금 나노 입자 포함 멤브레인 필터를 사용 하 여 방사성 요오드 음이온의 선택적 담 수는 효율적인 방법
Summary
금 나노 입자 움직일 셀 루 로스 아세테이트 멤브레인 필터를 사용 하 여 여러 수성 솔루션에 방사성 요오드의 신속 하 고 이온 선택적 담 수에 대 한 효율적인 방법 설명 합니다.
Abstract
여기, 나노 임베디드 복합 막과 방사성 iodines의 효율적이 고 이온 선택적 제거에 응용 프로그램의 준비에 대 한 세부 프로토콜을 설명합니다. 시트르산 안정 금 나노 입자를 사용 하 여 (평균 직경: 13 nm) 및 셀 루 로스 아세테이트 막, 금 나노 입자 포함 셀 루 로스 아세테이트 막 (Au-캠) 조작 쉽게 있다. Au 캠에 나노 adsorbents 매우 안정적인 무기 염, 유기 분자의 높은 농도 존재 했다. 수성 해결책에서 요오드 화 이온이 조작된 막 빠르게 캡처할 수 수 있습니다. Au 캠 포함 필터 유닛, 우수한 제거 효율을 사용 하 여 여과 과정을 통해 (> 99%) 뿐으로 이온-선택적 담 결과 짧은 시간에 달성 했다. 또한, 누구나 캠 그 공연의 상당한 감소 없이 좋은 재사용 제공. 이러한 결과 현재 기술 설계 하이브리드 멤브레인을 사용 하 여 액체 폐기물에서 방사성 요오드의 대규모 오염에 대 한 유망 과정일 것 이다 제안 했다.
Introduction
몇 십년 동안 엄청난 양의 방사성 액체 폐기물 의료 기관, 연구 시설과 원자로 의해 생성 된. 이러한 오염 물질 종종 환경 및 인간의 건강1,2,3를 만져 서 위협이 되었습니다. 특히, 방사성 요오드는 원자력 발전소 사고에서 가장 위험한 요소 중 하나로 인식 된다. 예를 들어 환경에 대 한 보고서 후쿠시마와 체르노빌 핵 원자로의 금액 131등 방사성 iodines 발표 시연 나 (t1/2 = 8.02 일) 및 129나 (t1/2 = 15.7 백만 년) 환경에 다른 방사성4,5보다 큽니다. 특히, 이러한 radioisotopes 노출 귀착되는 높은 통풍 관 및 인간의 갑 상선6농축. 또한, 풀어 놓인된 방사성 iodines 물에 심각한 오염 토양, 해 수 및 지 하 수 때문에 그들의 높은 용 해도 발생할 수 있습니다. 따라서, 다양 한 무기 및 유기 adsorbents를 사용 하 여 업데이트 관리 프로세스의 많은 수성 폐기물7,8,,910 방사성 iodines 잡으려고 조사 되었습니다. , 11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17 , 18 , 19 , 20. 광범위 한 노력 고급 adsorbent 시스템의 개발에 대 한 헌신을, 비록 연속 흐름에 조건 만족 스러운 성과 보여주는 정화 방법의 설립은 매우 제한 되었다. 최근, 우리 금 나노 (AuNPs)21,22 의 하이브리드 나노 복합 재료를 사용 하 여 좋은 제거 효율, 이온 선택도, 지속 가능성, 및 재사용성을 보여주는 소설 담 과정 보고 , 23. 그들 가운데, 금 나노 입자 포함 셀 루 로스 아세테이트 막 (Au-캠) 기존 adsorbent 물자의 그들과 비교 된 연속 흐름 시스템에서 요오드 화 이온의 고효율 담 수를 촉진. 또한, 인 후 사용 의료 및 산업용 응용 프로그램에서 생성 하는 핵 폐기물의 처리에 대 한 또 다른 장점은 짧은 시간에 모든 절차를 완료 수 있습니다. 이 원고의 전반적인 목표는 Au 캠24의 준비를 위한 단계별 프로토콜을 제공. 우리는 또한 방사성 요오드를 사용 하 여 설계한 복합 막의 이온 선택적 캡처에 대 한 신속 하 고 편리한 여과 과정을 보여 줍니다. 이 보고서에는 자세한 프로토콜 환경 과학의 연구 분야에서 나노 재료의 유용한 응용 프로그램을 제공할 것입니다.
Protocol
1. 시트르산 안정 금 나노 입자의 합성 워시 두 목 둥근 바닥 플라스 크 (250 mL)와 아쿠아 레 지아, 집중된 한 염 산 및 집중된 한 질소 산의 혼합물 자기 저 어 바 3:1 볼륨 비율에.주의: 아쿠아 레 지아 솔루션은 매우 부식성 및 폭발에 발생할 수 있습니다 또는 피부 화상 극단주의 함께 처리 되지 않으면. 잔여 수성 산을 제거 하는 이온된 수로 철저 하 게 유리를 헹 굴. Chloroau…
Representative Results
우리 누구나 캠 시트르산 안정제 AuNPs 및 셀 루 로스 아세테이트 막 (그림 1a)를 사용 하 여 제작에 대 한 간단한 방법을 설명 했다. Au 캠 표면은 나노 셀 룰 로스 nanofibers (그림 2)에 안정적으로 통합 했다 보여준 SEM으로 관찰 되었다. 나노 멤브레인에 투 옥 되었다 안정적으로 하지 1.0 M NaCl 등 수성 솔루션으로 지속적?…
Discussion
최근 년에서 다양 한 나노 소재 설계 및 막 개발 된 흡착 기술25,26, 에 그들의 특정 기능에 따라 물에서 유해 방사성 금속 및 중 금속을 제거 하 27 , 28 , 29 , 30 , 31 , 32 , 33 …
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 작품은 한국 국립 연구 재단에서에서 연구 그랜트에 의해 지원 되었다 (허가 번호: 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).