É o Carbono Nanotubes os Transportadores Finais da Água?

Andrew Vogt, Tosquiador de Cameron, Prof. Joe Shapter, Prof. Nicolas Voelcker e Dr. Amanda Ellis, Centro para a Ciência de Nanoscale e a Tecnologia e a Escola da Química, da Física e das Ciências da Terra, Universidade do Flinders, Sul da Austrália.
Autor Correspondente: amanda.ellis@flinders.edu.au

Volume de água através de uma mangueira de jardim ou de um nanochannel (10-9 m) têm mecanismos de transporte incredibly diferentes do fluxo fluido. Em um caso a teoria realizar da dinâmica de fluidos e nos outros fenômenos do nanoscale dominantes. Molécula de água da mangueira na única um transporte não é uma característica da dominação contudo as propriedades originais de, em particular, nanotubes do carbono faz a única molécula de água transportar uma realidade. Interessante, é a entrada e a saída de moléculas de água que é acreditada para ser o factor que limita o transporte. Assim como faz isto vem aproximadamente?

Para isto nós precisamos as simulações dinâmicas (MD) moleculars que mostram que os átomos de hidrogênio estão atraídos ao nanotube quando o oxigênio for repelido tais que a água está orientada com o átomo de hidrogênio que entra na câmara de ar primeiramente.1 Se o diâmetro do nanotube é pequeno bastante (aproximadamente 0,8 nanômetros) molhe formulários uma 1 corrente dimensional que viaja em uma média de 17 moléculas pelo nanossegundo (ou os 99 cm s-1).2 Contudo, outras simulações da DM relatam a mobilidade dramàtica diminuída neste nanoscale devido à mudança nas propriedades mecânicas da água.3 Tão há umas discrepâncias em nossa compreensão teórica do este fenômenos.

Experimental o transporte da água através dos nanotubes do carbono é longe de trivial. Contudo, depois que Holt mediu4 e outros o fluxo da água com um nitreto de silicone/membrana dobro-murada do nanofiltration do nanotube do carbono e uns caudais descobertos 4-5 ordens de grandeza calculado mais altamente do que por modelos clássicos para a permeação de Poiseuille4 a busca estêve ligada criar filmes prolongados da membrana para o uso em tecnologias novas emergentes do tratamento da água. A promessa de um transporte mais alto flui, especificidade e a selectividade através de uma membrana do tratamento da água está sempre em nossas mentes, particularmente em ambientes áridos tais como Austrália.

O Dr. Ellis e seus colegas na Universidade do Flinders acredita que podem fazer uma contribuição valiosa para os problemas que enfrentam ambientes desafiados água. Seu trabalho é financiado actualmente por uma concessão Australiana da Descoberta do Conselho de Pesquisa. Sua revisão recente do “nos nanotubes Carbono ancorados ao silicone para a fabricação do dispositivo”5 sublinha a necessidade para o controle da orientação do nanotube a fim colher a escala diversa de aplicações que potenciais podem ter recursos para. Em particular, seus usos em sistemas de transporte da água.

A eficiência de uma membrana pode ser ditada pela estrutura, pela composição, e pelo projecto. Muitas técnicas sintéticas da química existem que permitem o projecto de uma membrana da filtragem do nanohybrid de melhorar vastamente sua função. Com tal fim o Dr. Ellis e seus colegas está usando uma variedade de química sintéticas para construir as membranas da filtragem da água do nanohybrid baseadas nos nanotubes verticalmente alinhados molhados do carbono do produto químico (auto-montado) (VA-CNTs) e no silicone poroso do nanocrystalline ultrathin.

Uma variedade de química do alinhamento foram conseguidas usando o acoplamento do DCC ou do EDC, e o acoplamento do thioester.5, 6 Figura 1 (a) mostra uma imagem atômica da micrografia (AFM) da força dos pacotes de nanotubes único-murados do carbono (SWCNTs) em uma superfície do silicone.6 Um método cada vez mais popular para melhorar propriedades do dispositivo é o emprego da química do “Clique”.

A Figura 1. (a) imagem do AFM dos pacotes de VA-SWCNTs no silicone anexado através de um enlace do dithioester e (b) diagrama esquemático da química do clique da exibição da síntese da membrana do nanohybrid de SWCNT/polymer com derivatização subseqüente de SWCNT surge partes com um agente de transferência chain da JANGADA para polimerização radical livre “de vida” controlada.

A química do Clique transformou-se um termo popular por Sharpless e outros7 em 2001 devido à ressurreição de um grupo ou de uma classe pequena de reacções orgânicas. Há umas exigências definitivas classificar uma reacção porque um processo do clique, embora a importância sintética seja que as reacções do clique continuam em uma forma ortogonal e quantitativa.

Para avançar as aplicações do VA-SWCNTs, a química do clique foi usada para anexar com sucesso verticalmente SWCNTs a uma superfície do silicone. Utilizando várias reacções do clique em um processo, o VA-SWCNTs pode ser encaixado dentro de uma matriz polimérico pelo processo controlado o mais diverso da polimerização radical, transferência chain da adição-fragmentação reversível (JANGADA) (Figura 1B). Estas membranas fornecerão não somente capacidades da purificação de água da baixo-energia e do alto-fluxo mas igualmente permitirão a remoção eficaz das toxinas.

Devido às várias combinações sintéticas possíveis ao utilizar o clique e a JANGADA, muitas propriedades e aplicações melhoradas continuarão a elevarar em tecnologias da membrana do tratamento da água.


Referências

1. Waghe, A., Rasaiah, J.C., Hummer, G.J. “que Enche e que esvazia a cinética de nanotubes do carbono na água,” J. Chem. Phys. 117, 10789 (2002).
2. Hummer, J.C., Rasaiah, J.C., Noworyta, J.P. da “condução Água através do canal hidrofóbica de um nanotube do carbono,” Natureza 414, 188 (2001).
3. Koga, K., Gao, G. - T., Tanaka, H., Zeng, X.C. “Formação de nanotubes pedidos do gelo dentro dos nanotubes do carbono,” Natureza 412, 802 (2001).
4. Holt, J.K., Noy, A., Huser, T., Eaglesham, D., Bakajin, O. “Fabricação de um carbono nanotube-encaixou a membrana do nitreto de silicone para estudos do transporte em massa da nanômetro-escala,” Lett Nano. 2004, 4, 2245.
5. Constantopoulos, K.T., Tosquiador, C.J., Ellis, A.V., Voelcker, N.H., Shapter, J.G. do “nanotubes Carbono ancorou ao silicone para a fabricação do dispositivo,” os Materiais Avançados 21, 1-15 (2009).
6. Poh, Z., Flavel, B.S., Tosquiador, C.J., Shapter, J.G., Ellis, A.V. “Fabricação e comportamento eletroquímico dos eléctrodos vertical-alinhados do nanotube do carbono anexados covalently ao p-tipo silicone através de um enlace do thioester,” Mater. Lett. 63, 757-760 (2009).
7. Kolb, H.C., Finlandês, M.G., Sharpless, química Clique de K.B. do “: Função química Diversa de algumas boas reacções,” Angew. Chem. Int. Edite. 40, 2004-2021 (2001).

Copyright AZoNano.com, Dr. Amanda Ellis (Universidade do Flinders)

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

Last Update: 13. June 2013 23:36

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