Surface properties of a nanoparticle are important for their interaction with the surrounding medium. Therefore the surface modification of carbon nanotubes can be critical for their transport and retention through porous media. Here, lab scale column experiments are used to understand the possible transport and retention of these nanoparticles.
Carbon nanotubes (CNTs) are widely manufactured nanoparticles, which are being utilized in a number of consumer products, such as sporting goods, electronics and biomedical applications. Due to their accelerating production and use, CNTs constitute a potential environmental risk if they are released to soil and groundwater systems. It is therefore essential to improve the current understanding of environmental fate and transport of CNTs. The transport and retention of CNTs in both natural and artificial media have been reported in literature, but the findings widely vary and are thus not conclusive. There are a number of physical and chemical parameters responsible for variation in retention and transport. In this study, a complete procedure of selected multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs) is presented starting from their surface modification to a complete set of laboratory column experiments at critical physical and chemical scenarios. Results indicate that the stability of the commercially available MWCNTs are critical with their attached surface functional group which can also influence the transport and retention of MWCNT through the surrounding medium.
مع تطور الأخيرة في تكنولوجيا النانو التي تستخدم أنواع مختلفة من الجسيمات النانوية لتحسين عدد من التقنيات في الصناعات مثل تكنولوجيا المعلومات، والطاقة، والعلوم البيئية، والطب، والأمن الداخلي، وسلامة الأغذية، والنقل؛ فهم شامل للنقل والإبقاء على الجسيمات النانوية في التربة والمياه الجوفية هو أمر حاسم لتقييم المخاطر وكذلك التطبيقات البيئية الجسيمات النانوية المهندسة و1-3. أنابيب الكربون النانوية (الأنابيب النانوية الكربونية) هي واحدة من الجسيمات النانوية الكربونية معظم إنتاجها 2،4. تشارك المركز الوطني هي شكل اسطواني طويل والجرافين التي يبلغ قطرها عادة أقل من 100 نانومتر، ويبلغ طوله في حدود 100 نانومتر إلى 50 ميكرون. لديهم خصائص فريدة من نوعها، والتي تسارعت استخدامها في العديد من التطبيقات، مثل الالكترونيات والبصريات، ومستحضرات التجميل، والتكنولوجيا الطبية الحيوية (مثل المواد المركبة) 5. مع زيادة استخدام، وهناك أيضا زيادة صISK إلى التعرض البشري والتأثير على الصحة، وكذلك العواقب البيئية السلبية التالية CNT وغيرها من المواد النانوية الكربونية أساس التخلص بالبيئة 5-8.
مع أي تعديلات السطحية (unfunctionalized)، الأنابيب النانوية الكربونية هي مسعور للغاية، وتميل إلى تجميع في محلول مائي. تشارك المركز الوطني بين functionalized يمكن، مع ذلك، تبقى متفرقة واستقرارا في المحاليل المائية وتستخدم لأغراض الطبية الحيوية مثل تسليم المخدرات 9. هنا من الضروري أن تشارك المركز الوطني تبقى متفرقة وتعبئة، لذلك يمكن أن يتم تسليم المخدرات داخل جسم الإنسان 10. من ناحية أخرى، للحد من المخاطر البيئية، وهناك حاجة لإجراء دراسات تركز على كيفية لشل حركة الأنابيب النانوية الكربونية من أجل تجنب دخولهم إلى طبقات المياه الجوفية وموارد مياه الشرب 11. وأفادت الدراسات الحديثة التأثير السام من الأنابيب النانوية الكربونية على الكائنات الحية والمخاطر أيضا على الأنظمة الإيكولوجية من حيث تشارك المركز الوطني الدخول وتراكم في السلاسل الغذائية، منذالأنابيب النانوية الكربونية من الصعب تتحلل 5،8. حتى مع أنظمة حاجز في مقالب القمامة التي تحتوي على الأنابيب النانوية الكربونية، قد يكون من الممكن لتشارك المركز الوطني بالمرور عبر الحواجز. في مثل هذه الحالات تشارك المركز الوطني يمكن أن تدخل إلى خزانات المياه الجوفية والمسطحات المائية. لوائح التخلص CNT ليست محددة جيدا، ويفهم آليات النقل سيئة، فهم أفضل من التنقل من الأنابيب النانوية الكربونية ضروري لصياغة وتصميم النظم التخلص المناسب (12). ولذلك، من المهم دراسة وفهم مصير ونقل الأنابيب النانوية الكربونية في وسائل الإعلام التي يسهل اختراقها وتأثير العوامل الفيزيائية والكيميائية بشكل شائع في البيئة تحت سطح الأرض على سطح تعديل الاحتفاظ CNT.
وقد تم تنفيذ عدد من البحوث التي أجريت حول تأثير حجم جامع الحبوب 13-15، وتدفق معدل 16، وخصائص سطح الحبوب 17 في وسائل النقل من الجسيمات النانوية في وسائل الإعلام التي يسهل اختراقها. ومع ذلك، تحقيقات منهجية عن تأثير solutايون الكيمياء (مثل درجة الحموضة والقوة الأيونية) على احتمال ترسب على أسطح جامع لا تزال محدودة 18-20. بالإضافة إلى ذلك، التأثير المشترك للعوامل الفيزيائية والكيمياء حل وسط، وخصائص سطح أنابيب الكربون النانوية ليست مفهومة جيدا وتختلف في الأدب مختلفة. سوف في هذه الدراسة، سيتم أظهرت طريقة التحضير لتعديل سطح MWCNTs جنبا إلى جنب مع المنهجي العمود نطاق المختبر معبأة مع حمض تنظيف الرمل الكوارتز استخدامها للتحقيق في النقل والاحتفاظ بها وإعادة تحشد الأنابيب النانوية الكربونية المعدلة السطح في وسائل الإعلام التي يسهل اختراقها المشبعة .
تأثير Functionalization MWCNT
كما الشكل 2 يؤكد استقرار MWCNTs بين functionalized، كان الفارق الملحوظ في حجم مزال من MWCNT المقرر أن functionalization ويرجع بشكل خاص إلى إضافة الكربوكسيل (-COOH) مجموعات إلى سطح MWCNTs (أرقام 3 و 4). في…
The authors have nothing to disclose.
The authors would like to acknowledge the support from the Department of Earth Sciences, Uppsala University for supporting part of this research.
Name of Material/ Equipments | Company | Catalog Number | Comments/Description |
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 |