金ナノ粒子に埋め込まれた膜フィルターを用いた放射性ヨウ素アニオン選択性淡水化の効率的な方法
Summary
いくつかの水溶液中における放射性ヨウ素の迅速かつイオン選択性の淡水化のための効率的な方法は、金ナノ粒子を固定化したセルロース アセテート膜フィルターを使用して説明します。
Abstract
ここでは、複合膜のナノ材料に埋め込まれたおよび放射性ヨウ素の効率的かつイオンの除去への応用の準備の詳細プロトコルを示す.クエン酸安定化金ナノ粒子を用いた (平均直径: 13 nm) と酢酸セルロース膜、金ナノ粒子に埋め込まれたセルロース アセテート膜 (Au-CAM) を簡単に行った。Au カムでナノ吸着剤は無機塩および有機分子高濃度の存在下で安定性の高い.水溶液中におけるヨウ化物イオンは、この人工の膜によって急速にキャプチャできます。Au カム含むフィルター ユニット、優れた除去効率を使用してろ過プロセスを通じて (> 99%) と同様、イオン選択性海水淡水化結果が短時間で達成されました。また、Au カムは、その性能が顕著に減少することがなく再利用を提供しました。設計されたハイブリッド膜を利用した現在の技術、液体廃棄物からの放射性ヨウ素の大規模除染の有望なプロセスであることが示唆されました。
Introduction
数十年、医療機関、研究施設、原子力発電所の放射性液体廃棄物の膨大な量が生成されました。これらの汚染物質は、環境および人間の健康1,2,3への明白な脅威をよくされています。特に、放射性ヨウ素は、原子力発電所事故から最も危険な要素の 1 つとして認識されます。たとえば、環境報福島とチェルノブイリ原子炉の量は、放射性のヨウ素131を含むを発表したことを示した (t1/2 = 8.02 日) と129私 (t1/2 =1570 万年) 環境にいた他の放射性核種の4,の5のそれらより大きかった。特に、これらの放射性同位元素の露出は、高吸収とひと甲状腺6にエンリッチメントで起因しました。さらに、リリースされた放射性ヨウ素は水で土壌・海水・地下水の高い容解性のための深刻な汚染を引き起こします。水溶性廃棄物7,8,9,10で放射性ヨウ素をキャプチャするため、さまざまな無機および有機性吸着剤を用いた修復プロセスの多くを行った,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20. 高度な吸着システムの開発に多大な努力がなされて、連続流の下で満足のいく性能を示す除染方法の確立だった非常に限られました。最近では、我々 は金ナノ粒子 (結果)21,22のハイブリッド ナノ複合材料を使用して良い除去効率、イオン選択性、持続性、再利用性を示す新しい海水淡水化プロセスを報告,23。 その中で、金ナノ粒子に埋め込まれたセルロース アセテート膜 (Au-CAM) は比較した既存の吸着材の連続フロー システムの下でヨウ化物イオンの高効率脱塩を促進します。さらに、全体の手順は、医療・産業用アプリケーションで後の使用から生成された核廃棄物の処置のためのもう一つの利点は短時間で終了できます。この原稿の全体的な目標は、Au カム24の準備のためのステップバイ ステップのプロトコルを提供することです。また設計された複合膜を用いた放射性ヨウ素のイオンの捕獲のため迅速で簡便なろ過のプロセスを示します。本報告では詳細なプロトコルはナノ材料環境学研究分野での有用なアプリケーションを提供します。
Protocol
1. クエン酸安定化金ナノ粒子の合成 3:1 の体積比で 2 首丸底フラスコ (250 mL)、王水、濃塩酸と濃硝酸の混合物を磁気攪拌棒を洗ってください。注意: 王水ソリューションは非常に腐食性、爆発可能性があります。 または皮膚火傷細心の注意と処理されていない場合。 徹底的に残留酸水溶液を削除する脱イオン水でガラスをすすいでください。 2 首丸底フラスコ (250 mL)…
Representative Results
Au カム クエン酸安定化金ナノ粒子と酢酸セルロース膜 (図 1、) を使用しての作製のための簡単な方法を説明してきました。Au カムの表面は、ナノ材料がナノファイバー (図 2) に安定的に組み込まれた示した SEM で観察されました。ナノ粒子膜で投獄安定維持され、1.0 M 塩化ナトリウムなどの水溶液を継続的な?…
Discussion
近年、様々 なナノと膜が吸着技術25,26,に彼らの特定の機能に基づく水質有害放射性金属や重金属を除去する開発されています。27,28,29,30,31,32,33,…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この作品は、韓国の国立研究財団から研究助成金によって支えられた (許可番号: 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
- Ojovan, M. I. . Handbook of Advanced Radioactive Waste Conditioning Technologies. , (2011).
- Abdel Rahman, R. O., Ibrahim, H. A., Hung, Y. -. T. Liquid Radioactive Wastes Treatment: A Review. Water. 3, 551-565 (2011).
- Khayet, M., Matsuura, T. Radioactive decontamination of water. Desalination. 321, 1-2 (2013).
- 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).
- Chernobyl Forum Expert Group ‘Environment’. Environmental Consequences of the Chernobyl Accident and their Remediation: Twenty Years of Experience. International Atomic Energy Agency. , (2006).
- Hou, X., et al. Iodine-129 in seawater offshore Fukushima: distribution, inorganic speciation, sources, and budget. Environmental Science & Technology. 47, 3091-3098 (2013).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Li, G., et al. Highly efficient I2 capture by simple and low-cost deep eutectic solvents. Green Chemistry. 18, 2522-2527 (2016).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Mushtaq, S., et al. Efficient and selective removal of radioactive iodine anions using engineered nanocomposite membranes. Environmental Science: Nano. 4, 2157-2163 (2017).
- 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).
- 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).
- 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).
- Awual, M. R. Ring size dependent crown ether based mesoporous adsorbent for high cesium adsorption from wastewater. Chemical Engineering Journal. 303, 539-546 (2016).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Awual, M. R. Novel nanocomposite materials for efficient and selective mercury ions capturing from wastewater. Chemical Engineering Journal. 307, 456-465 (2017).
- 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).
- Awual, M. R. Assessing of lead(III) capturing from contaminated wastewater using ligand doped conjugate adsorbent. Chemical Engineering Journal. 289, 65-73 (2016).
- Awual, M. R. A novel facial composite adsorbent for enhanced copper (II) detection and removal from wastewater. Chemical Engineering Journal. 266, 368-375 (2015).
- Kaushik, M., Moores, A. Review: nanocelluloses as versatile supports for metal nanoparticles and their applications in catalysis. Green Chemistry. 18, 622-637 (2016).
- 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).
- Bolisetty, S., Mezzenga, R. Amyloid-carbon hybrid membranes for universal water purification. Nature Nanotechnology. 11, 365-371 (2016).
- Zakrzewska-Trznadel, G. Advances in membrane technologies for the treatment of liquid radioactive waste. Desalination. 321, 119-130 (2013).
- Rana, D., Matsuura, T., Kassim, M. A., Ismail, A. F. Radioactive decontamination of water by membrane processes – A review. Desalination. 321, 77-92 (2013).
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).