طريقة فعالة لتحلية المياه انتقائية من الأنيونات اليود المشع باستخدام عامل تصفية الذهب غشاء جزءا لا يتجزأ من جسيمات نانوية
Summary
يتم وصف طريقة فعالة لتحلية مياه البحر السريع والأيوني الانتقائي لليود المشع في المحاليل عدة باستخدام مرشحات غشاء خلات السليولوز المعطل تداولها جسيمات نانوية الذهب.
Abstract
هنا، علينا أن نظهر تفاصيل بروتوكول لإعداد الأغشية مركب جزءا لا يتجزأ من المواد النانوية وتطبيقها لرفع كفاءة والأيوني الانتقائي إيودينيس المشعة. باستخدام جسيمات نانوية الذهب استقرت سترات (القطر يعني: 13 nm) والأغشية اسيتات السليولوز، والذهب قد لفقت بسهولة جزءا لا يتجزأ من نانوحبيبات خلات السليولوز الأغشية (الاتحاد الأفريقي-كام). النانو-الممتزات في الاتحاد الأفريقي-كام كانت مستقرة جداً وجود تركيزات عالية من الأملاح غير العضوية والجزيئات العضوية. يمكن التقاط يوديد الأيونات في المحاليل سريعاً بهذا الغشاء هندسيا. من خلال عملية ترشيح استخدام كام الاتحاد الأفريقي التي تحتوي على عامل تصفية وحدة، كفاءة إزالة ممتازة (> 99 ٪) كذلك أيون انتقائية تحلية المياه نتيجة تحقق في فترة زمنية قصيرة. وعلاوة على ذلك، قدم الاتحاد الأفريقي-كام إعادة جيدة دون انخفاض كبير في الأداء. واقترحت هذه النتائج أن التكنولوجيا الحالية باستخدام الغشاء الهجين هندسيا ستكون عملية واعدة لتطهير واسعة النطاق لليود المشع من النفايات السائلة.
Introduction
على مدى عدة عقود، كمية هائلة من النفايات المشعة السائلة تم إنشاؤها بواسطة المعاهد الطبية ومرافق الأبحاث والمفاعلات النووية. وكثيراً ما كانت هذه الملوثات تهديدا ملموسا للبيئة وصحة الإنسان1،،من23. خاصة، هو الاعتراف باليود المشع كأحد العناصر الأكثر خطورة من حوادث المحطة النووية. على سبيل المثال، بيئية تقريرا عن فوكوشيما وتشيرنوبيل المفاعل النووي أظهرت الإفراج عن المبلغ إيودينيس المشعة بما في ذلك 131الأول (تي1/2 = أيام 8.02) و 129أنا (t1/2 = 15.7 مليون سنة) على البيئة كان أكبر من تلك التي لغيرها من النويدات المشعة54،. على وجه الخصوص، أدى التعرض لهذه النظائر المشعة عالية الامتصاص والإثراء في الغدة الدرقية البشرية6. وعلاوة على ذلك، تم إصدارها إيودينيس المشعة يمكن أن يسبب تلوث شديد للتربة ومياه البحر والمياه الجوفية نظراً للذوبان عالية على في المياه. ولذلك، قد حقق الكثير من عمليات الإصلاح باستخدام مختلف الممتزات العضوية وغير العضوية لالتقاط إيودينيس المشعة في النفايات المائية7،،من89،10 , 11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17 , 18 , 19 , 20-على الرغم من أن قد كرست جهودا مكثفة لتطوير نظم الإدمصاص متقدمة، إنشاء أسلوب تطهير عرض عروض مرضية مستمرة في التدفق شرط كان محدودا للغاية. في الآونة الأخيرة، كنا ذكرت عملية تحلية المياه رواية تبين كفاءة إزالة جيدة وأيون الانتقائية والاستدامة وإعادة استخدام باستخدام المواد المركبة نانو الهجين التي نانوحبيبات الذهب (أونبس)،من21إلى22 , 23-فيما بينها، يسرت الأغشية خلات السليولوز جزءا لا يتجزأ من نانوحبيبات الذهب (الاتحاد الأفريقي-كام) تحلية المياه ذات كفاءة عالية من أيونات يوديد تحت نظام تدفق مستمر بالمقارنة مع تلك المواد الممتصة الموجودة. وعلاوة على ذلك، يمكن الانتهاء من الإجراء برمته في فترة زمنية قصيرة، وميزة أخرى لمعالجة النفايات النووية الناتجة بعد استخدامها في التطبيقات الطبية والصناعية. والهدف العام من هذه المخطوطة تقديم بروتوكول خطوة بخطوة لإعداد الاتحاد الأفريقي-كام24. كما نبدي عملية ترشيح السريع ومريحة لالتقاط الأيوني الانتقائي لليود المشع باستخدام الأغشية مركب هندسيا. البروتوكول مفصلاً في هذا التقرير سيتيح تطبيق مفيد للمواد متناهية الصغر في مجال بحوث العلوم البيئية.
Protocol
Representative Results
Discussion
في السنوات الأخيرة، وضعت مختلف المواد النانوية المهندسة والأغشية لإزالة المعادن الخطرة المشعة والمعادن الثقيلة في المياه استناداً إلى وظائفها المحددة في الامتزاز تقنيات25،26، 27 , 28 , 29 , <sup class="xr…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
كان يؤيد هذا العمل من منحة بحثية من “مؤسسة البحوث الوطنية في كوريا” (منح رقم: 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 |
References
- 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).
