Vat viser sig at være effektiv til at adskille enkeltvæggede kulstofnanorør

Carbon nanorør (CNT) er en familie af 1D nanostrukturer med adskillige verificerede applikationer, muliggjort på grund af deres fremragende mekaniske, optiske og ledende egenskaber. Imidlertid, anvendelse af CNT'er hæmmes af tilstedeværelsen af ​​arter med forskellige strukturer i råproduktionsblandingen, som slører unikke egenskaber ved individuelle arter.

Der er forskellige metoder til at adskille CNT'er, men de er svære at opskalere, primært på grund af de høje omkostninger ved de involverede reagenser. Især de fleste af disse metoder blev oprindeligt udviklet til at sortere proteiner, og blev først for nylig vedtaget til at adskille CNT'er.

I denne avis, forfatterne foreslår en ny, omkostningseffektiv adskillelsesmetode, velegnet til industriel skalabehandling af CNT'er. Adskillelsesmetoden er baseret på at lede CNT'ernes overfladeaktive opløsning gennem en søjle fyldt med kemisk modificeret vat.

En af de eksisterende adskillelsesmetoder, omtalt som selektiv gelpermeation, i sin essens er en grundlæggende søjlekromatografi. Nemlig CNTs overfladeaktive opløsning ledes gennem en søjle, fyldt med perleformede geler af agarose og/eller dextran med handelsnavnene Sepharose og Sephacryl. Både agarose og dextran er polysaccharider fremstillet af glucose eller glucose-lignende bygningsenheder. Cellulose er et naturligt polysaccharid, der består af de samme strukturelle enheder. Dette er grunden til, at holdet besluttede at prøve dette materiale som søjlefyldstof til selektiv gennemtrængning.

Bomuld er naturlig cellulose, besidder stort overfladeareal på grund af den fibrøse struktur. Medforfatter Timur Khamidullin, en ph.d. studerende i Ayrat Dimievs gruppe (Laboratory of Advanced Carbon Nanomaterials, Kazan Federal University) gjorde det første forsøg med naturlig bomuldsuld købt på et lokalt apotek. På trods af lav sorteringseffektivitet, der var noget registreret adskillelse, dvs. bomuld arbejdede som søjlefyld. Inspireret af resultatet, Ayrat Dimiev besluttede at modificere vattet kemisk for at ændre dens kemiske natur. Resultaterne var endnu højere end forventningerne:dette gav meget bedre adskillelseseffektivitet fra det første forsøg. Det tog endnu et halvt år af den kollektive gruppes indsats for at finjustere både kemisk modifikation af bomuld, og de overfladeaktive stoffers forhold i dispergerings- og elueringsopløsninger.

Brugen af ​​modificeret vat gjorde det muligt at opnå et adskillelsesniveau, som aldrig før blev rapporteret for tubale CNT'er. Ud over, modificeret vat er omkring 200 gange billigere end agarose- og dextran-baserede hydrogeler, anvendes i øjeblikket i den selektive gelpermeationsseparationsmetode. Metodens skalerbarhed er kun begrænset af diameteren af ​​separationskolonnen.

Det vigtigste bidrag til arbejdet blev leveret af gruppeleder Ayrat Dimiev, Ph.D. studerende Timur Khamidullin, og postdocs Shamil Galyaltdinov og Artur Khannanov.

I råproduktionsblandingen, CNT'er af forskellige strukturer og egenskaber slører hinandens værdi. Industriel efterspørgsel efter adskilte CNT'er vil dukke op og vokse i de kommende år. CNT'er med metallisk ledningsevne kan bruges i fleksible transparente ledende film og endda potentielt erstatte metaller i ledninger. Halvledende CNT'er kan bruges som transistorer og som platforme til billeddannelse og målrettet lægemiddellevering på grund af deres distinkte og unikke emission i IR-regionen. Dermed, effektive metoder til adskillelse af rå CNT-produktionsblandinger ville øge anvendelsen af ​​CNT'er på et nyt videnskabeligt og teknologisk niveau. I øvrigt, tilgængeligheden af ​​færdiglavede adskilte nanorør vil anspore søgningen efter nye retninger for deres anvendelse.

Hovedområdet for det fremtidige arbejde er yderligere at øge effektiviteten af ​​separation ved at finjustere separationsprocesparametrene og strukturen af ​​det modificerede vat. Den optimale struktur af den modificerede bomuldsuld og betingelserne for dens produktion er stadig ikke fuldt ud forstået; dette spørgsmål skal løses fuldt ud. Efter dette er opnået, processen skal skaleres til industrielle mængder, og adskilte nanorør med forskellige typer ledningsevne bør testes for praktiske løsninger.

Bladet er gjort tilgængeligt online og forventes at udkomme på tryk i juni 2021.