superficie 28, lo que concuerda con las observaciones experimentales actuales, ya que MWCNTs menos funcionalizados son más hidrófobo en comparación con MWCNTs (completamente) funcionalizados. Pero el grado de funcionalización de MWCNTs son método específico, siendo seguido en el laboratorio, que puede producir un resultado erróneo durante una estudios de columna para una predicción precisa de la nanopartícula transportado en el medio poroso.
Condición experimental en los Estudios de Transporte Columna
A medida que la química de la solución era igual en los tres casos en Figure 5, esfuerzo físico debe explicar las diferencias de deposición entre estos tres experimentos. Bradford et al. 29 se encontró que se produce grano a grano esfuerzo típicamente cuando la relación del diámetro de partícula y el diámetro del colector es mayor que 0,05. Sin embargo, en otro estudio, Bradford et al. 30 se encontró que tal esfuerzo podría suceder cuando la relación es tan baja como 0,003. Desde MWCNTs son partículas cilíndricas, el índice se ha calculado dos veces utilizando tanto el diámetro de las partículas y la longitud. En un estudio previo sobre MWCNTs, Liu et al. 16 encontraron que el valor crítico para MWCNTs era 0.003 micras de diámetro y 0.011 nm para la longitud de iniciar el esfuerzo físico. Según lo especificado por el fabricante, la longitud media y el diámetro de los MWCNTs utilizados en este estudio fueron 15 micras y 40 nm, respectivamente. Usando estos valores, las relaciones de longitud a diámetro MWCNT grano de arena están por encima del valor crítico para todas las arenas (0,05, 0,07 y 0,1), but las proporciones de diámetro MWCNT a arena diámetro de grano están todos por debajo del valor crítico (0,00013, 0,00018 y 0,00027) en comparación con estudios previos 22. Mattison et al. 14 sugiere que esfuerzo podría ser uno de los principales mecanismos cuando la fuerza iónica es baja. En este estudio, la masa MWCNTs efluente (de las fases 1 y 2) muestra que los tamaños de grano más grandes llevaron a menos de deposición. Esto puede sugerir que más MWCNTs eran tensas para los tamaños más pequeños granos de arena. Las diferencias en la cantidad de retención de partículas de diferentes tamaños de grano deben al menos en parte, ser explicable por las diferencias en esfuerzo de cereal a grano, pero esto puede no ser la única razón durante unos estudios de transporte de la columna. Así, un estudio de transporte columna bien establecido el uso de una gama de tamaños de grano medios porosos es importante para la comparación de estudios similares llevados a cabo en diferentes literatura y para la aplicación de dicho hallazgo en el campo.
Retención de MWCNTs debido al flujo del patrón
La variación de caudal durante los estudios de columna puede ser muy crítica para estudios de transporte de nanopartículas. El ejemplo de este efecto se ha demostrado en este estudio, así como en comparación con otros estudios similares en Sharma et al. 22. Figura 6 mostraron que la movilidad de MWCNTs era fuertemente dependiente de velocidad de flujo, es decir, una mayor retención con disminución de la velocidad de flujo , lo cual es consistente con estudios previos 14,16. El impacto de la variación de flujo en los estudios de transporte MWCNT ha sido discutido en Sharma et al. 22. Del mismo modo el estudio pone de relieve la importancia de patrón de flujo en los experimentos de transporte en la columna Además de las propiedades de superficie de las nanopartículas y la solución de fondo química, como la fluctuación y el cambio en el patrón de flujo son comunes en la naturaleza que también pueden afectar el transporte y retención de MWCNTs a través suelos y aguas subterráneas.
<p class = ""> jove_content Implicaciones prácticasSe puede concluir de este estudio que la funcionalización de MWCNT es un proceso importante para comprender el destino y transporte de MWCNT en medios porosos. Las medidas tomadas durante el proceso de modificación de la superficie en MWCNT puede ser crítico para la retención total de estas nanopartículas durante unos estudios de columna como se demuestra en este estudio y también observa en la literatura. Por lo tanto, una guía bien documentada de modificación de la superficie de MWCNT es necesario con el fin de comparar el impacto de parámetros físicos y químicos para la estimación correcta de transporte y retención de estas nanopartículas en los poros del suelo. Los pasos sistemáticos seguido en este estudio durante la preparación de la arena lleno experimento columna podrían ser más útiles para estudios a escala de laboratorio bien controlados para la estimación de transporte de nanopartículas y sean comparables para la aplicación a gran escala de tales hallazgos.
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.
- Mauter, M., Elimelech, M.
- 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).
