מסנן כפול פונקציונלי אלקטרואקטיבי כלפי בו זמנית Sb (III) חמצון ו קיבוע על
Summary
פרוטוקול עבור העיצוב הרציונלי של מסנן אלקטרואקטיבי כפול פונקציונלי המורכב של צינוריות פחמן ו טיטאני פלזמה מדווח ויישומים סביבתיים שלהם כלפי Sb (III) חמצון ו קיבוע על מוצג.
Abstract
עיצבנו שיטת נתיישב לסנתז מסנן אלקטרוכימי כפול פונקציונלי המורכב משני החומרים התלת-ממדיים: הטיטנים ננו-נאנו וצינוריות פחמן. מסנן היברידית הטיטאני-CNT הוכן על ידי sonication בשילוב עם תוואי שלאחר סינון. בשל ההשפעות הסינגיסטיות של מספר גדל ומוגבר של אתרי sorption חשופים, מחדש אלקטרוכימי, גודל הנקבוביות הקטנות של הרשת הטיטאני-CNT בשילוב עם עיצוב זרימה, בו Sb (III) חמצון ו קיבוע על יכול להיות בקלות ושגת. הטכנולוגיה ספקטרומטר האטומי פלואורסצנט הוכיחה כי שדה החשמל שהוחלו מאיצה את שיעור ההמרה sb (III) ואת כפי שהושג sb (V) היו נספחת ביעילות על ידי הטיטנט לאכול את החומצה הגרעינית עקב שלהם הספציפיות Sb. פרוטוקול זה מספק פתרון מעשי להסרת Sb רעיל מאוד (III) ועוד יונים מתכת כבדים דומים.
Introduction
לאחרונה, זיהום סביבתי שנגרם על ידי אנטימון המתעוררים (Sb) משך תשומת לב רבה1,2. מחקרים נרחבים מדגימים כי תרכובות Sb להציב רעילות גבוהה לאדם מיקרואורגניזמים, למרות נוכח ריכוזים נמוכים בסביבה3,4. אפילו גרוע מכך, שיטות פיזיוכימיות שגרתיות או ביולוגיות אינן יעילות בדרך כלל להסיר את המזהמים המתעוררים האלה בשל ריכוזים נמוכים ורעילות גבוהה5. המינים הנפוצים ביותר של Sb הם Sb (V) ו-Sb (III), אשר הטופס האחרון רעיל יותר.
בין שיטות הטיפול הזמינות כעת, ספיחה הוא האמין להיות חלופה מבטיחה וריאלי בשל יעילות גבוהה שלה, עלות נמוכה, ופשטות6,7. עד עכשיו, מספר בעלי מבנה ננו-סקאלה עם מיקרו-מבנים, שטח מסוים גדול בשטח ו-Sb ספציפיות פותחו, כגון TiO28, חלמנו29, הטיטאני10, הברזל הזראוסטי11, תחמוצות ברזל ומתכת בינארית אחרים תחמוצות12,13. בעיה נפוצה כאשר התמודדות עם adsorbents ננו היא בעיה שלאחר ההפרדה בשל גודל החלקיקים הקטנים שלהם. אסטרטגיה אחת כדי לטפל בבעיה זו היא לטעון את הננו-סורבנאנטים האלה על מאקרו/מיקרו בקנה מידה תומך14. עוד נושא מאתגר הגבלת היישום הרחב של טכנולוגיית ספיחה היא התחבורה המונית המסכן הנגרמת על ידי ריכוז מוגבל של תרכובות היעד/מולקולות15. בעיה זו עשויה להיות ממוענת חלקית על ידי אימוץ עיצוב קרום האמנה יכול לשפר את התחבורה ההמונית באופן משמעותי. מאמצים אחרונים הוקדשה לפתח מערכות טיפול מתקדמות המשלבות ספיחה וחמצון ביחידה אחת עבור הסרת Sb (III) אפקטיבי. כאן, אנו מראים כיצד אלקטרואקטיבי טיטט-פחמן ננו-שפופרת (טיטאט-CNT) מסנן תוכנן באופן רציונלי והוחל על בו הקיבוע על של הרעיל Sb (III). על ידי כוונון עדין של הטיטאט טעינת סכום, מתח מיושם, ואת קצב הזרימה, אנו מדגימים כיצד שיעור חמצון Sb (III) ויעילות קיבוע על יכול להיות מותאם בהתאמה. למרות הייצור והיישום של מסנן אלקטרואקטיבי מוצג בפרוטוקול זה, עיצובים דומים יכולים גם להחיל על הטיפול של יוני מתכת כבדים אחרים.
שינויים קלים בתהליך הייצור והריאגנטים עלולים לגרום לשינויים משמעותיים במבנה ובביצועים של המערכת הסופית. למשל, הזמן ההידרותרמי, טמפרטורה, וטוהר כימי הוכחו להשפיע על המיקרומבנים של אלה הננו מאזניים. קצב הזרימה של הפתרון adsorbate גם קובע את זמן המגורים בתוך זרימה דרך מערכת, כמו גם את היעילות של ההסרה של תרכובות היעד. עם זיהוי ברור של הפרמטרים האלה להשפיע על מפתח, פרוטוקול סינתזה הניתן לזהות יכול להיות מאובטח ויעילות ההסרה יציבה של Sb (III) ניתן להשיג. פרוטוקול זה נועד לספק ניסיון מפורט על הייצור של מסננים כפולה תפקודית היברידית, כמו גם היישומים שלהם לקראת ההסרה של יוני רעיל מתכת כבדה באופן זרימה דרך.
Protocol
Representative Results
Discussion
המפתח לטכנולוגיה זו הוא להמציא מסנן אלקטרואקטיבי מוליך ונקבובי היברידית עם גבוהה Sb-ספציפיות. כדי לעשות זאת, יש לשלם טיפול מיוחד לתהליך הייצור. הכמות של הטיטאני והחומצה צריך להיות נשלט בדיוק בשל ההשפעה “סחר-off” בין המוליכות החשמלית של המסנן ואת פני השטח.
כמו-כן, יש לציין כי יש ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכת על ידי הקרן המדע הטבעי של שנגחאי, סין (No. 18ZR1401000), התוכנית Pujiang שנגחאי (No. 18ZR1401000), ואת המפתח הלאומי מחקר ופיתוח תוכנית של סין (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 |
References
- Sun, W. M., et al. Profiling microbial community in a watershed heavily contaminated by an active antimony (Sb) mine in Southwest China. Science of the Total Environment. 550, 297-308 (2016).
- Herath, I., Vithanage, M., Bundschuh, J. Antimony as a global dilemma: geochemistry, mobility, fate and transport. Environmental Pollution. 223, 545-559 (2017).
- Pan, L. B., et al. Assessments of levels, potential ecological risk, and human health risk of heavy metals in the soils from a typical county in Shanxi Province, China. Environmental Science and Pollution Research. 23, 19330-19340 (2016).
- Huang, S. S., et al. Sulfide-modified zerovalent iron for enhanced antimonite sequestration: characterization, performance, and reaction mechanisms. Chemical Engineering Journal. 338, 539-547 (2018).
- Ungureanu, G., Santos, S., Boaventura, R., Botelho, C. Arsenic and antimony in water and wastewater: Overview of removal techniques with special reference to latest advances in adsorption. Journal of Environmental Management. 151, 326-342 (2015).
- Zou, J. P., et al. Three-dimensional reduced graphene oxide coupled with Mn3O4 for highly efficient removal of Sb(III) and Sb(V) from water. Acs Applied Materials & Interfaces. 8, 18140-18149 (2016).
- Saleh, T. A., Sari, A., Tuzen, M. Effective adsorption of antimony(III) from aqueous solutions by polyamide-graphene composite as a novel adsorbent. Chemical Engineering Journal. 307, 230-238 (2017).
- Yan, Y. Z., An, Q. D., Xiao, Z. Y., Zheng, W., Zhai, S. G. Flexible core-shell/bead-like alginate@PEI with exceptional adsorption capacity, recycling performance toward batch and column sorption of Cr(VI). Chemical Engineering Journal. 313, 475-486 (2017).
- Fu, L., Shozugawa, K., Matsuo, M. Oxidation of antimony (III) in soil by manganese (IV) oxide using X-ray absorption fine structure. Journal of Environmental Sciences. 73, 31-37 (2018).
- Liu, W., et al. Adsorption of Pb2+, Cd2+, Cu2+ and Cr3+ onto titanate nanotubes: competition and effect of inorganic ions. Science of the Total Environment. 456, 171-180 (2013).
- Wu, B., et al. Dynamic study of Cr(VI) removal performance and mechanism from water using multilayer material coated nanoscale zerovalent iron. Environmental Pollution. 240, 717-724 (2018).
- Shan, C., Ma, Z. Y., Tong, M. P. Efficient removal of trace antimony(III) through adsorption by hematite modified magnetic nanoparticles. Journal of Hazardous Materials. 268, 229-236 (2014).
- Luo, J. M., et al. Removal of antimonite (Sb(III)) and antimonate (Sb(V)) from aqueous solution using carbon nanofibers that are decorated with zirconium oxide (ZrO2). Environmental Science & Technology. 49, 11115-11124 (2015).
- Liu, Y. B., et al. Golden carbon nanotube membrane for continuous flow catalysis. Industrial & Engineering Chemistry Research. 56, 2999-3007 (2017).
- Ma, B. W., et al. Enhanced antimony(V) removal using synergistic effects of Fe hydrolytic flocs and ultrafiltration membrane with sludge discharge evaluation. Water Research. 121, 171-177 (2017).
- Yuan, Z. Y., Zhang, X. B., Su, B. L. Moderate hydrothermal synthesis of potassium titanate nanowires. Applied Physics a-Materials Science & Processing. 78, 1063-1066 (2004).
- Liu, Y. B., et al. Electroactive modified carbon nanotube filter for simultaneous detoxification and sequestration of Sb(III). Environmental Science & Technology. 53, 1527-1535 (2019).
- Gao, G., Vecitis, C. D. Electrochemical carbon nanotube filter oxidative performance as a function of surface chemistry. Environmental Science & Technology. 45, 9726-9734 (2011).
- Liu, Y. B., et al. Simultaneous oxidation and sorption of highly toxic Sb(III) using a dual-functional electroactive filter. Environmental Pollution. 251, 72-80 (2019).
