È il Carbonio Nanotubes gli Ultimi Trasportatori dell'Acqua?

Andrew Vogt, Tagliatrice di Cameron, Prof. Joe Shapter, Prof. Nicolas Voelcker e Dott. Amanda Ellis, Centro per Scienza e Tecnologia di Nanoscale ed il Banco di Chimica, Fisica e Scienze Della Terra, Flinders University, Australia del Sud.
Autore Corrispondente: amanda.ellis@flinders.edu.au

Lo Scorrimento dell'acqua attraverso un tubo flessibile di giardino o un nanochannel (10m-9 ) ha meccanismi di trasporto incredibilmente differenti di quantità di fluido. In un caso la teoria delle tenute di dinamica fluida e negli altri fenomeni del nanoscale dominanti. In singola molecola di acqua del tubo flessibile un trasporto non è una funzionalità della dominazione tuttavia i beni unici di, in particolare, nanotubes del carbonio fa la singola molecola di acqua trasportare una realtà. Interessante, è l'entrata e l'uscita delle molecole di acqua che è creduta per essere il fattore che limita il trasporto. Così come fa questo succede?

Per questo abbiamo bisogno delle simulazioni dinamiche (MD) molecolari che indicano che gli atomi di idrogeno sono attirati verso il nanotube mentre l'ossigeno è respinto tali che l'acqua è orientata con l'atomo di idrogeno che entra nel tubo in primo luogo.1 Se il diametro del nanotube è abbastanza piccolo (circa) l'acqua 0,8 nanometri forma una 1 catena dimensionale che viaggia ad una media di 17 molecole per nanosecondo (o 99 cm s-1).2 Tuttavia, altre simulazioni di MD riferiscono la mobilità drammaticamente in diminuzione a questo nanoscale dovuto il cambiamento nei beni meccanici dell'acqua.3 Così ci sono discrepanze nella nostra comprensione teorica del questo fenomeni.

Il trasporto dell'acqua attraverso i nanotubes del carbonio è Sperimentalmente lontano da irrilevante. Tuttavia, da quando Holt et al.4 ha misurato il flusso dell'acqua con un nitruro di silicio/membrana a doppia parete di nanofiltration del nanotube del carbonio e le portate scoperte 4-5 ordini di grandezza più superiore stimato dai modelli classici per la permeazione di Poiseuille4 la ricerca è stata sopra di creare le pellicole estese della membrana per uso nelle tecnologie novelle emergenti di trattamento delle acque. La promessa di più alto trasporto fonde, specificità e la selettività tramite una membrana di trattamento delle acque è sempre nelle nostre menti, specialmente negli ambienti aridi quale l'Australia.

Il Dott. Ellis ed i suoi colleghi alla Flinders University ritiene che possano dare un contributo apprezzato ai problemi che affrontano gli ambienti sfidati l'acqua. Il Loro lavoro corrente è costituito un fondo per da una concessione Australiana di Scoperta del Consiglio della Ricerca. Il Loro esame recente “sui nanotubes del Carbonio ancorati a silicio per montaggio dell'unità„5 sottolinea l'esigenza di controllo dell'orientamento del nanotube per raccogliere il diverso intervallo delle applicazioni che potenziali possono permettere. In particolare, i loro usi in sistemi di trasporto dell'acqua.

Il risparmio di temi di una membrana può essere dettato dalla struttura, dalla composizione e dalla progettazione. Molte tecniche sintetiche di chimica esistono che permettono alla progettazione di una membrana di filtrazione del nanohybrid di migliorare notevolmente la sua funzione. A questo scopo il Dott. Ellis ed i suoi colleghi sta usando varie chimiche sintetiche per costruire le membrane di filtrazione dell'acqua del nanohybrid basate sui nanotubes verticalmente stati allineati bagnati del carbonio del prodotto chimico (auto-montato) (VA-CNTs) e sul silicio poroso di nanocrystalline ultrasottile.

Varie chimiche di allineamento sono state raggiunte facendo uso dell'accoppiamento di EDC o di DCC e l'accoppiamento del tioestere.5, 6 Figura 1 (a) mostra un'immagine atomica del micrografo (AFM) della forza dei gruppi dei nanotubes unico murati del carbonio (SWCNTs) su una superficie del silicio.6 Un metodo sempre più popolare per migliorare i beni dell'unità è l'occupazione di chimica “di Clic„.

Figura 1. (a) immagine del AFM dei gruppi del VA-SWCNTs su silicio fissato via un legame del dithioester e (b) disegno schematico di chimica di clic di rappresentazione di sintesi della membrana del nanohybrid di SWCNT/polymer con derivatizzazione successiva delle parti della superficie di SWCNT con un agente di trasferimento a catena della ZATTERA per polimerizzazione radicale libera “vivente„ controllata.

La chimica di Clic si è trasformata in nel 2001 in un termine popolare da Sharpless7 et al. dovuto la resurrezione di piccolo gruppo o classe di reazioni organiche. Ci sono requisiti definitivi classificare una reazione poichè un trattamento di clic, sebbene l'importanza sintetica sia che le reazioni di clic continuano ad un modo ortogonale e quantitativo.

Per avanzare le applicazioni del VA-SWCNTs, la chimica di clic è stata usata per fissare con successo verticalmente SWCNTs ad una superficie del silicio. Utilizzando le varie reazioni di clic in un trattamento, il VA-SWCNTs può essere incluso all'interno di una matrice polimerica tramite il trattamento controllato più diverso di polimerizzazione radicale, il trasferimento a catena di aggiunta-frammentazione reversibile (ZATTERA) (Figura 1B). Queste membrane non solo forniranno le capacità di alto-cambiamento continuo ed a bassa energia di depurazione delle acque ma egualmente permetteranno all'efficace rimozione delle tossine.

dovuto le varie combinazioni sintetiche possibili quando utilizza sia il clic che la ZATTERA, molti beni ed applicazioni migliori continueranno a sorgere nelle tecnologie della membrana di trattamento delle acque.


Riferimenti

1. Waghe, A., Rasaiah, J.C., Hummer, G.J. “che Riempie e che di svuotamento la cinetica dei nanotubes del carbonio in acqua,„ J. Chem. Phys. 117, 10789 (2002).
2. Hummer, J.C., Rasaiah, J.C., Noworyta, J.P. “conduzione dell'Acqua attraverso il canale idrofobo di nanotube del carbonio,„ Natura 414, 188 (2001).
3. Koga, K., Gao, G. - T., Tanaka, H., Zeng, X.C. “Formazione dei nanotubes ordinati del ghiaccio dentro i nanotubes del carbonio,„ Natura 412, 802 (2001).
4. Holt, J.K., Noy, A., Huser, T., Eaglesham, D., Bakajin, O. “Lavorazione di un carbonio nanotube-ha incassato la membrana del nitruro di silicio per gli studi sul trasporto di massa del nanometro-disgaggio,„ Lett Nano. 2004, 4, 2245.
5. Constantopoulos, K.T., Tagliatrice, C.J., Ellis, A.V., Voelcker, N H., Shapter, J.G. “nanotubes del Carbonio si è ancorato a silicio per montaggio dell'unità,„ Materiali Avanzati 21, 1-15 (2009).
6. Poh, Z., Flavel, B.S., Tagliatrice, C.J., Shapter, J.G., Ellis, A.V. “Montaggio e comportamento elettrochimico degli elettrodi verticale-allineati del nanotube del carbonio in covalenza ha fissato a silicio P tipo via un legame del tioestere,„ Mater. Lett. 63, 757-760 (2009).
7. Kolb, H.C., Finlandese, M.G., Sharpless, chimica di Clic di K.B. “: Diversa funzione chimica da alcune buone reazioni,„ Angew. Chim. Int. Modifica. 40, 2004-2021 (2001).

Copyright AZoNano.com, Dott. Amanda Ellis (Flinders University)

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

Last Update: 13. June 2013 23:17

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this article?

Leave your feedback
Submit