JoVE Logo
Authors
Contact Us

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • النتائج
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

تم إعداد تعليق متناهية الصغر من هيدروكسيد الألومنيوم من خلال المعايرة التي تسيطر عليها [آل (H 2 O)] 3+ مع L- أرجينين لدرجة الحموضة 4.6 مع وبدون قفص تأثير الحبس داخل القنوات ميسوبورووس من مسم-41.

Abstract

تم تركيب معلق مائي ل نانوجيبزيت عن طريق معايرة حمض أكوا الألومنيوم [آل (H 2 O) 6 ] 3+ مع L- أرجينين إلى الرقم الهيدروجيني 4.6. وبما أن التحلل المائي لأملاح الألومنيوم المائية يعرف بأنه ينتج مجموعة واسعة من المنتجات ذات مجموعة واسعة من توزيعات الحجم، فإن مجموعة متنوعة من الأدوات المتطورة ( أي 27 آل / 1 H نمر، فتير، إيكب-أوس ، و تيم-إدكس، و زس، و زرد، و بيت) لتوصيف منتجات التوليف وتحديد المنتجات الثانوية. تم عزل المنتج، الذي كان يتألف من الجسيمات النانوية (10-30 نانومتر)، باستخدام تقنية كروماتوجرافي تخلل هلام (غك) العمود. تحويل فورييه الأشعة تحت الحمراء (فتير) الطيفي ومسحوق حيود الأشعة السينية (بسرد) تحديد المواد المنقى كما بوليبورف جيبسيت من هيدروكسيد الألومنيوم. إضافة الأملاح غير العضوية (على سبيل المثال ، كلوريد الصوديوم) تسببت في زعزعة استقرار الكهرباء من تعليق، وبالتالي تكتل الجسيمات النانوية إلى ييلد آل (أوه) 3 تترسب مع أحجام الجسيمات الكبيرة. من خلال استخدام الطريقة الاصطناعية الجديدة الموصوفة هنا، تم تحميل آل (أوه) 3 جزئيا داخل الإطار ميسوبورووس أمر للغاية من مسم-41، مع متوسط ​​أبعاد المسام 2.7 نانومتر، وإنتاج مادة ألومينوسيليكات مع كل من ثماني السطوح ورباعي السطوح آل (O ح / T d = 1.4). وكان مجموع المحتوى، قياس باستخدام طيف الأشعة السينية تشتت الطاقة (إدكس)، 11٪ ث / ث مع نسبة سي / آل مولار 2.9. وأظهرت مقارنة بين إدكس السائبة مع التحليل السطحي الضوئية الأشعة السينية (زس) التحليل البصري نظرة ثاقبة في توزيع آل داخل مادة ألومينوسيليكات. وعلاوة على ذلك، لوحظت نسبة أعلى من سي / آل على السطح الخارجي (3.6) بالمقارنة مع الجزء الأكبر (2.9). تقريب نسب O / آل تشير إلى وجود تركيز أعلى من آل (O) 3 و آل (O) 4 مجموعات بالقرب من الأساسية والسطح الخارجي، على التوالي. ينتج التوليف الذي تم تطويره حديثا من ال مسم-41مرتفعة نسبيا المحتوى مع الحفاظ على سلامة إطار السيليكا أمر ويمكن استخدامها للتطبيقات حيث المائية أو اللامائية آل 2 O 3 النانوية هي مفيدة.

Introduction

المواد المصنوعة من هيدروكسيد الألومنيوم هي مرشحات واعدة لمجموعة متنوعة من التطبيقات الصناعية، بما في ذلك الحفز، والمستحضرات الصيدلانية، ومعالجة المياه، ومستحضرات التجميل. 1 ، 2 ، 3 ، 4 في درجات الحرارة المرتفعة، يمتص هيدروكسيد الألومنيوم قدرا كبيرا من الحرارة أثناء التحلل لانتاج الألومينا (آل 2 O 3 )، مما يجعله عاملا مثبطا للهب. 5 وقد تم التحقيق في الأشكال الأربعة المعروفة من هيدروكسيد الألومنيوم ( أي ، جيبزيت، البيريت، نوردسترانديت، ودويليت) باستخدام تقنيات حسابية وتجريبية لتحسين فهمنا لتشكيل وهياكل منها 6 . إعداد الجسيمات النانوية ذات أهمية خاصة نظرا لقدرتها على إظهار الآثار الكمومية وخصائص تختلف عن تلك التي ثي(2). الجسيمات نانوجيبسيت مع أبعاد على أمر من 100 نانومتر يتم إعدادها بسهولة في ظل ظروف مختلفة 7 ، 8 ، 9 ، 10 ، 11 ، 12 ، 13 ، 14 .

ومن الصعب التغلب على التحديات المتأصلة المرتبطة بتقليل حجم الجسيمات؛ وبالتالي، توجد فقط عدد قليل من الحالات حيث الجسيمات نانوجيبسيت لها أبعاد على الترتيب من 50 نانومتر. 14 ، 15 ، 16 ، 17 على حد علمنا، لم تكن هناك تقارير عن الجسيمات نانوجيبسيت أصغر من 50 نانومتر. ويعزى ذلك جزئيا إلى أن الجسيمات النانوية تميل إلى التكتل بسبب عدم الاستقرار الكهروستاتيكيوالاحتمال الكبير لتشكيل الروابط الهيدروجينية بين الجسيمات الغروية، وخاصة في المذيبات البروتيية القطبية. وكان هدفنا هو تجميع الجزيئات النانوية الصغيرة (أوه) 3 باستخدام المكونات والسلائف الآمنة حصريا. في العمل الحالي، تم تثبيط تجميع الجسيمات المائية من خلال دمج الأحماض الأمينية ( أي L- أرجينين) كمخزن مؤقت ومثبت. وعلاوة على ذلك، أفيد أن غانيدينيوم التي تحتوي على أرجينين منعت نمو هيدروكسيد الألومنيوم الجسيمات والتجميع لانتاج تعليق الغروية المائية مع متوسط ​​أحجام الجسيمات من 10-30 نانومتر. ومن المقترح هنا أن خصائص أمفوتيريك و زويتيريونيك من أرجينين تخفيف تهمة سطح جزيئات الألومنيوم هيدروكسيد خلال التحلل المائي الخفيف لنمو الجسيمات الاستياء وراء 30 نانومتر. على الرغم من أن أرجينين لم يكن قادرا على خفض حجم الجسيمات أقل من 10 نانومتر، تم تحقيق هذه الجسيمات من خلال الاستفادة من "القفص" تأثير الحبس خفة دمهين ميسوبوريس من مسم-41. توصيف المواد المركبة مسم-41 كشفت متناهية الصغر الألومنيوم هيدروكسيد النانوية داخل السيليكا ميسوبورووس، التي لديها متوسط ​​حجم المسام 2.7 نانومتر.

Protocol

1. آل (أوه) 3 الجسيمات النانوية توليف

  1. حل 1.40 غرام من كلوريد الألومنيوم هيكساهيدرات في 5.822 غرام من الماء منزوع الأيونات.
  2. إضافة 2.778 غرام من L- أرجينين إلى محلول كلوريد الألومنيوم مائي بينما تحت التحريك المغناطيسي. إضافة L- أرجينين ببطء، بحيث يذوب أرجينين المضافة ولا تشكل كتل كبيرة أو قطع. وعلاوة على ذلك، إضافة بطيئة يقلل من تركيزات المحلية من القلوية ويوفر الظروف للتحلل المائي أكثر قابلية للتحكم.
  3. مرة واحدة كل أرجينين يذوب في الحل، وتسخين الحل لمدة 72 ساعة في 50 درجة مئوية. عند هذه النقطة، قد يظهر الحل كما تعليق غائم.

2. ترسب آل (أوه) 3 مع كلوريد الصوديوم

  1. إعداد عمود غك الذي هو 49 في طويلة و 1.125 في القطر. حزمة هلام في خطوات متتالية من إضافة هلام والسماح للمياه لتتدفق من خلال العمود لضمان التعبئة المناسبة، مع الحد الأدنى من الفضاء بين الخرز هلام. حزمةهلام إلى حوالي 80٪ من العمود؛ كمية من هلام معبأة يختلف في كل مرة ويؤثر فقط على وقت الاحتفاظ من الأنواع المفصولة.
  2. إدخال 10 مل من آل-أوه ( 3 ) تعليق جسيمات متناهية الصغر تجميعها (أعدت في الخطوة 1.3) في العمود باستخدام مضخة هبلك مع حلقة 10 مل حاقن. مخصص جعل حلقة حاقن باستخدام أنابيب مع قطر خارجي من حوالي 0.125 في وطول يتم معايرة لتقديم 10 مل من عينة حقن.
  3. جمع شطف العمود في فترات مرتبطة مع موقع الذروة دري. قم بتوصيل خرج غك بإدخال كاشف مؤشر الانكسار التفاضلي (دري).
    ملاحظة: كما فصل الأنواع يخرج من المؤتمر الشعبي العام، فإنها تظهر على كاشف دري كذروة ويتم جمعها ثم في 125 مل زجاجات. ينتج عمود غك قممتين تم حلهما بشكل جيد، ويتم جمعهما وتحليلهما باستخدام كروماتوغرافيا الاستبعاد (سيك) وتحليل العناصر (إي) لتمييز أرجينين من الألومنيومCIES. ويعتمد الحجم الكلي الذي تم جمعه على حجم عمود غك، والمبلغ الإجمالي لمواد التعبئة المستخدمة، ومعدل تدفق الماء منزوع الأيونات المستخدم في عمود العمود.
    1. جمع غالبية ذروة 1 جزء أكثر من 100 دقيقة بمعدل تدفق 0.2 مل / دقيقة.
    2. جمع فصيحة في فترات 30 دقيقة مرة واحدة تظهر الذروة على كاشف ري من العمود غك.
      ملاحظة: تغيير نطاق الفاصل سيغير تركيز ونقاوة الناتجة المنقي الذروة 1 المواد. فمن الأفضل لجمع فترات صغيرة من الذروة في البداية لتحديد أي جزء يحتوي على أعلى تركيز ونقاء الذروة 1 الأنواع لعمود معين.
  4. إعداد 1٪ بالوزن من كلوريد الصوديوم.
  5. إضافة محلول كلوريد الصوديوم أعدت قطرة قطرة إلى 10 مل من تنقية (أوه) 3 الجسيمات النانوية. لا يتم استخدام المواد التي أعدت باستخدام هطول الأمطار كلوريد الصوديوم لمزيد من التجارب.

3. إعداد آل مسم-41

  1. ميلانتيفات ما يقرب من 1.0 غرام من مسم-41 في 120 درجة مئوية تحت فراغ لمدة 3 ساعات في فرن فراغ.
  2. إعداد 50.0 غرام من محلول كلوريد الألومنيوم من خلال الجمع بين 9.6926 غرام من ألكل 3 · 6H 2 O مع 40.3074 غرام من الماء منزوع الأيونات.
  3. إضافة 0.7 غرام من مسم-41 المنشط إلى 50.0 غرام من محلول كلوريد الألومنيوم (أعدت في الخطوة 3.2).
  4. السماح الوقت المناسب خلط (1 ساعة) لضمان تجانس ألكل 3 منتشرة في جميع أنحاء قنوات مسم-41.
  5. إضافة L- أرجينين إلى خليط غير متجانسة إلى نسبة أرغ / آل مولار من 2.75 تحت التحريك المغناطيسي. وبالمثل إلى الخطوة 1.2، إضافة أرجينين ببطء بما فيه الكفاية وذلك للسماح تتشكل على الفور فلوكولاتس إلى ريديسولف والحد من تراص من أرجينين قبل مواصلة إضافة.
  6. مرة واحدة متجانسة، وتسخين الخليط في 50 درجة مئوية لمدة 72 ساعة.
  7. تصفية الحل غير المتجانسة التي تم الحصول عليها باستخدام قمع بوشنر، تحت فراغ ومجهزة نوعية 90 ملم تصفية الدوائر الورقية(أو أي أوراق تصفية أخرى مناسبة).
  8. غسل مسحوق أبيض تصفيتها مع الماء منزوع الأيونات الزائدة لضمان إزالة كلوريد الألومنيوم غير المتفاعل، أرجينين، أو المنتجات الثانوية للذوبان في الماء من إنتاج المادة مسم-41.

النتائج

نانوجيبزيت توليف

تم تحضير نانوجيبسيت من خلال معايرة ألكل 3 · 6H 2 O (14٪ بالوزن) مع L- أرجينين إلى نسبة أرغ / آل مولار النهائية من 2.75. تم رصد توليف جسيمات نانوجيبسيت عن طريق سيك ، وهو تق?...

Discussion

استلزم تحضير محلول كلوريد ألومنيوم مائي استخدام ملح سداسي هيدرات بلوري من كلوريد الألومنيوم. على الرغم من أن شكل اللامائية يمكن أن تستخدم أيضا، فإنه لا يفضل بسبب خصائص استرطابي كبيرة، مما يجعل من الصعب العمل مع والسيطرة على تركيز الألومنيوم. ومن الجدير بالذكر أنه يج...

Disclosures

الكتاب ليس لديهم ما يكشف.

Acknowledgements

المؤلفين تعرب عن تقديرها للدكتور توماس ج. إمج ووي ليو من جامعة روتجرز لتحليلها والخبرة في زاوية صغيرة حيود الأشعة السينية ومسحوق حيود الأشعة السينية. وعلاوة على ذلك، يعترف المؤلفون هاو وانغ لدعمه مع N2 التجارب الامتزاز.

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
aluminum chloride hexahydrateAlfa Aesar12297
L-arginineBioKyowaN/A
aluminum hydroxideSigma Aldrich239186
Bio-Gel P-4 GelBio-Rad150-4128
Mesoporous siica (MCM-41 type)Sigma Aldrich643645

References

  1. Laden, K. . Antiperspirants and Deodorants. , (1999).
  2. Kumara, C. K., Ng, W. J., Bandara, A., Weerasooriya, R. Nanogibbsite: Synthesis and characterization. J. Colloid Interface Sci. 352 (2), 252-258 (2010).
  3. Demichelis, R., Noel, Y., Ugliengo, P., Zicovich-Wilson, C. M., Dovesi, R. Physico-Chemical Features of Aluminum Hydroxides As Modeled with the Hybrid B3LYP Functional and Localized Basis Functions. J.Phys. Chem. C. 115 (27), 13107-13134 (2011).
  4. Elderfield, H., Hem, J. D. The development of crystalline structure in aluminum hydroxide polymorphs on ageing. Mineral. Mag. 39, 89-96 (1973).
  5. Wang, S. L., Johnston, C. T. Assignment of the structural OH stretching bands of gibbsite. Am. Mineral. 85, 739-744 (2000).
  6. Balan, E., Lazzer, M., Morin, G., Mauri, F. First-principles study of the OH-stretching modes of gibbsite. Am. Mineral. 91 (1), 115-119 (2006).
  7. Scherrer, P. Bestimmung der Grosse und der inneren Struktur von Kolloidteilchen mittels Rontgenstrahlen . Gottingen. 26, 98-100 (1918).
  8. Langford, J. I., Wilson, A. J. C. Scherrer after sixty years: a survey and some new results in the determination of crystallite size. J. Appl. Cryst. 11 (2), 102-113 (1978).
  9. Swaddle, T. W., et al. Kinetic Evidence for Five-Coordination in AlOH(aq)2+ Ion. Science. 308 (5727), 1450-1453 (2005).
  10. Casey, W. H. Large Aqueous Aluminum Hydroxide Molecules. Chem. Rev. 106 (1), 1-16 (2006).
  11. Lutzenkirchen, J., et al. Adsorption of Al13-Keggin clusters to sapphire c-plane single crystals: Kinetic observations by streaming current measurements. Appl. Surf. Sci. 256 (17), 5406-5411 (2010).
  12. Mokaya, R., Jones, W. Efficient post-synthesis alumination of MCM-41 using aluminum chlorohydrate containing Al polycations. J. Mater. Chem. 9 (2), 555-561 (1999).
  13. Brunauer, S., Deming, L. S., Deming, W. E., Teller, E. On a Theory of the van der Waals adsorption of gases. J. Am. Chem. Soc. 62 (7), 1723-1732 (1940).
  14. Kresge, C. T., Leonowicz, M. E., Roth, W. J., Vartuli, J. C., Beck, J. S. Ordered mesoporous molecular sieves synthesized by a liquid-crystal template mechanism. Nature. 359 (6397), 710-712 (1992).
  15. Zeng, Q., Nekvasil, H., Grey, C. P. Proton Environments in Hydrous Aluminosilicate Glasses: A 1H MAS, 1H/27Al, and 1H/23Na TRAPDOR NMR Study. J. Phys. Chem. B. 103 (35), 7406-7415 (1999).
  16. Kao, H. M., Grey, C. P. Probing the Bronsted and Lewis acidity of zeolite HY: A 1H/27Al and 15N/27Al TRAPDOOR NMR study of mono-methylamine adsorbed on HY. J. Phys. Chem. 100 (12), 5105-5117 (1996).
  17. DeCanio, E. C., Edwards, J. C., Bruno, J. W. Solid-state 1H MAS NMR characterization of γ-alumina and modified γ-aluminas. J. Catal. 148 (1), 76-83 (1994).
  18. Shafran, K. L., Deschaume, O., Perry, C. C. The static anion exchange method for generation of high purity aluminium polyoxocations and monodisperse aluminum hydroxide nanoparticles. J. Mater. Chem. 15 (33), 3415-3423 (2005).
  19. Vogels, R. J. M. J., Kloprogge, J. T., Geus, J. W. Homogeneous forced hydrolysis of aluminum through the thermal decomposition of urea. J. Colloid Interface Sci. 285 (1), 86-93 (2005).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

123 27

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved