JoVE Journal > Engineering
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
русский

Automatically Generated
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Engineering

Эффективный метод для селективного опреснения анионов радиоактивного йода с использованием золотых наночастиц встроенный мембранный фильтр

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

Эффективный метод для быстрого и ионоселективного опреснения радиоактивного йода в несколько водных растворах описан с использованием золотых наночастиц прикол ацетилцеллюлозы мембранные фильтры.

Abstract

Здесь мы демонстрируем детали протокола для подготовки наноматериалы встроенный композитных мембран и его применение к эффективной и ионоселективного удаления радиоактивный йод. С помощью цитрат стабилизированный наночастиц золота (средний диаметр: 13 Нм) и ацетат целлюлозы мембраны, золото легко были сфабрикованы наночастиц встроенный ацетат целлюлозы мембраны (Au-CAM). Нано адсорбенты на Au-CAM были весьма стабильными в присутствии высокой концентрации неорганических солей и органических молекул. Йодид-ионов в водных растворах быстро может быть захвачен этой инженерии мембраны. Через процесс фильтрации с помощью Au-CAM, содержащий фильтр единицы, отличные удаления эффективность (> 99%) также как ионоселективного опреснения результат был достигнут в течение короткого времени. Кроме того АС-CAM предоставил хорошую возможность повторного использования без значительного снижения своих выступлений. Эти результаты предложили нынешней технологии с использованием инженерии гибридные мембранные будет многообещающий процесс для крупномасштабных обеззараживания радиоактивного йода от жидких отходов.

Introduction

На протяжении нескольких десятилетий огромное количество жидких радиоактивных отходов был порожденных медицинских институтов, научно-исследовательских учреждений и ядерных реакторах. Эти загрязнители часто была ощутимой угрозы для окружающей среды и здоровья человека1,2,3. Особенно радиоактивный йод признается в качестве одного из наиболее опасных элементов АЭС аварий. Например, экологической доклад о Фукусима и Чернобыль, ядерный реактор показал, что количество выпустила радиоактивный йод, включая 131I (t1/2 = 8,02 дней) и 129я (t1/2 = 15,7 млн лет) в окружающую среду было больше, чем из других радионуклидов4,5. В частности воздействие этих радиоизотопов привели к высокой поглощения и обогащения в щитовидной железы человека6. Кроме того выпущенный радиоактивный йод может вызвать серьезное загрязнение почвы, морской воды и грунтовых вод вследствие их высокой растворимостью в воде. Таким образом были расследованы много восстановительных процессов с использованием различных неорганических и органических адсорбенты для захвата радиоактивный йод в сточные воды,78,9,10 , 11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17 , 18 , 19 , 20. Несмотря на обширные усилия для разработки передовых адсорбента систем, создание метода обеззараживания показаны удовлетворительные выступления под постоянное состояние в поток был весьма ограниченным. Недавно мы сообщили процесс роман опреснения, показаны хорошие удаления эффективность, Ион избирательности, устойчивости и повторного использования с помощью гибридного нано композитные материалы из золотых наночастиц (AuNPs)21,22 , 23. среди них, золотых наночастиц встроенный ацетилцеллюлозы мембраны (Au-CAM) способствовало высокоэффективных опреснения йодид-ионов в непрерывный поток системы, по сравнению с теми из существующих адсорбирующие материалы. Кроме того вся процедура может быть завершена в течение короткого времени, которое было еще одно преимущество для лечения ядерные отходы, образующиеся после использования в медицинских и промышленных целей. Общая цель этой рукописи является предоставлять пошаговые протокол для подготовки Au-CAM24. Мы также демонстрируют процесс фильтрации быстрый и удобный для ионоселективного захват радиоактивного йода с использованием инженерии композитных мембран. Подробный протокол в настоящем докладе будет предлагать полезное применение наноматериалов в области исследований экологической науки.

Protocol

1. синтез наночастиц золота цитрат стабилизированный Вымойте двух шея раунд нижней колбе (250 мл) и магнитный перемешать бар с aqua regia, смесь концентрированной соляной кислоты и концентрированной азотной кислоты в соотношении 3:1 тома.Предупреждение: Aqua regia решения чрезвычайно агрес…

Representative Results

Мы продемонстрировали простые методы для изготовления АС-CAM с использованием цитрат стабилизированный AuNPs и ацетат целлюлозы мембраны(рисунок 1). На поверхности Au-CAM наблюдалось SEM, который показал, что наноматериалы были включены стабильно на …

Discussion

В последний год разработаны различные инженерии наноматериалов и мембраны для удаления опасных радиоактивных металлов и тяжелых металлов в воде, на основе их конкретных функциональных в адсорбции методы25,26, 27 , 28 …

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Эта работа была поддержана исследовательский грант от Национальный исследовательский фонд Кореи (номер гранта: 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