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工程学

Eine effiziente Methode zur selektiven Entsalzung von radioaktivem Jod Anionen mit Gold-Nanopartikel eingebettet Membranfilter

Published: July 13, 2018
doi:
10.3791/58105
, ,
1Advanced Radiation Technology Institute,Korea Atomic Energy Research Institute, 2Department of Chemistry,Kyungpook National University, 3Department of Radiation Biotechnology and Applied Radioisotope Science,University of Science and Technology

Summary

Eine effiziente Methode für die schnelle und IONENSELEKTIVE Entsalzung von radioaktivem Jod in mehreren wässrigen Lösungen wird durch Verwendung von gold-Nanopartikeln immobilisiert Cellulose-Acetat-Membranfilter beschrieben.

Abstract

Hier zeigen wir ein Detail-Protokoll für die Herstellung von Nanomaterialien eingebettet Kompositmembranen und seine Anwendung auf eine effiziente und IONENSELEKTIVE Entfernung der radioaktiven Iodines. Durch die Verwendung von Citrat-stabilisierten gold-Nanopartikel (mittlerer Durchmesser: 13 nm) und Cellulose-Acetat Membranen, Gold-Nanopartikel eingebettet Celluloseacetat Membranen (Au-CAM) haben leicht hergestellt. Die Nano-Adsorbentien Au-CAM waren sehr stabil in Anwesenheit von hohen Konzentration von anorganischen Salzen und organischen Molekülen. Die Iodid-Ionen in wässrigen Lösungen konnte schnell durch diese technische Membran erfasst werden. Durch eine Filtration mit Au-CAM mit Filtereinheit, exzellente Entfernung Effizienz (> 99 %) sowie als IONENSELEKTIVE Entsalzung Ergebnis in kurzer Zeit erreicht wurde. Darüber hinaus versehen Au-CAM gute Wiederverwendbarkeit ohne signifikante Abnahme ihrer Leistungen. Diese Ergebnisse vorgeschlagen, dass die heutige Technologie mit veränderter Hybrid-Membran ein vielversprechender Prozess zur großflächigen Dekontamination von radioaktivem Jod aus flüssigen Abfällen werden.

Introduction

Seit mehreren Jahrzehnten ist riesige Menge radioaktiver flüssiger Abfälle von medizinischen Instituten, Forschungseinrichtungen und Kernreaktoren erzeugt worden. Diese Schadstoffe wurden oft eine spürbare Gefahr für Umwelt und menschliche Gesundheit1,2,3. Radioaktives Jod ist vor allem, als eines der gefährlichsten Elemente aus Atomkraftwerk Unfälle anerkannt. Z. B. ökologischer Bericht über die Fukushima und Tschernobyl Kernreaktor gezeigt, dass die Menge des radioaktiven Iodines einschließlich 131veröffentlicht ich (t1/2 = 8,02 Tage) und 129ich (t1/2 = 15,7 Millionen Jahren) für die Umwelt war größer als die anderen Radionuklide4,5. Die Exposition von diesen Radioisotope führte insbesondere hohe Aufnahme und Anreicherung im menschlichen Schilddrüse6. Darüber hinaus können freigesetzten radioaktiven Iodines starken Verschmutzung des Bodens, Meerwasser und Grundwasser aufgrund ihrer hohen Löslichkeit in Wasser verursachen. Daher haben viele Sanierung Prozesse mit verschiedenen anorganischen und organischen Adsorbentien untersucht worden, um radioaktive Iodines wässrige Abfälle7,8,9,10 zu erfassen , 11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17 , 18 , 19 , 20. Obwohl umfangreiche Anstrengungen für die Entwicklung von fortschrittlichen Adsorbens Systemen gewidmet worden, die Einrichtung einer Dekontamination Methode zeigt zufriedenstellende Leistungen unter kontinuierliche in-Flow-Zustand war sehr begrenzt. Vor kurzem berichteten wir eine neuartige Entsalzungsprozess zeigt gute Entfernung Effizienz, Ion-Selektivität, Nachhaltigkeit und Wiederverwendbarkeit mit Hybrid Nano-Komposit-Materialien aus gold-Nanopartikel (AuNPs)21,22 , 23. darunter, gold-Nanopartikel eingebettet-Cellulose-Acetat Membranen (Au-CAM) erleichtert hocheffiziente Entsalzung von Iodid-Ionen unter einem kontinuierlichen Fluss-System im Vergleich zu den bestehenden Adsorbens Materialien. Darüber hinaus konnte die ganze Prozedur in kurzer Zeit fertig gestellt werden, was ein weiterer Vorteil für die Behandlung von nuklearen Abfällen aus Post-Einsatz in medizinischen und industriellen Anwendungen generiert wurde. Das übergeordnete Ziel dieses Manuskriptes ist eine Schritt für Schritt-Protokoll für die Vorbereitung der Au-CAM24zur Verfügung zu stellen. Wir zeigen auch eine schnelle und bequeme Filtration für IONENSELEKTIVE Aufnahme von radioaktivem Jod mit veränderten Kompositmembranen. Das ausführliche Protokoll in diesem Bericht wird eine nützliche Anwendung von Nanomaterialien im Forschungsbereich environmental Science anbieten.

Protocol

1. Synthese von Citrat-stabilisierten Gold-Nanopartikeln Waschen Sie eine zwei-Hals Rundboden Flasche (250 mL) und eine magnetische Stir Bar mit Königswasser, eine Mischung aus konzentrierter Salzsäure und konzentrierter Salpetersäure im Verhältnis 3:1-Volume.Achtung: Königswasser Lösung ist äußerst korrosiv und kann Explosion oder Haut brennt, wenn nicht mit äußerster Vorsicht gehandhabt. Spülen Sie das Glas gründlich mit entionisiertem Wasser, wässrigen Restsäure zu entfernen….

Representative Results

Wir haben einfache Methoden für die Herstellung von Au-CAM mit Citrat-stabilisierten AuNPs und Cellulose-Acetat Membran (Abbildung 1(eine) gezeigt. Die Oberfläche des Au-CAM wurde von SEM beobachtet, die zeigten, dass die Nanomaterialien stabil auf Cellulose-Nanofasern (Abbildung 2) aufgenommen wurden. Die Nanopartikel auf der Membran eingesperrt blieben stabil erhalten und wurden nicht aus der Membran durch ko…

Discussion

In den letzten Jahren wurden verschiedene Nanomaterialien und Membranen entwickelt, um gefährliche radioaktive Metalle und Schwermetalle im Wasser basierend auf ihre spezifische Funktionalität Adsorption Techniken25,26, zu entfernen 27 , 28 , 29 , 30 , 31 , 32<…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Diese Arbeit wurde unterstützt durch die Forschungsstipendium der National Research Foundation of Korea (gewähren Nummer: 2017M2A2A6A01070858).

Materials

Hydrochloric acid DUKSAN 1129
Nitric acid  JUNSEI 37335-1250
Chloroautic chloride trihydrate (HAuCl4·3H2O) Sigma Aldrich 254169
Sodium citrate tribasic dihydrate Sigma Aldrich 71402
[125I]NaI  Perkin-Elmer NEZ033A010MC
Sodium chloride Sigma Aldrich S9888
Sodium iodide Sigma Aldrich 383112
Sodium hydroxide Sigma Aldrich S5881
Lithium L-lactate Sigma Aldrich L2250 Synthetic urine
Citric acid Sigma Aldrich C1909 Synthetic urine
Sodium hydrogen carbonate JUNSEI 43305-1250 Synthetic urine
Urea Sigma Aldrich U1250 Synthetic urine
Calcium chloride JUNSEI 18230-0301 Synthetic urine
Magnesium sulfate SAMCHUN M0146 Synthetic urine
Potassium dihydrogen phosphate JUNSEI 84185A1250 Synthetic urine
Dipotassium hydrogen phosphate JUNSEI 84120-1250 Synthetic urine
Sodium sulfate JUNSEI 83260-1250 Synthetic urine
Ammonium chloride Sigma Aldrich A9434 Synthetic urine
Sea water Sigma Aldrich S9148
1x PBS Thermo SH30256.01
Cellulose acetate membranes (pore size: 0.20 μm, diameter: 25 mm) Advantec MFS 25CS045AS
Cellulose acetate membranes (pore size: 0.20 μm, diameter: 47 mm) Advantec MFS C045A047A
47 mm Glass Microanalysis Holders Advantec MFS KG47(311400)
Petri dish (50 mm diameter ´ 15 mm height) SPL 10050
Gamma counter Perkin-Elmer 2480 WIZARD2 Model number
UV-vis spectrophotometer Thermo GENESYS 10 Model number
Transmission electron microscopy Hitachi H-7650 Model number
Field Emission Scanning electron microscope FEI Verios 460L Model number
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Shim, H. E., Mushtaq, S., Jeon, J. An Efficient Method for Selective Desalination of Radioactive Iodine Anions by Using Gold Nanoparticles-Embedded Membrane Filter. J. Vis. Exp. (137), e58105, doi:10.3791/58105 (2018).
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