Ett protokoll för rationell utformning av ett dubbelfunktionellt elektroaktivt filter som består av kolnanorör och titanatnanotrådar rapporteras och deras miljötillämpningar mot SB (III) oxidation och kvarstad presenteras.
Vi har utformat en facile metod för att syntetisera en dual-funktionella elektrokemiska filter bestående av två 1-D material: zirconiumtitanaten nanotrådar och kolnanorör. Hybrid titanate-CNT filtret utarbetades av en ultraljudsbehandling tillsammans med en post-filtrering väg. På grund av de synergistiska effekterna av det ökade antalet exponerade sorptionssorter, elektrokemisk reaktivitet, liten porstorlek av titanate-CNT-nätet tillsammans med en genomflödeskonstruktion, kan samtidig SB (III) oxidation och upptagning lätt Uppnåtts. Atomfluorescens spektrometerteknik visade att det applicerade elektriska fältet accelererar SB (III) omvandlingsfrekvens och som erhållna SB (V) adsorberades effektivt av zirconiumtitanaten nanotrådar på grund av deras SB specificitet. Detta protokoll ger en praktisk lösning för avlägsnande av mycket giftiga SB (III) och andra liknande tungmetaller joner.
Nyligen har den miljöförorening som orsakas av framväxande antimon (SB) väckt mycket uppmärksamhet1,2. Omfattande studier visar att SB-föreningar utgör hög toxicitet för människor och mikroorganismer, även om de förekommer i låga koncentrationer i miljön3,4. Ännu värre, konventionella fysikalisk-kemiska eller biologiska metoder är oftast ineffektiva för att avlägsna dessa framväxande föroreningar på grund av deras låga koncentrationer och hög toxicitet5. De vanligast förekommande arterna i SB är SB (V) och SB (III), av vilka den sistnämnda formen är mer giftig.
Bland de för närvarande tillgängliga behandlingsmetoderna tros adsorption vara ett lovande och genomförbart alternativ på grund av dess höga verkningsgrad, låga kostnad och enkelhet6,7. Hittills har flera nanoskala Sorbenter med justerbara mikrostrukturer, stor specifik yta och SB specificitet har utvecklats, såsom tio28, MnO29, zirconiumtitanaten10, zerovalent Iron11, järnoxider och andra binära metalloxider12,13. Ett vanligt problem vid hanteringen av adsorbenter i nanoskala är frågan efter separationen på grund av deras små partikelstorlek. En strategi för att lösa detta problem är att ladda dessa nano-sorbents på makro/mikro-skala stöder14. En annan utmanande fråga som begränsar den breda tillämpningen av adsorptionsteknik är de fattiga masstransporter som orsakas av begränsad koncentration av mål föreningar/molekyler15. Denna fråga kan delvis lösas genom att anta en membran design och konvention skulle kunna öka mass transporterna avsevärt. De senaste insatserna har ägnats åt att utveckla avancerade behandlingssystem som kombinerar adsorption och oxidation i en enda enhet för effektiv SB (III) avlägsnande. Här visar vi hur en elektroaktiv titanate-kolnanorör (titanate-CNT) filter var rationellt utformade och tillämpas för samtidig adsorption och bindning av giftiga SB (III). Genom finjustering av zirconiumtitanaten lastning belopp, tillämpad spänning och flöde, visar vi hur SB (III) oxidations hastighet och kvarstad effektivitet kan skräddarsys på motsvarande sätt. Även om tillverkningen och tillämpningen av det elektroaktiva filtret visas i detta protokoll, kan liknande konstruktioner också gälla för behandling av andra tungmetaller joner.
Smärre förändringar i tillverkningsprocessen och reagenser kan orsaka betydande förändringar i den morfologi och prestanda av det slutliga systemet. Till exempel har hydrotermisk tid, temperatur och kemisk renhet visat sig påverka mikrostrukturer av dessa nanoskala adsorbenter. Flödeshastigheten för adsorbatlösningen bestämmer också uppehållstiden inom ett genomflödessystem samt reningseffektiviteten hos mål föreningarna. Med tydlig identifiering av dessa viktiga påverknings parametrar kan ett reproducerbart syntes protokoll säkras och en stabil reningseffektivitet hos SB (III) kan uppnås. Detta protokoll syftar till att ge detaljerad erfarenhet om tillverkning av Dual-funktionella hybrid filter samt deras tillämpningar mot avlägsnande av giftiga tungmetaller joner i ett genomflöde sätt.
Nyckeln till denna teknik är att fabricera en elektroaktiv ledande och porösa hybrid filter med hög SB-specificitet. För att göra detta, särskild försiktighet bör ägnas åt tillverkningsprocessen. Mängden titanatnanotrådar måste kontrolleras exakt på grund av “trade-off”-effekten mellan filtrets elektriska ledningsförmåga och ytarea.
Dessutom bör det noteras också att en korrekt tillämpad spänning är nödvändig. När den tillämpade spänningen är för hög (t. ex. > 3 V)…
The authors have nothing to disclose.
Detta arbete stöddes av Natural Science Foundation i Shanghai, Kina (nr 18ZR1401000), Shanghai Pujiang programmet (nr 18PJ1400400), och nationella centrala forsknings-och utvecklingsprogram i Kina (nr 2018YFF0215703).
Atomic fluorescence spectrometer | Ruili Co., Ltd | ||
Carbon nanotubes (CNT) | TimesNano Co., Ltd | ||
DC power supply | Dahua Co., Ltd | ||
Ethanol, 96% | Sinopharm | ||
Hydrochloric acid, 36% | Sinopharm | Corrosive | |
L-antimony potassium tartrate | Sigma-Aldrich | Highly toxic | |
N-methyl-2-pyrrolidinone (NMP), 99.5% | Sinopharm | Highly toxic | |
Potassium hydroxide, 85% | Sinopharm | Corrosive | |
Peristaltic pump | Ismatec Co., Ltd | ||
Titanium dioxide powders | Sinopharm |