Is de Koolstof Nanotubes de Uiteindelijke Vervoerders van het Water?

Andrew Vogt, Cameron Shearer, Prof. Joe Shapter, Prof. Nicolas Voelcker en Dr. Amanda Ellis, Centrum voor Wetenschap Nanoscale en Technologie en de School van Chemie, Fysica en Aardwetenschappen, Flinders Universiteit, Zuid-Australië.
Overeenkomstige auteur: amanda.ellis@flinders.edu.au

De stroom van het Water door een tuinslang of een nanochannel (10m-9 ) heeft ongelooflijk de verschillende vloeibare mechanismen van het stroomvervoer. In één geval houdt de theorie van vloeibare dynamica en in de andere dominante nanoscalefenomenen. In een slang is het enige vervoer van de watermolecule geen overheerst eigenschap nochtans maken de unieke eigenschappen van, in het bijzonder, koolstof nanotubes enige watermolecule een werkelijkheid vervoeren. Interessant, is het de ingang en de uitgang van watermolecules die wordt verondersteld om de factor te zijn die vervoer beperken. Zo hoe gebeurt dit?

Voor dit hebben wij moleculaire dynamische (MD) simulaties nodig die aantonen dat de waterstofatomen worden aangetrokken naar nanotube terwijl de zuurstof wordt afgeweerd dusdanig dat het water met het waterstofatoom die de buis eerst ingaan georiënteerd is.1 Als de nanotubediameter (ongeveer 0.8 NM) genoeg klein is het water vormt een 1 dimensionale ketting die bij een gemiddelde van 17 molecules per nanoseconde (of 99 cm s)-1 reizen.2 Nochtans, verminderde ander de simulatiesrapport van het M.D. dramatisch mobiliteit bij dit nanoscale toe te schrijven aan de verandering in de mechanische eigenschappen van water.3 Zo er is discrepantie in ons theoretisch begrip van deze fenomenen.

Experimenteel is het watervervoer door koolstof nanotubes verre van onbelangrijk. Nochtans, sinds Holt et al.4 mat de stroom van water door een een siliciumnitride/membraan met dubbele muren van koolstof nanotube nanofiltration en ontdekte stroomtarieven 4-5 grootteordes hoger dan geschat door klassieke modellen voor permeatie Poiseuille4 het onderzoek uitgebreide membraanfilms voor gebruik in de nieuwe nieuwe technologieën van de waterbehandeling heeft moeten creëren. De belofte van hogere vervoerstromen, specificiteit en selectiviteit door een membraan van de waterbehandeling is altijd in onze meningen, in het bijzonder in dorre milieu's zoals Australië.

Dr. Ellis en haar collega's bij Universiteit Flinders geloven zij kunnen een waardevolle bijdrage tot de problemen leveren die water uitgedaagde milieu's onder ogen zien. Hun werk wordt momenteel gefinancierd door een Australische Toelage van de Ontdekking van de Raad Voor Onderzoek. Hun recent die overzicht op „Koolstof nanotubes aan silicium voor apparatenvervaardiging“ wordt verankerd5 benadrukt de behoefte aan controle van nanotuberichtlijn om de diverse waaier van potentiële toepassingen te oogsten zij zich kunnen veroorloven. In het bijzonder, vervoert hun gebruik in water systemen.

De efficiency van een membraan kan door structuur, samenstelling, en ontwerp worden gedicteerd. Vele synthetische chemietechnieken bestaan die het ontwerp van een membraan van de nanohybridfiltratie toelaten om zijn functie enorm te verbeteren. Daartoe gebruiken Dr. Ellis en haar collega's een verscheidenheid van synthetische chemie die nanohybrid de membranen te construeren van de waterfiltratie op natte chemische (zelf-geassembleerde) worden gebaseerd verticaal gerichte koolstof nanotubes (VA-CNTs) en uiterst dun nanocrystalline poreus silicium.

Een verscheidenheid van groeperingschemie is bereikt de koppeling gebruikend van DCC of EDC, en thioester koppeling.5, 6 Figuur 1 (a) toont een atoombeeld van de kracht (AFM)micrograaf van bundels van enig-ommuurde koolstof nanotubes (SWCNTs) op een siliciumoppervlakte.6 Een meer en meer populaire methode om apparateneigenschappen te verbeteren is de werkgelegenheid van de chemie van de „Klik“.

Figuur 1. (a) het beeld van AFM van bundels van VA-SWCNTs op silicium in bijlage via een dithioesteraaneenschakeling en (b) het schema van SWCNT/polymer nanohybrid membraansynthese het tonen klikken chemie met verdere afleiding van SWCNT oppervlaktedelen met een agent van de de kettingsoverdracht van het VLOT voor gecontroleerde „het leven“ vrije basispolymerisatie.

Klik chemie werd een populaire termijn door Sharpless et al.7 in 2001 gepast aan de verrijzenis van een kleine groep of een klasse van organische reacties. Er zijn definitieve vereisten om een reactie als klikproces te classificeren, hoewel het synthetische belang is dat de klikreacties op een orthogonal en kwantitatieve manier te werk gaan.

Om de toepassingen van VA-SWCNTs vooruit te gaan, klik chemie is gebruikt om SWCNTs aan een siliciumoppervlakte verticaal met succes vast te maken. Door divers te gebruiken klik reacties in één proces, kan VA-SWCNTs binnen een polymere matrijs door het diversste gecontroleerde radicale polymerisatieproces, omkeerbare toevoeging-fragmentatie keten overdracht (VLOT) worden ingebed (Figuur 1B). Deze membranen zullen niet alleen de reinigingsmogelijkheden van low-energy verstrekken en zullen hoog-stroomwater maar ook de efficiënte verwijdering van toxine toelaten.

wegens de diverse synthetische combinaties mogelijke wanneer het gebruiken zowel klik en het VLOT, vele betere eigenschappen en toepassingen zullen zich in het membraantechnologieën van de waterbehandeling blijven voordoen.


Verwijzingen

1. Waghe, A. die, Rasaiah, J.C., Hummer, G.J. „en kinetica van koolstof nanotubes in water Vullen leegmaken,“ J. Chem. Phys. 117, 10789 (2002).
2. Hummer, J.C., Rasaiah, J.C., Noworyta, J.P. de „geleiding van het Water door het hydrophobic kanaal van een koolstof nanotube,“ Aard 414, 188 (2001).
3. Koga, K., Gao, G. - T., Tanaka, H., Zeng, X.C. „Vorming van de bevolen koolstof van de ijs nanotubes binnenkant nanotubes,“ Aard 412, 802 (2001).
4. Holt, J.K., Noy, A., Huser, T., Eaglesham, D., Bakajin, O. „Vervaardiging van een koolstof nanotube-ingebed membraan van het siliciumnitride voor studies van nanometer-schaal massavervoer,“ Nano Lett. 2004, 4, 2245.
5. Constantopoulos, K.T., Snijmachine, C.J., Ellis, A.V., Voelcker, N.H., Shapter, J.G. „Koolstof nanotubes verankerde aan silicium voor apparatenvervaardiging,“ Geavanceerde Materialen 21, 1-15 (2009).
6. Poh, Z., Flavel, B.S., Snijmachine, C.J., Shapter, J.G., Ellis, A.V. „Vervaardiging en elektrochemisch gedrag van verticaal-gerichte koolstof nanotube elektroden maakte covalent aan p-type silicium via een thioester aaneenschakeling vast,“ Mater. Lett. 63, 757-760 (2009).
7. Kolb, H.C., Fin, M.G., Sharpless, K.B. de „chemie van de Klik: Diverse chemische functie van een paar goede reacties,“ Angew. Chem. Int. Geef uit. 40, 2004-2021 (2001).

Copyright AZoNano.com, Dr. Amanda Ellis (Universiteit Flinders)

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

Last Update: 13. June 2013 23:06

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