¿Es el Carbón Nanotubes los Transportadores Finales del Agua?

Andrew Vogt, Esquilador de Cameron, Profesor Joe Shapter, Profesor Nicolás Voelcker y el Dr. Amanda Ellis, Centro para la Ciencia de Nanoscale y la Tecnología y la Escuela de la Química, de la Física y de las Geologías, Universidad del Flinders, Sur de Australia.
Autor Correspondiente: amanda.ellis@flinders.edu.au

Corriente a través de una manguera de jardín o de un nanochannel (10-9 m) tiene mecanismos de transporte increíblemente diversos del flujo flúido. En un caso la teoría de los asimientos de la dinámica de fluidos y en los otros fenómenos del nanoscale dominantes. En única molécula de agua de la manguera un transporte no es una característica de la dominación sin embargo las propiedades únicas de, particularmente, los nanotubes del carbón hace que la única molécula de agua transporta una realidad. Interesante, es el asiento y la salida de las moléculas de agua que se cree para ser el factor que limita transporte. ¿Tan cómo hace esto ocurre?

Para esto necesitamos las simulaciones dinámicas (MD) moleculares que muestran que los átomos de hidrógeno están atraídos al nanotube mientras que el oxígeno se repele tales que el agua está orientada con el átomo de hidrógeno que entra en el tubo primero.1 Si el diámetro del nanotube es bastante pequeño (aproximadamente 0,8 nanómetros) riegue los formularios un encadenamiento de 1 dimensión que viaja en un promedio de 17 moléculas por nanosegundo (o 99 cm s-1).2 Sin Embargo, el otro DOCTOR EN MEDICINA simulaciones señala movilidad dramáticamente disminuida en este nanoscale debido al cambio en las propiedades mecánicas del agua.3 Tan hay discrepancias en nuestra comprensión teórica de este los fenómenos.

El transporte del agua a través de nanotubes del carbón está Experimental lejos de trivial. Sin Embargo, desde entonces Holt y otros4 midiera el flujo del agua con un nitruro de silicio/una membrana de pared doble del nanofiltration del nanotube del carbón y flujos descubiertos 4-5 órdenes de magnitud más arriba que estimado por los modelos clásicos para la penetración a través de los poros de Poiseuille4 la búsqueda ha estado prendido crear las películas extendidas de la membrana para el uso en tecnologías nuevas emergentes del tratamiento de aguas. La promesa de un transporte más alto aplica flux, especificidad y la selectividad a través de una membrana del tratamiento de aguas está siempre en nuestras mentes, determinado en ambientes áridos tales como Australia.

El Dr. Ellis y sus colegas en la Universidad del Flinders cree que pueden hacer una contribución valiosa a los problemas que hacen frente a ambientes desafiados agua. Su trabajo es financiado actualmente por una concesión Australiana del Descubrimiento del Consejo de Investigación. Su revista reciente en los “nanotubes del Carbón asegurados al silicio para la fabricación del dispositivo”5 acentúa la necesidad del mando de la orientación del nanotube para cosechar el rango diverso de aplicaciones potenciales que pueden permitir. Particularmente, sus aplicaciones en sistemas de transporte del agua.

La eficiencia de una membrana se puede dictar por la estructura, la composición, y el diseño. Muchas técnicas sintetizadas de la química existen que permiten al diseño de una membrana de la filtración del nanohybrid mejorar sumamente su función. Con este fin el Dr. Ellis y sus colegas está utilizando una variedad de químicas sintetizadas para construir las membranas de la filtración del agua del nanohybrid basadas en los nanotubes verticalmente alineados mojados del carbón de la substancia química (uno mismo-ensamblada) (VA-CNTs) y el silicio poroso del nanocrystalline ultrafino.

Una variedad de químicas de la alineación se han logrado usando el acoplamiento del DCC o del EDC, y el acoplamiento del tioéster.5, 6 Cuadro 1 (a) muestra una imagen atómica del micrográfo (AFM) de la fuerza de los manojos de nanotubes único-emparedados del carbón (SWCNTs) en una superficie del silicio.6 Un método cada vez más popular para mejorar propiedades del dispositivo es el empleo de la química del “Tecleo”.

El Cuadro 1. (a) imagen del AFM de manojos de VA-SWCNTs en el silicio asociado vía un mecanismo articulado del dithioester y (b) diagrama esquemático de la demostración de la síntesis de la membrana del nanohybrid de SWCNT/polymer hace clic química con la derivatización subsiguiente de las mitades de la superficie de SWCNT con un agente de transferencia de cadena del BALSA para la polimerización radical libre de “vida” controlada.

La química del Tecleo se convirtió en un término popular por Sharpless y otros7 en 2001 debido a la resurrección de un pequeño grupo o clase de reacciones orgánicas. Hay requisitos definitivos de clasificar una reacción pues un proceso del tecleo, aunque la importancia sintetizada sea que las reacciones del tecleo proceden en una moda ortogonal y cuantitativa.

Para avance las aplicaciones del VA-SWCNTs, la química del tecleo se ha utilizado para asociar con éxito SWCNTs verticalmente a una superficie del silicio. Utilizando diversas reacciones del tecleo en un proceso, el VA-SWCNTs se puede embutir dentro de una matriz polimérica por el proceso controlado más diverso de la polimerización radical, transferencia de cadena de la adición-fragmentación reversible (BALSA) (Figura 1B). Estas membranas no sólo proporcionarán a capacidades de poca energía y del alto-flux del agua de la purificación pero también activarán el retiro efectivo de toxinas.

Debido a las diversas combinaciones sintetizadas posibles al utilizar tecleo y el BALSA, muchas propiedades y aplicaciones mejoradas continuarán presentarse en tecnologías de la membrana del tratamiento de aguas.


Referencias

1. Waghe, A., Rasaiah, J.C., Hummer, G.J. “Que Llena y que vacia la cinética de los nanotubes del carbón en agua,” J. Chem. Phys. 117, 10789 (2002).
2. Hummer, J.C., Rasaiah, J.C., Noworyta, J.P. “conducción del Agua a través del canal hidrofóbico de un nanotube del carbón,” Naturaleza 414, 188 (2001).
3. Koga, K., Gao, G. - T., Tanaka, H., Zeng, X.C. “Formación de los nanotubes pedidos del hielo dentro de nanotubes del carbón,” Naturaleza 412, 802 (2001).
4. Holt, J.K., Noy, A., Huser, T., Eaglesham, D., Bakajin, O. “Fabricación de un carbón nanotube-embutió la membrana del nitruro de silicio para los estudios del transporte en masa de la nanómetro-escala,” Lett Nano. 2004, 4, 2245.
5. Constantopoulos, K.T., Esquilador, C.J., Ellis, A.V., Voelcker, N.H., Shapter, J.G. “nanotubes del Carbón aseguró al silicio para la fabricación del dispositivo,” los Materiales Avanzados 21, 1-15 (2009).
6. Poh, Z., Flavel, B.S., Esquilador, C.J., Shapter, J.G., Ellis, A.V. “Fabricación y comportamiento electroquímico de los electrodos vertical-alineados del nanotube del carbón covalente asociados al p-tipo silicio vía un mecanismo articulado del tioéster,” Mater. Lett. 63, 757-760 (2009).
7. Kolb, H.C., Finlandés, M.G., Sharpless, química del Tecleo de K.B. “: Función química Diversa de algunas buenas reacciones,” Angew. Quím. Internacional. Corrija. 40, 2004-2021 (2001).

Derechos De Autor AZoNano.com, el Dr. Amanda Ellis (Universidad del Flinders)

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

Last Update: 13. June 2013 23:42

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