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Green sonochemical synthesis, kinetics and functionalization of nanoscale anion exchange resins and their performance as water purification membranes.
Ultrasonics Sonochemistry ( IF 8.7 ) Pub Date : 2020-05-08 , DOI: 10.1016/j.ultsonch.2020.105163 Abhispa Sahu 1 , Rabia Sheikh 1 , Jordan C Poler 1
Ultrasonics Sonochemistry ( IF 8.7 ) Pub Date : 2020-05-08 , DOI: 10.1016/j.ultsonch.2020.105163 Abhispa Sahu 1 , Rabia Sheikh 1 , Jordan C Poler 1
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This paper reports on sonochemically catalyzed atom transfer radical polymerization (SONO-ATRP) polyelectrolyte synthesis and chain-end functionalization to single-walled carbon nanotubes (SWCNT). This all aqueous process is kinetically facile without use of initiator, or reducing agents and with very low concentrations of catalyst. The process achieves high functionalization density of polymer onto the SWCNTs. These functionalized nanoscale resins (NanoResins) exhibit high performance as fast and sustainable water purification materials. SONO-ATRP of vinyl benzyl trimethyl ammonium chloride (vbTMAC) was performed in aqueous medium resulting in short polyelectrolyte strands with high atom economy and high monomer conversions (93%) at room temperature using a thin probe sonicator (144Wcm-2, 20 kHz, for 4 h). Kinetics analysis showed first order kinetics with respect to monomer concentration in presence of or absence of sonication power. Low temperature SONO-ATRP functionalization of SWCNTs is achieved within two hours without added reducing agent while similar functionalization density using reducing agents without sonochemistry required 12 h under reflux conditions. Functionalized NanoResin membranes were tested against surrogate analyte and demonstrated high performance Thomas Model breakthrough curves with a maximum adsorption capacity of 139 ± 1 mgg-1 and water flux of 692 Lm-2h-1bar-1 at one atmosphere pressure. Moreover, these materials are easily regenerated and reused without loss of performance or degradation.
中文翻译：
纳米阴离子交换树脂的绿色声化学合成，动力学和功能化及其作为水净化膜的性能。
本文报道了声化学催化的原子转移自由基聚合（SONO-ATRP）聚电解质的合成和链端功能化到单壁碳纳米管（SWCNT）。无需使用引发剂或还原剂，并且催化剂浓度非常低，所有这些水性过程在动力学上都很容易。该方法实现了聚合物在SWCNT上的高官能化密度。这些功能化的纳米级树脂（NanoResins）作为快速且可持续的净水材料表现出高性能。使用稀探针超声仪（144Wcm-2，20 kHz， 4小时）。动力学分析显示在存在或不存在超声处理能力下，相对于单体浓度的一级动力学。不添加还原剂的情况下，SWCNTs的低温SONO-ATRP功能化可在两个小时内完成，而在没有回流的情况下，使用还原剂实现类似的功能化密度而无需进行声化学处理，则需要12小时。功能化的NanoResin膜针对替代分析物进行了测试，并显示了高性能的Thomas模型突破曲线，在一个大气压下的最大吸附容量为139±1 mgg-1，水通量为692 Lm-2h-1bar-1。而且，这些材料易于再生和再利用，而不会损失性能或降解。不添加还原剂的情况下，SWCNTs的低温SONO-ATRP功能化可在两个小时内完成，而在没有回流的情况下，使用还原剂实现类似的功能化密度而无需进行声化学处理，则需要12小时。功能化的NanoResin膜针对替代分析物进行了测试，并显示了高性能的Thomas模型突破曲线，在一个大气压下的最大吸附容量为139±1 mgg-1，水通量为692 Lm-2h-1bar-1。而且，这些材料易于再生和再利用而不会损失性能或降解。不添加还原剂的情况下，SWCNTs的低温SONO-ATRP功能化可在两个小时内完成，而在没有回流的情况下，使用还原剂实现类似的功能化密度而无需进行声化学处理，则需要12小时。功能化的NanoResin膜针对替代分析物进行了测试，并显示了高性能的Thomas模型突破曲线，在一个大气压下的最大吸附容量为139±1 mgg-1，水通量为692 Lm-2h-1bar-1。而且，这些材料易于再生和再利用，而不会损失性能或降解。功能化的NanoResin膜针对替代分析物进行了测试，并显示了高性能的Thomas模型突破曲线，在一个大气压下的最大吸附容量为139±1 mgg-1，水通量为692 Lm-2h-1bar-1。而且，这些材料易于再生和再利用，而不会损失性能或降解。功能化的NanoResin膜针对替代分析物进行了测试，并显示了高性能的Thomas模型突破曲线，在一个大气压下的最大吸附容量为139±1 mgg-1，水通量为692 Lm-2h-1bar-1。而且，这些材料易于再生和再利用，而不会损失性能或降解。
更新日期：2020-05-08
中文翻译：
纳米阴离子交换树脂的绿色声化学合成，动力学和功能化及其作为水净化膜的性能。
本文报道了声化学催化的原子转移自由基聚合（SONO-ATRP）聚电解质的合成和链端功能化到单壁碳纳米管（SWCNT）。无需使用引发剂或还原剂，并且催化剂浓度非常低，所有这些水性过程在动力学上都很容易。该方法实现了聚合物在SWCNT上的高官能化密度。这些功能化的纳米级树脂（NanoResins）作为快速且可持续的净水材料表现出高性能。使用稀探针超声仪（144Wcm-2，20 kHz， 4小时）。动力学分析显示在存在或不存在超声处理能力下，相对于单体浓度的一级动力学。不添加还原剂的情况下，SWCNTs的低温SONO-ATRP功能化可在两个小时内完成，而在没有回流的情况下，使用还原剂实现类似的功能化密度而无需进行声化学处理，则需要12小时。功能化的NanoResin膜针对替代分析物进行了测试，并显示了高性能的Thomas模型突破曲线，在一个大气压下的最大吸附容量为139±1 mgg-1，水通量为692 Lm-2h-1bar-1。而且，这些材料易于再生和再利用，而不会损失性能或降解。不添加还原剂的情况下，SWCNTs的低温SONO-ATRP功能化可在两个小时内完成，而在没有回流的情况下，使用还原剂实现类似的功能化密度而无需进行声化学处理，则需要12小时。功能化的NanoResin膜针对替代分析物进行了测试，并显示了高性能的Thomas模型突破曲线，在一个大气压下的最大吸附容量为139±1 mgg-1，水通量为692 Lm-2h-1bar-1。而且，这些材料易于再生和再利用而不会损失性能或降解。不添加还原剂的情况下，SWCNTs的低温SONO-ATRP功能化可在两个小时内完成，而在没有回流的情况下，使用还原剂实现类似的功能化密度而无需进行声化学处理，则需要12小时。功能化的NanoResin膜针对替代分析物进行了测试，并显示了高性能的Thomas模型突破曲线，在一个大气压下的最大吸附容量为139±1 mgg-1，水通量为692 Lm-2h-1bar-1。而且，这些材料易于再生和再利用，而不会损失性能或降解。功能化的NanoResin膜针对替代分析物进行了测试，并显示了高性能的Thomas模型突破曲线，在一个大气压下的最大吸附容量为139±1 mgg-1，水通量为692 Lm-2h-1bar-1。而且，这些材料易于再生和再利用，而不会损失性能或降解。功能化的NanoResin膜针对替代分析物进行了测试，并显示了高性能的Thomas模型突破曲线，在一个大气压下的最大吸附容量为139±1 mgg-1，水通量为692 Lm-2h-1bar-1。而且，这些材料易于再生和再利用，而不会损失性能或降解。
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