Un filtre électroactif double-fonctionnel vers l'oxydation et la séquestration simultanément de Sb(III)
Summary
Un protocole pour la conception rationnelle d’un filtre électroactif bifonctionnel composé de nanotubes de carbone et de nanofils titanates est signalé et leurs applications environnementales vers l’oxydation et la séquestration Sb(III) sont présentées.
Abstract
Nous avons conçu une méthode facile pour synthétiser un filtre électrochimique bifonctionnel composé de deux matériaux 1-D : les nanofils titanates et les nanotubes de carbone. Le filtre hybride titanate-CNT a été préparé par une sonication couplée à une voie post-filtration. En raison des effets synergiques du nombre accru de sites de sorption exposés, la réactivité électrochimique, la petite taille des pores du réseau titanate-CNT couplé e à une conception fluide, l’oxydation et la séquestration simultanées de Sb(III) peuvent être facilement Atteint. La technologie de spectromètre de fluorescence atomique a démontré que le champ électrique appliqué accélère le taux de conversion de Sb(III) et que le Sb(V) obtenu a été adsorbed efficacement par les nanofils de titane en raison de leur spécificité Sb. Ce protocole fournit une solution pratique pour l’élimination de Sb(III) hautement toxique et d’autres ions métalliques lourds similaires.
Introduction
Récemment, la pollution de l’environnement causée par l’antimoine émergente (Sb) a attiré beaucoup d’attention1,2. Des études approfondies démontrent que les composés Sb posent une toxicité élevée pour l’homme et les micro-organismes, bien que présents en faibles concentrations dans l’environnement3,4. Pire encore, les méthodes physicochimiques ou biologiques conventionnelles sont généralement inefficaces pour éliminer ces contaminants émergents en raison de leurs faibles concentrations et de leur toxicité élevée5. Les espèces les plus abondantes de Sb sont Sb(V) et Sb(III), dont cette dernière forme est plus toxique.
Parmi les méthodes de traitement actuellement disponibles, l’adsorption est considérée comme une alternative prometteuse et faisable en raison de son efficacité élevée, faible coût, et la simplicité6,7. Jusqu’à présent, plusieurs sorbents à l’échelle nanométrique avec des microstructures réglables, une grande surface spécifique et la spécificité Sb ont été développés, tels que TiO28, MnO29, titanate10, fer zerovalent11, oxydes de fer et autres oxydes de métal binaires12,13. Un problème commun lorsqu’il s’agit de adsorbents à l’échelle nanométrique est le problème post-séparation en raison de leur petite taille de particules. Une stratégie pour résoudre ce problème est de charger ces nano-sorbents sur macro/ micro-échelle soutient14. Une autre question difficile limitant l’application large de la technologie d’adsorption est le transport de masse pauvre provoqué par la concentration limitée des composés/molécules cibles15. Cette question peut être partiellement abordée par l’adoption d’une conception de membrane et la convention pourrait améliorer le transport de masse de manière significative. Des efforts récents ont été consacrés au développement de systèmes de traitement avancés qui combinent l’adsorption et l’oxydation dans une seule unité pour l’élimination efficace de Sb(III). Ici, nous montrons comment un filtre électroactif titanate-carbone (titanate-CNT) filtre a été rationnellement conçu et appliqué pour l’adsorption simultanée et la séquestration de Sb(III) toxique. En affinant la quantité de chargement de titane, la tension appliquée et le débit, nous démontrons comment le taux d’oxydation Et l’efficacité de séquestration de Sb(III) peuvent être adaptés en conséquence. Bien que la fabrication et l’application du filtre électroactif soient indiquées dans ce protocole, des conceptions similaires peuvent également s’appliquer au traitement d’autres ions de métal lourd.
Des changements mineurs dans le processus de fabrication et les réactifs peuvent entraîner des changements importants dans la morphologie et la performance du système final. Par exemple, il a été démontré que le temps, la température et la pureté chimique hydrothermales affectent les microstructures de ces adsorbents à l’échelle nanométrique. Le débit de la solution adsorbate détermine également le temps de résidence dans un système d’écoulement ainsi que l’efficacité d’élimination des composés cibles. Avec l’identification claire de ces paramètres d’impact clés, un protocole de synthèse reproductible peut être sécurisé et une efficacité d’élimination stable de Sb(III) peut être réalisée. Ce protocole vise à fournir une expérience détaillée sur la fabrication de filtres hybrides bifonctionnels ainsi que leurs applications vers l’élimination des ions métalliques lourds toxiques d’une manière fluide.
Protocol
Representative Results
Discussion
La clé de cette technologie est de fabriquer un filtre hybride électroactif et poreux avec une haute spécificité Sb. Pour ce faire, une attention particulière doit être accordée au processus de fabrication. La quantité de nanofils titanesques doit être contrôlée avec précision en raison de l’effet de « compromis » entre la conductivité électrique et la surface du filtre.
En outre, il convient également de noter qu’une tension appliquée appropriée est nécessaire. Une fois qu…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ce travail a été soutenu par la Natural Science Foundation de Shanghai, en Chine (no 18ZR1401000), le Programme Pujiang de Shanghai (no 18PJ1400400) et le National Key Research and Development Program of China (No. 2018YFF0215703).
Materials
| Atomic fluorescence spectrometer | Ruili Co., Ltd | ||
| Carbon nanotubes (CNT) | TimesNano Co., Ltd | ||
| DC power supply | Dahua Co., Ltd | ||
| Ethanol, 96% | Sinopharm | ||
| Hydrochloric acid, 36% | Sinopharm | Corrosive | |
| L-antimony potassium tartrate | Sigma-Aldrich | Highly toxic | |
| N-methyl-2-pyrrolidinone (NMP), 99.5% | Sinopharm | Highly toxic | |
| Potassium hydroxide, 85% | Sinopharm | Corrosive | |
| Peristaltic pump | Ismatec Co., Ltd | ||
| Titanium dioxide powders | Sinopharm |
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