Summary

Radyoaktif iyot anyon altın nano tanecikleri gömülü membran filtre kullanarak, seçici tuzdan arındırma için verimli bir yöntem

Published: July 13, 2018
doi:

Summary

Hızlı ve iyon-seçici tuzdan arındırma radyoaktif iyot birkaç sulu çözümler için verimli bir yöntem altın nano tanecikleri immobilize selüloz asetat Membran filtreler kullanılarak tanımlanır.

Abstract

Burada, bileşik membranlar Nanomalzemeler gömülü ve uygulama radyoaktif iodines verimli ve iyon-seçici kaldırılması için hazırlanması için bir ayrıntı protokol göstermektedir. Altın nano tanecikleri sitrat-sağlamlık kullanarak (ortalama çapı: 13 nm) ve selüloz asetat membranlar, altın nanopartikül gömülü selüloz asetat membranlar (Au-CAM) kolayca imal edilmiştir. Nano-adsorbents Au-kam huzurunda yüksek konsantrasyonlu inorganik tuzlar ve organik moleküllerin son derece kararlı. Sulu çözümler iyodür iyonu hızla tasarlanmış bu membran tarafından ele. Kullanarak bir Au-CAM içeren filtre ünitesi, mükemmel kaldırma verimlilik Filtrasyon işlemi aracılığıyla (> % 99) de kadar iyon-seçici deniz suyu arıtma sonucu kısa sürede elde. Ayrıca, Au-CAM performanslarının önemli azalma olmadan iyi yeniden kullanılabilirliği sağlanan. Bu sonuçlar mühendislik hibrid membran kullanarak günümüz teknolojisi üzerinden sıvı atıklar radyoaktif iyot büyük ölçekli dekontaminasyon için umut verici bir süreç olacak önerdi.

Introduction

Birkaç on yıl için büyük miktarda radyoaktif sıvı atıkları tıbbi enstitüleri, araştırma tesisleri ve nükleer reaktörler tarafından oluşturuldu. Bu kirleticiler kez çevre ve insan sağlığı1,2,3için elle tutulur bir tehdit edilmiştir. Özellikle, radyoaktif iyot nükleer santral kazaları en tehlikeli öğelerden biri olarak kabul edilmektedir. Örneğin, bir çevre raporu Fukushima ve nükleer reaktör gösterdi miktarını radyoaktif iodines 131dahil olmak üzere yayımlanan Chernobyl ben (t1/2 = 8.02 gün) ve 129ben (t1/2 = 15.7 milyon yıl) çevreye bu diğer radyonükleidler4,5daha büyüktü. Özellikle, yüksek alımı ve zenginleştirme insan tiroid6maruz kalma bu radioisotopes sonuçlandı. Ayrıca, serbest bırakılan radyoaktif iodines ağır kontaminasyon toprak, deniz suyu ve yeraltı suyu onların yüksek çözünürlük sayesinde suda neden olabilir. Bu nedenle, çeşitli inorganik ve organik adsorbents kullanarak düzeltme işlemlerinin bir sürü araştırdık sulu atıkların7,8,9,10 radyoaktif iodines yakalamak için , 11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17 , 18 , 19 , 20. her ne kadar yoğun çabalar gelişmiş adsorbent sistemlerinin geliştirilmesi için tahsis edilmiştir, tatmin edici performansları sürekli akış olmayan koşul altında gösterilen bir dekontaminasyon yöntemi kurulması çok sınırlıydı. Son zamanlarda, biz iyi kaldırma verimliliği, iyon seçicilik, sürdürülebilirlik ve yeniden kullanılabilirliği altın nanopartikül (AuNPs)21,22 / yapılan karma nano kompozit malzemeler kullanılarak gösterilen bir roman tuzdan arındırma işlemi rapor , 23. Bunlar arasında bu varolan adsorbent malzemeler ile karşılaştırıldığında bir sürekli akış sistemi altında iyodür iyonların yüksek verimli tuzdan arındırma altın nanopartikül gömülü selüloz asetat membranlar (Au-CAM) kolaylaştırdı. Ayrıca, tüm prosedürü nükleer atıkların tıbbi ve endüstriyel uygulamalarda kullanım sonrası üretilen tedavisi için diğer bir avantajı olduğunu bir kısa süre içinde tamamlanacak. Bu makale genel amacı Au-CAM24hazırlanması için adım adım bir protokol sağlamaktır. Biz de iyon-seçici yakalama radyoaktif iyot Mühendislik bileşik membranlar kullanarak hızlı ve uygun filtreleme işlemlerinde göstermek. Bu raporda detaylı Protokolü Nanomalzemeler Çevre Bilimleri Araştırma alanında yararlı bir uygulama sunacak.

Protocol

1. altın nano tanecikleri sitrat-sağlamlık sentezi Bir iki-boyun yuvarlak alt şişesi (250 mL) ve aqua regia, konsantre hidroklorik asit ve konsantre nitrik asit karışımı olan manyetik heyecan çubuk 3:1 hacim oranı içinde yıkayın.Dikkat: Aqua regia çözüm son derece korozif ve patlama neden olabilir veya cilt yanıkları değilse olağanüstü dikkatle ele. Züccaciye Mağazaları kalan sulu asit kaldırmak için iyice deiyonize su ile durulayın. Chloroauric asit solüsyo…

Representative Results

Au-CAM sitrat stabilize AuNPs ve selüloz asetat membran (Şekil 1bir) kullanarak imalatı için basit yöntemlerle göstermiştir. Au-CAM yüzeyine Nanomalzemeler stabil selüloz nanofibers (Şekil 2) dahil edilmiştir gösterdi SEM tarafından gözlenmiştir. Membran üzerinde hapsedilen nano tanecikleri stabil sürekli ve membran sürekli yıkama 1.0 M NaCl gibi sulu çözümler ile tarafından yayımlanan de?…

Discussion

Son yıllarda, çeşitli mühendislik Nanomalzemeler membranlar tehlikeli radyoaktif metaller ve ağır metaller adsorpsiyon teknikleri25,26, belirli işlevlerini temel su kaldırmak için geliştirilmiştir ve 27 , 28 , 29 , 30 , 31 , 32 , <sup …

Divulgaciones

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Bu eser araştırma bursu Kore Ulusal Araştırma Vakfı tarafından desteklenmiştir (vermek sayı: 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

Referencias

  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).

Play Video

Citar este artículo
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).

View Video