Síntesis y Reacción Química de tamaño nanométrico monosódico titanato

Resumen

The surfactant mediated sol-gel synthesis of nanosized monosodium titanate is described, along with preparation of the corresponding peroxide modified material. An ion-exchange reaction with Au(III) is also presented.

Resumen

En este trabajo se describe la síntesis y peróxido de modificación de titanato nanosize monosódico (nMST), junto con una reacción de intercambio de iones para cargar el material con iones Au (III). El método de síntesis se deriva de un proceso de sol-gel usado para producir micrones de tamaño monosódico titanato (MST), con varias modificaciones clave, incluyendo la alteración de las concentraciones de reactivos, la omisión de una etapa de semilla de partículas, y la introducción de un agente tensioactivo no iónico para facilitar el control de formación de partículas y el crecimiento. El material resultante presenta nMST morfología de las partículas de forma esférica con una distribución monodispersa de diámetros de partícula en el intervalo de 100 a 150 nm. Se encontró que el material de nMST a tener un área superficial de Brunauer-Emmett-Teller (BET) de 285 m ² g ^-1, que es más de un orden de magnitud más alto que el MST-micras de tamaño. El punto isoeléctrico de la nMST mide 3,34 unidades de pH, que es una unidad de pH más bajo que el medido para el micras de tamaño MST. Tque nMST se encontró material a servir como un intercambiador de iones eficaz bajo condiciones débilmente ácidas para la preparación de un Au (III) nanotitanate -Tema. Además, la formación de la correspondiente peroxotitanate se demostró mediante la reacción del nMST con peróxido de hidrógeno.

Introducción

Titanatos de dióxido de titanio y de metales alcalinos se utilizan ampliamente en una variedad de aplicaciones tales como pigmentos en pinturas y productos de cuidado de la piel y como fotocatalizadores en la conversión de energía y la utilización. ^1-3 titanatos de sodio han demostrado ser materiales eficaces para eliminar una variedad de cationes en un amplio intervalo de condiciones de pH a través de reacciones de intercambio de cationes. ^4-7

Además de las aplicaciones que acaban de describirse, micrones de tamaño titanatos de sodio y peroxotitanates sodio recientemente se ha demostrado que sirva también como una plataforma de suministro de metal terapéutico. En esta aplicación, los iones metálicos terapéuticos tales como Au (III), Au (I), y Pt (II) se intercambian por los iones de sodio de titanato monosódico (MST). Las pruebas in vitro con los titanatos intercambiadas con metales nobles indican supresión de el crecimiento del cáncer y las células bacterianas por un mecanismo desconocido. ^8,9

Históricamente, titanatos de sodio han seren producido usando tanto técnicas sintéticas hidrotermales resultantes en polvos finos con tamaños de partícula que van desde unos pocos a varios cientos de micras de sol-gel y. ^4,5,10,11 Más recientemente, métodos de síntesis se ha informado que produce dióxido de titanio nanosize, metales óxidos de titanio dopados, y una variedad de otros titanatos de metal. Los ejemplos incluyen los nanotubos de óxido de titanio de sodio (NaTONT) o nanocables por reacción de dióxido de titanio en hidróxido de sodio en exceso a temperatura y presión elevadas, ^12-14 de sodio de titanato de nanofibras mediante la reacción de ácido peroxotitanic con hidróxido de sodio en exceso a temperatura elevada y presión, ¹⁵ y sodio y nanofibras de delaminación de titanatos-ácido intercambiado micras de tamaño de cesio titanato. ¹⁶

La síntesis de titanatos nanosize de sodio y peroxotitanates de sodio es de interés para mejorar la cinética de intercambio iónico, que normalmente están controladas por difusión película o diffu intrapartículasión. Estos mecanismos están controlados en gran medida por el tamaño de partícula del intercambiador de iones. Además, como una plataforma de suministro de metal terapéutico, se espera que el tamaño de partícula del material de titanato de afectar significativamente a la naturaleza de la interacción entre el titanato intercambiadas con metales y el cáncer y células bacterianas. Por ejemplo, las células bacterianas, que son típicamente del orden de 0,5 a 2 micras, probablemente tendrían diferentes interacciones con partículas de tamaño micrón frente a partículas nanométricas. Además, las células eucariotas no fagocíticas se han mostrado sólo para internalizar partículas con un tamaño de menos de 1 micra. ¹⁷ Por lo tanto, la síntesis de titanatos de sodio de tamaño nanométrico también es de interés para facilitar la entrega de metal y la captación celular de la plataforma de entrega de titanato. La reducción del tamaño de titanatos de sodio y peroxotitanates también aumentará la capacidad efectiva en las separaciones de iones de metales y mejorar las propiedades fotoquímicas del material. ^{16,18 <}/ sup> Este documento describe un protocolo desarrollado para sintetizar nanosize monosódico titanato (nMST) en condiciones de sol-gel suaves ¹⁹ La preparación del peróxido correspondiente modificado nMST.; junto con una reacción de intercambio de iones para cargar el nMST con Au (III) también se describen.

Protocolo

1. Síntesis de titanato de Nano-monosódico (nMST)

1. Preparar 10 ml de la solución # 1 mediante la adición de 0,58 ml de solución de metóxido de sodio al 25% en peso a 7,62 ml de isopropanol, seguido de 1,8 ml de isopropóxido de titanio.
2. Preparar 10 ml de la solución # 2 mediante la adición de 0,24 ml de agua ultrapura a 9,76 ml de isopropanol.
3. Añadir 280 ml de isopropanol en un matraz de fondo redondo de 3 bocas de 500 ml, seguido de 0,44 ml de Triton X-100 (PM medio: 625 g / mol). Agitar bien la solución con una barra de agitación magnética.
4. Preparar una bomba de jeringa doble canal para entregar soluciones # 1 y # 2 a una velocidad de 0,333 ml / min.
5. soluciones de carga # 1 y # 2 en dos jeringas de 10 ml separados y provistos de un tramo de tubo que va a permitir la entrega de la solución de la bomba de jeringa por debajo del nivel de la solución en el matraz de fondo redondo de 500 ml.
6. Mientras se agita, añadir todas las soluciones # 1 y # 2 (10 ml cada una) a la reacción, mediante la bomba de jeringa programado en el paso 1.4.
7. Después de la adición es completa, la tapa el matraz y se continúa agitando durante 24 horas a RT.
8. Destape el matraz y calentar la mezcla de reacción a ~ 82 ° C (isopropanol a reflujo) para 45 a 90 min, seguido de purga con nitrógeno mientras se mantiene el calentamiento. A medida que se evapora el isopropanol, añadir agua ultrapura forma intermitente para sustituir el isopropanol se evaporó.
9. Después de la mayor parte del isopropanol se haya evaporado y el volumen de agua añadida es de aproximadamente 50 ml, eliminar el calor y permitir que la mezcla de reacción se enfríe.
10. Recoger el producto por filtración a través de un papel de filtro de nylon 0,1-m, y se lava varias veces con agua para eliminar el tensioactivo y cualquier isopropanol residual. No filtrar a sequedad. Después del lavado se ha completado, la transferencia de la suspensión del filtro en una botella o vial previamente pesado, y almacenar como una suspensión acuosa.
11. Determinar el rendimiento mediante la determinación de los sólidos por ciento en peso de la suspensión. Esto se puede hacer midiendo el peso de una parte alícuota dela suspensión antes y después del secado.

2. Au (III) de intercambio iónico

1. Transferir 6,50 g de 4,23% en peso de suspensión nMST a un tubo de centrífuga de 50 ml. Esta cantidad puede variar en función del porcentaje en peso real de la suspensión producida en la etapa nMST 1.10 y determinada en la etapa 1.11.
2. Pesar 0,0659 g de _HAuCl4 · 3H _{2 O} en un vial de vidrio de 1 dram. El objetivo Ti: relación de masa Au es 4: 1.
3. Se disuelve el _HAuCl4 · 3H ₂ O en ~ 1 ml de agua, a continuación, transferir al tubo de centrífuga que contiene la nMST. Enjuague las envase varias veces con agua adicional para asegurar que todos los _HAuCl4 · 3H _{2 O} es transferida al tubo de centrífuga que contiene el nMST.
4. Se diluye la suspensión con agua adicional, según sea necesario, para llevar el volumen total a 11 ml. Objetivo a una concentración final Au (III) de aproximadamente 15 mM.
5. Envolver el tubo de centrífuga en papel de aluminio para mantener la suspensión en la oscuridad, unad continuación, secar la suspensión en un asador agitador durante un mínimo de 4 días.
6. Recoger el producto por centrifugación a 3000 xg durante 15 min para aislar los sólidos. Lavar los sólidos tres veces con agua destilada mediante redispersión en agua, y reaislar por centrifugación a 3000 xg durante 15 min para eliminar cualquier Au unexchanged (III).
7. Almacenar el producto final, ya sea como una suspensión acuosa mediante redispersión en agua, o como un sólido húmedo por decantación el agua de lavado final y taponado del tubo. Almacenar el producto en la oscuridad.

3. Preparación de la Peroxotitanate

1. Transferencia de 5 g de una suspensión de 9,8% en peso de nMST a un pequeño matraz.
2. Pesar 0,154 g de solución al 30% en peso de H _{2 O 2.} El H _{2 O 2} de destino: relación molar Ti es 0,25: 1.
3. Mientras se agita la suspensión nMST bien añadir el 0,154 g de H _{2 O 2} solución gota a gota. Al H ₂ O ₂ Además, la suspensión de WHIsólidos de te convierte inmediatamente amarilla.
4. Después de que la adición es completa la reacción se agita a temperatura ambiente durante 24 hr.
5. Recoger el producto por filtración a través de un filtro de nylon 0,1-m, y se lava varias veces con agua para eliminar cualquier H sin reaccionar ₂ O _2. No filtrar a sequedad. Después del lavado se ha completado, la transferencia de la suspensión del filtro en una botella o vial previamente pesado, y almacenar como una suspensión acuosa.

Resultados

MST se sintetiza utilizando un método de sol-gel en la que (IV) (TIPT) se combinan, metóxido de sodio, y agua tetraisopropoxititanio y se hace reaccionar en isopropanol para formar partículas de siembra de MST. ⁴ partículas de tamaño micrométrico se cultivan mediante la adición controlada de adicional cantidades de los reactivos. Las partículas resultantes tienen un núcleo amorfo y una región fibrosa externa que tiene dimensiones de aproximadamente 10 nm de ancho por 50 nm de longitud. ²⁰...

Discusión

La presencia de agua procedente del exterior, por ejemplo a partir de reactivos impuros, puede alterar el resultado de la reacción, lo que lleva a las partículas más grandes o más polidispersos. Por lo tanto, se debe tener cuidado para asegurar que se utilizan reactivos secos. El isopropóxido de titanio y metóxido de sodio deben ser almacenados en un desecador cuando no esté en uso. isopropanol de alta pureza también se debe utilizar para la síntesis.

Se encontró Temperatura a dese...

Materiales

Name	Company	Catalog Number	Comments
Titanium(IV) isopropoxide	Sigma Aldrich	377996	99.999% trace metals basis
Isopropyl alcholol, 99.9%	Sigma Aldrich	650447	HPLC grade (Chomasolv)
Sodium methoxide in methanol	Sigma Aldrich	156256	25 wt%
Triton X-100	Sigma Aldrich	T9284	BioXtra
hydrogen tetrachloroaurate(III) trihydrate	Sigma Aldrich	G4022	ACS reagent grade
hydrogen peroxide (30 wt%)	Fisher	H325	Certified ACS
10-ml syringes	Fisher	14-823-16E
Dual channel syringe pump	Cole Parmer	EW-74900-10	Or equivalent programmable dual channel syringe pump
Tygon tubing 1/8 inch ID, 1/4 inch OD	Cole Parmer	EW-0640776
Tygon tubing 1/16 inch ID, 1/8 inch OD	Cole Parmer	EW-0740771
0.1-µm Nylon filter	Fisher	R01SP04700
Labquake shaker rotisserie	Thermo Scientific	4002110Q