Sind Kohlenstoff Nanotubes die Entscheidenden Wasser-Transporter?

Andrew Vogt, Cameron-Schermaschine, Prof Joe Shapter, Prof Nicolas Voelcker und Dr. Amanda Ellis, Mitte für Nanoscale-Wissenschaft Und Technik und die Schule von Chemie, Physik und Geowissenschaften, Flinders-Universität, Süd-Australien.
Entsprechender Autor: amanda.ellis@flinders.edu.au

Wasserstrom durch einen Gartenschlauch oder ein nanochannel (10-9 m) hat unglaublich verschiedene Wasserflusstransportvorrichtungen. In einem Fall die Theorie von Strömungslehregriffen und in den anderen nanoscale Phänomenen dominierend. Im Einzelnen Wassermolekül des Schlauches ist ein Transport kein Beherrschungsmerkmal jedoch die eindeutigen Eigenschaften von insbesondere Kohlenstoff nanotubes lassen einzelnes Wassermolekül eine Wirklichkeit transportieren. Interessant ist es der Ein- und Ausgang von Wassermolekülen, der geglaubt wird, um der Faktor zu sein, der Transport begrenzt. So wie tut dieses geschehen?

Für dieses benötigen wir molekulare dynamische (MD) Simulationen, die zeigen, dass Wasserstoffatome zum nanotube angezogen werden, während Sauerstoff so abgestoßen wird, dass Wasser mit dem Wasserstoffatom orientiert wird, welches zuerst das Gefäß kommt.1 Wenn der nanotube Durchmesser genug klein ist (ungefähr 0,8 nm) wässern Sie Formulare eine 1 Maßkette, die an einem Durchschnitt von 17 Molekülen pro Nanosekunde sich bewegt (oder 99 cm s-1).2 Jedoch berichten andere MD-Simulationen über drastisch verringerte Mobilität an diesem nanoscale wegen der Änderung in den mechanischen Eigenschaften des Wassers.3 So es gibt Diskrepanzen in unserem theoretischen Verständnis von diesem Phänomene.

Experimentell ist Wassertransport durch Kohlenstoff nanotubes weit von triviales. Jedoch seitdem Holt et al.4 die Wasserführung durch ein Silikonnitrid/doppelwandige eine Kohlenstoff nanotube nanofiltration Membran und entdeckten Strömungsgeschwindigkeiten 4-5 Größenordnungen höher als geschätzt durch klassische Baumuster für Poiseuille-Durchdringung maß, 4 ist die Recherche, erweiterte Membranfilme für Gebrauch in auftauchenden neuen Wasserbehandlungstechnologien herzustellen eingeschaltet gewesen. Das Versprechen des höheren Transportes schmilzt, Besonderheit und Selektivität durch eine Wasserbehandlungsmembran ist immer in unserem Verstand, besonders in den trockenen Umgebungen wie Australien.

Dr. Ellis und ihre Kollegen an der Flinders-Universität glauben, dass sie einen wertvollen Beitrag zu den Problemen machen können, die Wasser angefochtene Umgebungen gegenüberstellen. Ihre Arbeit wird aktuell durch eine Australische Forschungsrat-Entdeckungsbewilligung finanziert. Ihre neue Zusammenfassung auf „Kohlenstoff nanotubes, die am Silikon für Einheitsfälschung“ verankert werden, 5 hebt den Bedarf an der Regelung von nanotube Orientierung hervor, um die verschiedene Reichweite der möglichen Anwendungen zu ernten, die sie möglicherweise sich leisten. Insbesondere ihr Gebrauch in den Wasserverkehrssystemen.

Die Leistungsfähigkeit einer Membran wird durch Zelle, Zusammensetzung und Auslegung vorgeschrieben möglicherweise. Viele synthetischen Chemietechniken existieren, die die Auslegung einer nanohybrid Filtrationsmembran aktivieren, seine Funktion in beträchtlichem Ausmaß zu verbessern. Zu diesem Zweck verwenden Dr. Ellis und ihre Kollegen eine Vielzahl der synthetischen Chemie, um die nanohybrid Wasser-Filtrationsmembranen zu konstruieren, die auf nassen ausgerichteten basieren nanotubes Kohlenstoff der Chemikalie (selbst-zusammengebaut) vertikal (VA-CNTs) und ultradünnes nanocrystalline porösem Silikon.

Eine Vielzahl von Ausrichtungschemie ist unter Verwendung DCC- oder EDC-Kupplung und Thioesterkupplung erzielt worden.5, 6 Abbildung 1 (A) zeigt ein Atomkraftmikrograph (AFM)bild von Bündeln einzel-ummauerter Kohlenstoff nanotubes (SWCNTs) auf einer Silikonoberfläche.6 Eine in zunehmendem Maße populäre Methode, zum von Einheitseigenschaften zu verbessern ist die Beschäftigung von „Klick“ Chemie.

Abbildung 1. (a) FLUGHANDBUCH-Bild von Bündeln VA-SWCNTs auf dem Silikon, das über eine dithioester Verbindung befestigt wird und (b) Diagramm der SWCNT-/polymernanohybrid Membran-Synthesevertretung klicken Chemie mit nachfolgender Derivatisierung von SWCNT-Oberflächenhälften mit einer FLOSSkettentransferstelle für esteuerte „Leben“ Polymerisierung des freien Radikals an.

Klickchemie wurde ein populärer Ausdruck durch Sharpless et al.7 im Jahre 2001 wegen der Auferstehung einer kleinen Gruppe oder der Klasse organische Reaktionen. Es gibt endgültige Anforderungen, eine Reaktion zu tarifieren da ein Klickprozeß, obgleich die synthetische Bedeutung ist, dass Klickreaktionen auf eine orthogonale und quantitative Form fortfahren.

Um die Anwendungen von VA-SWCNTs voranzubringen, ist Klickchemie verwendet worden um SWCNTs zu einer Silikonoberfläche erfolgreich vertikal zu befestigen. Indem man verschiedene Klickreaktionen in einem Prozess verwendet, wird das VAmöglicherweise innerhalb einer polymerischen Grundmasse durch den verschiedensten esteuerten Prozess der radikalen Polymerisierung, umschaltbare Zusatzfragmentation Kettenübertragung (FLOSS) eingebettet (Abbildung 1B). Diese Membranen liefern nicht nur die niederenergetische und Hochmagnetfeld Wasseraufbereitungsfähigkeiten aber aktivieren auch den effektiven Ausbau von Giftstoffen.

Wegen der verschiedenen synthetischen Kombinationen möglich, wenn sie Klick und FLOSS, viele verbesserten Eigenschaften und Anwendungen fortfährt, in den Wasserbehandlungs-Membrantechnologien zu entstehen verwenden.


Bezüge

1. Waghe, A., Rasaiah, J.C., Hummer, G.J. „Kinetik von Kohlenstoff nanotubes im Wasser Füllend und leerend,“ J. Chem. Phys. 117, 10789 (2002).
2. Hummer, J.C., Rasaiah, J.C., Noworyta, J.P. „Wasserleitung durch den hydrophoben Kanal eines Kohlenstoff nanotube,“ Natur 414, 188 (2001).
3. Koga, K., Gao, G. - T., Tanaka, H., Zeng, X.C. „Entstehung von bestellten Eis nanotubes innerhalb Kohlenstoff nanotubes,“ Natur 412, 802 (2001).
4. Holt, J.K., Noy, A., Huser, T., Eaglesham, D., Bakajin, O. „Fälschung eines Kohlenstoffes nanotube-bettete Silikonnitridmembran für Studien Nmschuppe Massentransports,“ Nano--Lett ein. 2004, 4, 2245.
5. Constantopoulos, K.T., Schermaschine, C.J., Ellis, A.V., Voelcker, N.H., Shapter, J.G. „Kohlenstoff nanotubes verankerte am Silikon für Einheitsfälschung,“ Fortgeschrittener Werkstoff 21, 1-15 (2009).
6. Poh, Z., Flavel, B.S., Schermaschine, C.J., Shapter, J.G., Ellis, A.V. „Fälschung und elektrochemisches Verhalten von vertikal-ausgerichteten Kohlenstoff nanotube Elektroden befestigte kovalent zum P-artigen Silikon über eine Thioesterverbindung,“ Mater. Lett. 63, 757-760 (2009).
7. Kolb, H.C., Finne, M.G., Sharpless, K.B.-„Klickchemie: Verschiedene chemische Funktion von einigen guten Reaktionen,“ Angew. Chem. Int. Bearbeiten Sie. 40, 2004-2021 (2001).

Copyright AZoNano.com, Dr. Amanda Ellis (Flinders-Universität)

Date Added: Oct 14, 2009 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 13. June 2013 23:13

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