JoVE Journal > Engineering
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
工程学

שיטה יעילה לצורך התפלה סלקטיבי של יוד רדיואקטיבי אניונים באמצעות זהב חלקיקים-מוטבע ממברנה מסנן

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

שיטה יעילה מתקני התפלת מהירה, יון-סלקטיבי יוד רדיואקטיבי מספר פתרונות מימית מתואר באמצעות מסננים ממברנה אצטט תאית זהב חלקיקים. מרותק למיטה.

Abstract

. הנה, נדגים פרוטוקול פרט להכנת ננו-מוטבע ממברנות מרוכבים ויישומו הסרת יעיל של יון סלקטיבי iodines רדיואקטיבי. באמצעות חלקיקי זהב מיוצב ציטראט (כלומר קוטר: 13 ננומטר) וממברנות אצטט תאית, זהב ננו-חלקיק-מוטבע אצטט תאית ממברנות (Au-פקה) בקלות היה מפוברק. הננו-adsorbents במצלמת-Au היו מאוד יציבים בנוכחות ריכוז גבוה של מלחים אורגניים, מולקולות אורגניות. היונים יודיד בפתרונות מימית במהירות יכול להיות נתפס על ידי זה קרום מהונדסים. דרך תהליך סינון באמצעות יחידת מסנן המכיל מצלמת Au, יעילות מעולה להסרת (> 99%) כמו גם כמו יון סלקטיבית התפלה מהנשמה תוך זמן קצר. יתר על כן, Au-קאם מסופקים שימושית טוב ללא ירידה משמעותית של הופעות שלו. תוצאות אלה הציע כי הטכנולוגיה בהווה באמצעות קרום היברידית מהונדסים יהיה מבטיח תהליך טיהור בקנה מידה גדול של יוד רדיואקטיבי של פסולת נוזלית.

Introduction

במשך כמה עשורים, כמות עצומה של פסולת רדיואקטיבית נוזלית נוצרה על ידי מוסדות רפואיים, מכוני מחקר, כורים גרעיניים. מזהמים אלה לעיתים קרובות היה איום מוחשי על הסביבה ועל בריאות האדם-1,–2,–3. במיוחד, יוד רדיואקטיבי הוא מוכר כאחד המרכיבים מסוכנים ביותר מפני תאונות הכור הגרעיני. לדוגמה, סביבתית דו ח פוקושימה צ’רנוביל הכור הגרעיני הראה כי הכמות שוחרר רדיואקטיבי iodines כולל 131אני (t1/2 = 8.02 יום), 129אני (t1/2 = 15.7 מיליון שנה) לסביבה היה גדול יותר מאשר אלו של אחרים4,radionuclides5. בפרט, החשיפה של רדיואיזוטופים אלה גרמו ספיגה גבוהה והעשרה התריס האנושי6. יתר על כן, iodines רדיואקטיבי שוחרר עלול לגרום זיהום חמור של קרקע, מי ים ומים הקרקע עקב מסיסות גבוהה שלהם במים. לכן, הרבה תיקונים תהליכים באמצעות adsorbents אורגניים ואורגניים שונים נחקרו כדי ללכוד iodines רדיואקטיבי פסולת מימית7,8,9,10 , 11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17 , 18 , 19 , 20. למרות המאמצים הקדישו לפיתוח מערכות adsorbent מתקדמות, הקמת שיטת טיהור מציג הופעות משביע רצון בתנאי בזרימה רציפה הייתה מוגבלת מאוד. לאחרונה, דווח כאן תהליך התפלה הרומן מציג יעילות להסרת טוב, יון-סלקטיביות, אחריות סביבתית, שימושית באמצעות חומרים היברידיים מרוכבים ננו עשוי זהב ננו-חלקיק (AuNPs)21,22 , 23. ביניהם, ממברנות אצטט תאית ננו-חלקיק-מוטבע זהב (Au-פקה) הקל התפלה יעילה במיוחד של יודיד יונים תחת מערכת זרימה רציפה בהשוואה לאלה של חומרים adsorbent קיימים. יתר על כן, כל התהליך עשויה להסתיים בתוך זמן קצר, אשר היה יתרון נוסף לטיפול של פסולת גרעינית המופקים שלאחר שימוש ביישומים רפואיים ותעשייתיים. המטרה הכוללת של כתב יד זה נועד לספק פרוטוקול צעד אחר צעד להכנת Au-קאם24. נדגים גם תהליך סינון מהיר ונוח עבור לכידת יונים סלקטיבית של יוד רדיואקטיבי שימוש בקרום מרוכבים מהונדסים. פרוטוקול מפורט בדו ח זה יציע יישום שימושי של ננו-חומרים בתחום מחקר מדעי הסביבה.

Protocol

1. סינתזה של חלקיקי זהב מיוצב ציטראט רחץ בקבוקון למטה בסיבוב שני-צוואר (250 מ”ל) ובר מערבבים מגנטי עם aqua regia, תערובת של חומצה הידרוכלורית מרוכזת חומצה חנקתית מרוכזת על יחס נפח 3:1.התראה: Aqua regia הפתרון הוא מאכל מאוד, עלול לגרום להתפוצצות או העור כוויות אם לא מטופלים בזהירות מירבית. לשט…

Representative Results

יש להדגים שיטות פשוטות להרכבת Au-קאם באמצעות מיוצב ציטראט AuNPs ואני אצטט תאית ממברנה (איור 1). פני השטח של מצלמת Au נצפתה על ידי SEM אשר הראו כי ננו שולבו stably על nanofibers תאית (איור 2). חלקיקים במעצר על הקרום להידון stably, לא שוחררו מבית הקרום על…

Discussion

בשנה האחרונה, ננו-חומרים מהונדסים וממברנות שונים פותחו כדי להסיר מתכות רדיואקטיביים מסוכנים ומתכות כבדות במים, המבוססים על שלהם פונקציונליות ספציפית ספיחה טכניקות25,26, 27 , 28 , 29 , 30 <s…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

עבודה זו נתמכה על ידי מענק מחקר קרן המחקר הלאומי של קוריאה (להעניק את המספר: 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
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Ojovan, M. I. . Handbook of Advanced Radioactive Waste Conditioning Technologies. , (2011).
  2. Abdel Rahman, R. O., Ibrahim, H. A., Hung, Y. -. T. Liquid Radioactive Wastes Treatment: A Review. Water. 3, 551-565 (2011).
  3. Khayet, M., Matsuura, T. Radioactive decontamination of water. Desalination. 321, 1-2 (2013).
  4. McLaughlin, P. D., Jones, B., Maher, M. M. An update on radioactive release and exposures after the Fukushima Dai-ichi nuclear disaster. The British Journal of Radiolog. 85, 1222-1225 (2012).
  5. Chernobyl Forum Expert Group ‘Environment’. Environmental Consequences of the Chernobyl Accident and their Remediation: Twenty Years of Experience. International Atomic Energy Agency. , (2006).
  6. Hou, X., et al. Iodine-129 in seawater offshore Fukushima: distribution, inorganic speciation, sources, and budget. Environmental Science & Technology. 47, 3091-3098 (2013).
  7. Mu, W., Yu, Q., Li, X., Wei, H., Jian, Y. Adsorption of radioactive iodine on surfactant-modified sodium niobate. RSC Advances. 6, 81719-81725 (2016).
  8. Yang, D., Liu, H., Liu, L., Sarina, S., Zheng, Z., Zhu, H. Silver oxide nanocrystals anchored on titanate nanotubes and nanofibers: promising candidates for entrapment of radioactive iodine anions. Nanoscale. 5, 11011-11018 (2013).
  9. Yang, D., et al. Capture of radioactive cesium and iodide ions from water by using titanate nanofibers and nanotubes. Angewandte Chemie International Edition. 50, 10594-10598 (2011).
  10. Cheng, Q., et al. Adsorption of gaseous radioactive iodine by Ag/13X zeolite at high temperatures. Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry. 303, 1883-1889 (2015).
  11. Bennett, T. D., Saines, P. J., Keen, D. A., -C, T. a. n. J., Cheetham, A. K. Ball-Milling-Induced Amorphization of Zeolitic Imidazolate Frameworks (ZIFs) for the Irreversible Trapping of Iodine. Chemistry – A European Journal. 19, 7049-7055 (2013).
  12. Huang, P. S., Kuo, C. H., Hsieh, C. C., Horng, Y. C. Selective capture of volatile iodine using amorphous molecular organic solids. Chemical Communications. 48, 3227-3229 (2012).
  13. Chapman, K. W., Chupas, P. J., Nenoff, T. M. Radioactive Iodine Capture in Silver-Containing Mordenites through Nanoscale Silver Iodide Formation. Journal of the American Chemical Society. 132, 8897-8899 (2010).
  14. Watanabe, Y., et al. Novel Long-Term Immobilization Method for Radioactive Iodine-129 Using a Zeolite/Apatite Composite Sintered Body. ACS Applied Materials & Interfaces. 1, 1579-1584 (2009).
  15. Massasso, G., et al. Molecular iodine adsorption within Hofmann-type structures M(L)[M'(CN)4] (M = Ni, Co; M’ = Ni, Pd, Pt): impact of their composition. Dalton Transactions. 44, 19357-19369 (2015).
  16. Falaise, C., Volkringer, C., Facqueur, J., Bousquet, T., Gasnot, L., Loiseau, T. Capture of iodine in highly stable metal-organic frameworks: a systematic study. Chemical Communications. 49, 10320-10322 (2013).
  17. Sava, D. F., et al. Capture of Volatile Iodine, a Gaseous Fission Product, by Zeolitic Imidazolate Framework-8. Journal of the American Chemical Society. 133, 12398-12401 (2011).
  18. Zhang, Z. J., et al. A new type of polyhedron-based metal-organic frameworks with interpenetrating cationic and anionic nets demonstrating ion exchange, adsorption and luminescent properties. Chemical Communications. 47, 6425-6427 (2011).
  19. Li, G., et al. Highly efficient I2 capture by simple and low-cost deep eutectic solvents. Green Chemistry. 18, 2522-2527 (2016).
  20. Yan, C., Mu, T. Investigation of ionic liquids for efficient removal and reliable storage of radioactive iodine: a halogen-bonding case. Physical Chemistry Chemical Physics. 16, 5071-5075 (2014).
  21. Choi, M. H., et al. Efficient bioremediation of radioactive iodine using biogenic gold nanomaterial-containing radiation-resistant bacterium, Deinococcus radiodurans R1. Chemical Communications. 53, 3937-3940 (2017).
  22. Kim, Y. H., et al. Tumor targeting and imaging using cyclic RGD-PEGylated gold nanoparticle probes with directly conjugated iodine-125. Small. 7, 2052-2060 (2011).
  23. Choi, M. H., et al. Gold-Nanoparticle-Immobilized Desalting Columns for Highly Efficient and Specific Removal of Radioactive Iodine in Aqueous Media. ACS Applied Materials & Interfaces. 8, 29227-29231 (2016).
  24. Mushtaq, S., et al. Efficient and selective removal of radioactive iodine anions using engineered nanocomposite membranes. Environmental Science: Nano. 4, 2157-2163 (2017).
  25. Awual, M. R., Ismael, M. Efficient gold(III) detection, separation and recovery from urban mining waste using a facial conjugate adsorbent. Sensors and Actuators B: Chemical. 196, 457-466 (2014).
  26. Awual, M. R., Hasan, M. M., Naushad, M., Shiwaku, H., Yaita, T. Preparation of new class composite adsorbent for enhanced palladium(II) detection and recovery. Sensors and Actuators B: Chemical. 209, 790-797 (2015).
  27. Awual, M. R., Hasan, M. M. Fine-tuning mesoporous adsorbent for simultaneous ultra-trace palladium(II) detection, separation and recovery. Journal of Industrial and Engineering Chemistry. 21, 507-515 (2015).
  28. Awual, M. R. Ring size dependent crown ether based mesoporous adsorbent for high cesium adsorption from wastewater. Chemical Engineering Journal. 303, 539-546 (2016).
  29. Awual, M. R., Miyazaki, Y., Taguchi, T., Shiwaku, H., Yaita, T. Encapsulation of cesium from contaminated water with highly selective facial organic-inorganic mesoporous hybrid adsorbent. Chemical Engineering Journal. 291, 128-137 (2016).
  30. Awual, M. R., Yaita, T., Taguchi, T., Shiwaku, H., Suzuki, S., Okamoto, Y. Selective cesium removal from radioactive liquid waste by crown ether immobilized new class conjugate adsorbent. Journal of Hazardous Materials. 278, 227-235 (2014).
  31. Awual, M. R., Suzuki, S., Taguchi, T., Shiwaku, H., Okamoto, Y., Yaita, T. Radioactive cesium removal from nuclear wastewater by novel inorganic and conjugate adsorbents. Chemical Engineering Journal. 242, 127-135 (2014).
  32. Awual, M. R., et al. Efficient detection and adsorption of cadmium (II) ions using innovative nano-composite materials. Chemical Engineering Journal. 343, 118-127 (2018).
  33. Awual, M. R. New type mesoporous conjugate material for selective optical copper(II) ions monitoring & removal from polluted waters. Chemical Engineering Journal. 307, 85-94 (2017).
  34. Awual, M. R. Novel nanocomposite materials for efficient and selective mercury ions capturing from wastewater. Chemical Engineering Journal. 307, 456-465 (2017).
  35. Awual, M. R. Solid phase sensitive palladium(II) ions detection and recovery using ligand based efficient conjugate nanomaterials. Chemical Engineering Journal. 300, 264-272 (2016).
  36. Awual, M. R. Assessing of lead(III) capturing from contaminated wastewater using ligand doped conjugate adsorbent. Chemical Engineering Journal. 289, 65-73 (2016).
  37. Awual, M. R. A novel facial composite adsorbent for enhanced copper (II) detection and removal from wastewater. Chemical Engineering Journal. 266, 368-375 (2015).
  38. Kaushik, M., Moores, A. Review: nanocelluloses as versatile supports for metal nanoparticles and their applications in catalysis. Green Chemistry. 18, 622-637 (2016).
  39. Jang, H., Kim, Y. K., Ryoo, S. R., Kim, M. H., Min, D. H. Facile synthesis of robust and biocompatible gold nanoparticles. Chemical Communication. 46, 583-585 (2010).
  40. Bolisetty, S., Mezzenga, R. Amyloid-carbon hybrid membranes for universal water purification. Nature Nanotechnology. 11, 365-371 (2016).
  41. Zakrzewska-Trznadel, G. Advances in membrane technologies for the treatment of liquid radioactive waste. Desalination. 321, 119-130 (2013).
  42. Rana, D., Matsuura, T., Kassim, M. A., Ismail, A. F. Radioactive decontamination of water by membrane processes – A review. Desalination. 321, 77-92 (2013).

Tags

Selective DesalinationRadioactive IodineGold NanoparticlesMembrane FilterWater TreatmentSustainable RemediationLiquid Waste TreatmentNanocomposite MaterialsUV-Vis SpectroscopyTransmission Electron MicroscopyCellulose Acetate MembraneVacuum Filtration

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
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).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image