Table of Contents
זיהום מים וצורך בהפעלה מתקדמת
קונדומים אורגניים במקורות מים מייצגים את אחד האתגרים הסביבתיים הדוחקים ביותר של העידן המודרני. פריקה תעשייתית, לכידת חקלאית, שאריות תרופות, ומים מקומיים מציגים אלפי תרכובות אורגניות לתוך מערכות אקולוגיות מימיות.רבים מהחומרים האלה נמשכים בסביבה, מתנגדים להפחתה, ולהצטבר ברקמות חיים, טכנולוגיות טיפול במים מסורתיים, כולל זיהום, ריצוף, משקעים, הדבקה, קונבנציונאליות וזיהומים, לעתים קרובות, הדבקה מתקדמת של חומרים.
הבנת צינורות פחמן
צינורות פחמן קובעים את כלוטות פחמן עם חלקיקים צילינליים nanostructures. כל nanotube מורכב גליונות גרפן התגלגל לתוך cylinders חלקה עם קוטרים נמדד nanometers ואורךs להגיע micrometers או אפילו מ"מ. אטומי פחמן בתוך CNTs מסודרים מוליכים למחצה ייחודי, כולל מבנה כי משלב כוח מכני יוצא דופן, מוליכות תרמית, תכונות חשמליות מרובות ידוע עם שטח פחמן אחד של פחמן חד-שדה אחד, אחד של פחמן חד-שדה אחד, אשר קיים.
תכונות פיזיות וכימיקליות עבור Adsorption
ביצועי המודעות של צינורות פחמן נובעים ממספר תכונות הקשורות.שטח הפנים הספציפי של CNTs prise יכול להגיע ערכים מעל 1000 m2 לגרם, מתן אתרים בשפע עבור מחייב contaminant. גרף דמוי צד וולמים דמויי גרפים להציג מערכת ⁇ -אלקטרונית לא סגורה המסוגלת אינטראקציה עם מולקולות אוויריות ולא רוויות.
Mechanisms Governing Organic Contaminant Adsorption
האינטראקציה בין צינורות פחמן ומולקולות אורגניות נשלטת לעתים נדירות על ידי מנגנון יחיד.במקום, כוחות מרובים פועלים בו זמנית, ותרומתם היחסית תלויה בטבע הכימי של המודעות הן והמודעות.
כוחות וביטל
אינטראקציות ואן דר וואל מתעוררות מתנודות זמניות בהפצת אלקטרון בתוך מולקולות, הפחתת קטפולנים טרנספורמטיביים שמושכים מולקולות שכנות.כוחות חלשים, שאינם ספציפיים תורמים למודעות של כל תרכובות אורגניות כמעט על פני השטח CNT.האפקט המצטבר של אנשי קשר רבים של ואן דר ואג'ס לאורך פני השטח ננו-בו יכול לייצר אנרגיה מחייבת משמעותית, במיוחד עבור מולקולות גדולות יותר עם עצמות פחמן מורחבות באופן אינדיבידואלי, המאפשר אינטראקציות קולקטיביות, מאפשרות שמירה משותפת של טווח רחב של רחב של רחב של עשבי ראייה רחב.
⁇ אלקטרון דונוור-Acceptor Interactions
פני השטח הגרפן של צינורות פחמן מכילים עננים ⁇ -electron נרחבים. aromatic אורגני contaminants, כולל חומרי הדברה רבים, תרופות וצבעים תעשייתיים, יש גם מערכות ⁇ -electron. כאשר טבעות ארומטיות אלה ניגשות אל פני השטח CNT, ⁇ -ערימה אינטראקציות להתרחש, שבו חפיפות ⁇ -bitals וייצוב המנגנון המורכב הזה הוא בעיקר עבור קבוצות אלקטרו-קומיות חזקות של אלקטרו-קומית של נוירונים של נוירונים.
אינטראקציה אלקטרוסטטית
כאשר צינורות פחמן פונקציונליים בקבוצות טעון, או כאשר הפתרון pH גורם ionization של משטח moieties, כוחות אלקטרוסטטיים באים לשחק. contaminants מואשם חיובי נמשכים משטחים CNT שלילי, ולהיפך. pH של הפתרון קובע את המטען של פני השטח של הן nanotubes ומולקולות contaminant באמצעות protonation ו deprotonationionalbre בדרך כלל לשאת את ה-CNTic של המטען של CNTS שלילי.
אינטראקציה הידרופובית
האופי הידרופובי של ננוחיות פחמן prise יוצר כוח מניע חזק עבור המודעות של תרכובות אורגניות לא קוטביות. הידרופוביות, כולל רבים כלורוינטים, הידרופחמימנים ארומטיים פוליציקליים, ואת שאריות חומרי הדברה, מעדיפים להשאיר את הסביבה האקומית ולקשור עם משטח CNT לא קוטבי. זה לעתים קרובות לשלוט על הפחתת האינטראקציות המזעריות של מימן יעיל במיוחד עם ה-קליבי של חומרים הידרוגניים או מזהמים.
הידרוגן בונדing
קבוצות פונקציונליות על צינורות פחמן מותאמים יכול ליצור אג"ח מימן עם contaminants אורגני המכילים אטומים אלקטרוליטיים כגון חמצן, חנקן, או פלואורין. קבוצות חומצה Carboxylic, קבוצות הידרוקסיל פנוליטיות פנוליטיות, ו amine moieties על פני השטח CNT לפעול כמו תורמי קשר מימן או מקבל. Contaminants עם אתרי קישור משלימים, כולל תרופות רבות ו phenolic משככי, אשר להשתתף מנגנונים ממולקולות נוספות של חמצן זה תלויות חמצן.
סוגים של קונספירנטים אורגניים הוסרו
ננו-בוטיקים פחמן נחקרו על הסרת מאות תרכובות אורגניות מן המים, והיקף הכדאיות הוא אחד המאפיינים האטרקטיביים ביותר שלהם.כמה כיתות גדולות של contaminants קיבלו תשומת לב מיוחדת.
תרופות ומוצרי טיפול אישיים
שאריות תרופות, כולל אנטיביוטיקה, תרופות נוגדות דלקתיות, הורמונים, ודיכאון, הם יותר ויותר מזוהה במים פני השטח, מים קרקעיים, ואפילו שתיית מים. צמחים טיפול לאמנה להסיר את תרכובות אלה באופן לא שלם, ופעילות ביולוגית שלהם בריכוזים עקבות מעלה חששות על השפעות אקולוגיות והתנגדות אנטיביוטיקה. CNTs הראו יכולת מודעות גבוהה עבור תרכובות כגון אדטרקלין, Ipromumuir, לעתים קרובות על ידי תרופות נוגדות פחמן.
פמיסטיקס וההיברידיים
הפליאוף החקלאי מציג חומרי הדברה ואת היסטואידים לתוך גוף מים, שבו הם יכולים להימשך ולהצטבר. חומרי הדברה של אורכוזפין, אוגנופוספוס, נגררים, ו- 3azinebicides כבר נחקרו עבור הסרת השימוש CNTs. אינטראקציות ⁇ - ⁇ חזק בין טבעות ארומטיות של חומרי הדברה רבים ואת פני CNT לתרום למודעות גבוהה של בעיות הראו כיפתים כמו סובבים, כמו , כמו משככי כאבים, כמו משככי כאבים, כמו משככי כאבים, כמו משככי כאבים, כמו משככי כאבים, 000 משככי כאבים, 000.
תעשייה Dyes
טקסטיל, נייר, עור ותעשיות הדפסה מפרשות כמויות גדולות של מים המכילים צבעים סינתטיים, שרבים מהם רעילים, מוטגניים, ועמידים בפני הביומדיום. Cationic צבעים כגון methylene כחול וממאכליט ירוק, צבעים יון כגון methyl כתום ו קונגו אדום, וצבעים לא יוניים היו מודעות מוצלחות על צינורות פחמן.
« « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « «
אנדוקריני משבש כימיקלים להפריע במערכות הורמונליות בבני אדם ובחיות בר. ביספנול A, phthalates, nonylphenol, הורמונים סטרואידים כגון estradiol ethinylestradiol הם בין המובנים ביותר. תרכובות אלה בדרך כלל מכילות טבעות ארומטיות ו moies hydrophobic, מה שהופך אותם מועמדים מצוינים עבור מודעות CNTorption.
Polycyclic Aromatic hydrocarbons
פחמימנים ארומטיים פוליציקליים נוצרים במהלך התלקחות לא שלמה של חומר אורגני והם נוכחים באפקטים תעשייתיים, שפך שמן, ופריצה עירונית שלהם.המהירויות הגבוהות שלהם טבעות ארומטיות מרובות מבוללות ליצור אינטראקציות חזקות במיוחד עם משטחים ננו-tube.המודעות של הרש"פ על CNTs היא בדרך כלל מהירה ובאופן בסיסי תחת תנאי מבולגן, מה שהופך את CNT לריכוז יעיל מאוד אפילו על גבי הסרתם.
תוצאות של Adsorption
יעילות צינורות פחמן להסרת זיהום אורגני תלויה במספר רב של משתנים שיש להתאים לכל יישום.הבנת גורמים אלה מאפשרת עיצוב של תהליכי טיפול יעילים.
פתרון pH
pH משפיע על המטען של CNTs ומדינת ההנצחה של contaminants אורגני.עבור תרכובות ionizable, ה- pH קובע אם המולקולה קיימת בצורה נייטרלית או מואשמת, המשפיעה ישירות על אינטראקציות אלקטרוסטטיות עם המודעות Optimal.com מתרחשת בדרך כלל ב- pH ערכים שבו ה- CNT הוא נייטרלי ומשטח CNT נושאת מטען הפוך או תואם למודעות אופטימנטליות רבות, אם כי הוא קיים על חומרים כימיים מסוימים.
טמפרטורה
תהליכי אדסנסציה יכולים להיות אקסותרמיאליים או אנדרמימיים בהתאם למנגנונים הדומיננטיים.עבור רוב המדבקות האורגניות ב- CNTs, מודעות אורטיפטציה היא אקסותרמית, כלומר הגדלת הטמפרטורה מפחיתה את יכולת שיווי המשקל.עם זאת, כמה מחקרים מדווחים על התנהגות מודעות ניתוקמית או הפעלה של אתרים מחייב.
כוח איטוני וקורקסיסטיינג Ions
מלחים מבודדים במים טבעיים וממים פסולת משפיעים על המודעות באמצעות מספר מנגנונים.עוצמה גבוהה ionic יכול לדחוס את שכבת החשמל הכפולה סביב CNTs, צמצום ההנעה אלקטרוסטטית בין חלקיקים וקידום הדבקה, אשר בתורו מקטין את שטח פני השטח הזמין. ולהיפך, נוכחות של cactations יכול גם להנעה אלקטרוסטטית בין מדבקים טעונים ובאופן דומה CNTs, לפעמים, שיפור של מגנזורגים כגון מגנזיום CNTic.
זמן מגע ו Kinetics
הזמן הנדרש כדי להגיע לאיזון מודעות משתנה באופן נרחב בהתאם לתכונות ה- CNT, ותנאי התפעול. מחקרים רבים מדווחים על מודעות ראשונית מהירה בתוך דקות ספורות הראשונות, ולאחר מכן על ידי עלייה איטית יותר ככל אתרי משטח הופכים תפוסים ו- intraparticle הופך להפחתה של שיעור. pseudo-First-order מודלים קינטיים בהזמנה השנייה משמשים בדרך כלל לתיאור הנתונים, לעתים קרובות לספק את המנגנונים האחרונים ל- chisption מתאים יותר.
CNT Properties
השטח, מבנה pore, צפיפות פגומה, ותוכן קבוצתי פונקציונלי של צינורות פחמן כל השפעה ביצועים המודעות.בדרך כלל, CNTs עם שטח משטח גבוה יותר ו- mesoporosity מפותחת היטב להציג יכולות מודעות גדולות יותר. נוכחות של פגמים וקבוצות המכילות חמצן מציג אתרים פונקציונליים נוספים מחייבות ומשנות את פני השטח nanotubes לעתים קרובות מציעים יתרונות במונחים יקרים של עלויות, אך בדרך כלל לספק אזורים פונקציונליות גבוהה יותר.
אסטרטגיות יעילות
צינורות פחמן פריסטין הם הידרופוביים ו נוטה לצבור פתרונות אקוויאליים, הגבלת שטח פני השטח האפקטיבי שלהם ופיזור יכולת.תפקוד מטפל במגבלות אלה ומציג יכולות מודעות חדשות.
המונחים:
פונקציונליות קוהון כוללת את ההחזקה הכימית של קבוצות פונקציונליות ישירות למסגרת פחמן של nanotube. Acid טיפול עם חומצה חנקנית או חומצה sulfuric מציג carboxyl, hydroxyl וקבוצות פחמן על פני השטח וסיום של CNTs. אלה המכילים חמצן כדי לשפר קבוצות הידרופילנסיביות, שיפור פיזור במים, ולספק אתרים עבור אינטראקציות אלקטרוסטטי וחיבור מימן יכול יותר מוטציות קבועות, אבל קבוצות הדבקה פתורות אחרות יכול להציג פתורות מותאמים אישית.
תפקוד לא שווה
גישות לא שוות ערך לשנות את פני CNT מבלי להפריע לפחמן ⁇ ⁇ , פולימרים, biomolecules יכולים מודעות cNT על פני משטחים הידרופוביים, ערימה ⁇ - ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
השוואה עם אדמירבטים מסורתיים
פחמן מופעל נשאר המודעות הנפוצות ביותר לטיפול במים, אבל צינורות פחמן מציעים כמה יתרונות נפרדים.שטח משטח ספציפי של CNTs יכול לעלות על זה של פחמן מופעל על ידי גורם של שניים או יותר, ואת המבנה הפוד מוגדר היטב של CNTs מספק נגישות טובה יותר עבור מולקולות פחמן מופעלת יותר.
חידוש ויציבות
הכדאיות הכלכלית של מודעות מבוססות CNT תלויה ביכולת לשחזר ולהשתמש בחומר על מחזורים רבים.כמה שיטות התחדשות נבדקו.טיפול תרמי בטמפרטורות גבוהות בטמפרטורות אינרציה או oxidizing יכול desorbizing מחדש את הקונפיגורציה האורגנית שלהם, אך שחזור מחדש של חומרים פונקציונליים, למרות שרכיבי אופניים חוזרים יכולים להציג פגמים ולהקטין את היכולת הכימית באמצעות פתרונות אלקטרו-חמצני או חומצה יעילה, אך דורשות יעילה של תרופות.
אתגרים ומגבלות
למרות הביצועים המבטיחים שהודגמו במחקרים מעבדה, יש לטפל במספר אתגרים לפני שננו-רשתות פחמן להיות מעשי לטיפול במים בקנה מידה גדול.עלות של CNTs באיכות גבוהה גבוהה יותר מאשר פחמן מופעל, אם כי ירידה בעלויות הייצור ושיטות ייצור משופרות הן צמצום הפער. Dispersion של CNTs במים דורשות קלט אנרגיה או תוספים כימיים, ואת הנטייה של ננוחיות כדי להפחית את ההשפעות האפשריות של בדיקות אקולוגיות.
שילוב מערכות טיפול במים קיימות
פריסה מעשית של מודעות מבוססות CNT עשויה לכלול שילוב לתוך תהליכי טיפול קונבנציונליים. הגדרות מספריות הוצעו. ped-bed עמודות המכילות CNT-coated granules או CNT-embedded פולימרים מציעים ניתוח זרימה מתמשך ואפקטים קלים של מערכת רזולוציה מגנטית משלבת CNTs לתוך מטבוליות משלבת מודעות עם הפרעה מגנטית, מתן מענה מגנטית מתקדמת של תאים מגנטיים.
כיוונים עתידיים למחקר
תחום המודעות של פחמן ננו-tube ממשיך להתפתח במהירות, עם כמה שדרות מבטיחות לחקירה עתידית.פיתוח שיטות סינתזה ירוק יותר אשר להפחית צריכת אנרגיה ופסולת כימית ישפרו את הקיימות של ייצור CNT. Computational Modeling וגישות למידת מכונה יכול לחזות התנהגות של מודעות למזהמים חדשים ולהדריך את העיצוב של מודעות אופטימיזציה של מחקרים על טווח ארוך טווח ויציבות של טכנולוגיות CNT הן הכרחיות לטיפול אמיתי.
מסקנה
ננו-בוטיקים מייצגים פלטפורמה עוצמתית להסרת חומרים אורגניים מפתרונות מקיפים.שטח פני השטח יוצא דופן שלהם, כימיה טואנבל, ויכולת לעסוק במנגנוני מודעות מרובים במקביל לאפשר הסרת יעיל של תרופות, חומרי הדברה, צבעים, ומזהמים אורגניים אחרים מתמידים אחרים הקשורים בעלות, פיזור ובטיחות סביבתית, ממשיכים להתקדם בסינתזה, פונקציונליות, מערכת משולבת, ושילוב הם מביאים לעולם פתוח יותר לאספקת מים בטוחה יותר.
לקריאה נוספת בנושא זה, ראה את הביקורת המקיפה על מודעות פחמן ננוtube שפורסם ב-FLT:0 Royal Society of Chemistry Science Environment Science, VisFLT:1, ההנחיות הסמכותיות על ננו-חומרים לטיפול במים מ-FLT:2 United States Environmental Protection Agency 3FLT 3, והשוואה מפורטת של חומרים הזמינים באמצעות LT4 מפיץ':