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 רבה^1,2. מחקרים נרחבים מדגימים כי תרכובות Sb להציב רעילות גבוהה לאדם מיקרואורגניזמים, למרות נוכח ריכוזים נמוכים בסביבה^3,4. 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, ופשטות^6,7. 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 תחמוצות^12,13. 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

התראה: הינכם מתבקשים לקרוא בעיון את גיליונות נתוני הבטיחות הרלוונטיים (SDS) של כל הכימיקלים וללבוש ציוד הגנה אישי מתאים (PPE) לפני השימוש. חלק מן הכימיקלים הם רעילים ומגרה. להיזהר בעת טיפול בצינורות פחמן, אשר עשויים להיות מפגעים נוספים אם שאפה או ליצור קשר על ידי העור.

1. הכנת מסנני החומצה האלקטרואקטיבית-CNT

1. הכנת חומצה ננו-קירות¹⁶
   1. התמוססות 56 גרם של אשלגן הידרוקסיד (KOH) ב 100 מ ל של מים מפוהים תחת ערבוב נמרץ.
   2. הוסף 3 גרם של תחמוצת טיטניום (TiO₂) אבקה לתוך פתרון KOH מומס.
   3. העבירו את הפתרון הנ ל לתוך הכור טפלון מרופדת ולשמור אותו ב 200 ° c עבור 24 שעות.
   4. שטוף את הזרז הלבן שהושג עם 0.1 מול/L חומצה הידרוכלורית (HCl) ואת המים המושלים עד התקבל pH ניטרלי שפכים. יבש את המוצר תחת ואקום ב 60 ° c בלילה.
   5. העבר את המוצרים לתנור שפופרת והחום אותו ל-600 ° c עבור 2 שעות עם שיעור השיפוע של 1 ° צ'/דקה.
2. הכנת מסנן טיטט-CNT¹⁷
   1. הוסף 20 מ"ג של צינורות פחמן (CNTs) לתוך 40 mL של n-מתיל פירובסיים (NMP). בדיקה-sonication עבור 40 דקות כדי להשיג פתרון הומוגנית.
   2. בנפרד, להוסיף 20 מ ג של כפי שנעשו הטיטאני לאכול ננו-חוט לתוך 20 מ ל של NMP. בצע בדיקה-sonication עבור 20 דקות.
   3. מערבבים את פתרון הפיזור הטיטאני עם פתרון פיזור CNT. מסננים את פתרון התערובת על ממברנה מצובת, המשמשת כתמיכה במסנן הטיטאט-CNT.
   4. לשטוף ברצף עם 100 מ ל של אתנול ו 200 מ ל של מים מפוהים.
      הערה: מסנן CNT-לבד יכול להיות מוכן על ידי נתיב דומה ללא תוספת של חומצה טיטנית.

2. סינון אלקטרוכימי של Sb (III)

1. תיאור על המנגנון הנסיוני¹⁸
   1. התנהלות ניסויי הסורזיה במעטפת לסינון פוליקרבונט ששונתה באמצעות אלקטרוכימיה (ראה איור 1).
   2. השתמש בספק כוח DC כדי לנהוג בכימיה אלקטרוכימית.
   3. אמץ טבעת טיטניום מחורר כמחבר עבור מסנני חימצון אנודי או cathodic.
   4. השתמש גומי סיליקון בידוד כמפריד וחותם.
2. ניסויי סינון
   1. הוסף 2.2 מ"ג של C₈h₄K₂o₁₂Sb₂. 3h₂o לתוך 1000 מ ל של מים מועמים להכין את 800 μg/L Sb (III) פתרון.
   2. העברת 100 mL של הפתרון Sb (III) לגביע 150 mL. התאם את ה-pH לפתרון 7.
   3. מניחים את החומצה המוכן לסינון-CNT מסנן לתוך מעטפת סינון פוליקרבונט ומניחים עוד מסנן CNT-לבד כקתודה. . אטום את המעטפת
   4. עבור דרך מערכת הסינון עם פתרון Sb (III) בזרם נתון. החל מתח DC במהלך סינון.
   5. לקבוע את הריכוז Sb_total ו-SB (III) עם שיטה ספקטרומטר האטום האטומי¹⁷.
      הערה: בתהליך זה, קצב הזרימה והמתח המוחל ניתן לכוונן על ידי משאבה פריסטלטית וספק כוח DC, בהתאמה.

תוצאות

מכשיר הסינון האלקטרו-אקטיבי מועסק כמעטפת לסינון פוליקרבונט שונה באמצעות אלקטרוכימית (איור 1). פליטת שדה סריקה מיקרוסקופ אלקטרונים (FESEM) ו מיקרוסקופ אלקטרון שידור (TEM) טכניקות מועסקים כדי לאפיין את המבנה של מסנן טיטט-CNT (איור 2). כדי להדגים את היעילות של מערכת ס?...

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 ?...

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
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