כימית סינתזת תגובה של nanosize מונוסודיום Titanate

Summary

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.

Abstract

מאמר זה מתאר את הסינתיזה-שינוי חמצן של titanate גלוטמט nanosize (nMST), יחד עם תגובת יון-חילופי לטעון את החומר עם Au יונים (III). שיטת הסינתזה נגזרה תהליך סול ג'ל המשמש לייצור titanate גלוטמט מיקרון בגודל (MST), עם כמה שינויים מרכזיים, ובם שינוי ריכוזים מגיבים, השמטת צעד זרע חלקיקים, החדרה פעילה שטח בלתי יוני כדי להקל את השליטה היווצרות וצמיחת חלקיקים. חומר nMST כתוצאת מפגין מורפולוגיה חלקיקים כדורית בצורה עם חלוקת monodisperse בקטרי חלקיקים נעו בין 100 ל 150 ננומטר. חומר nMST נמצא שטח פן Brunauer-אמט-טלר (BET) של 285 מ ^'2 g ^-1, וזה יותר ממה בסדר גודל גבוה יותר מאשר MST בגודל מיקרון. הנקודה איזואלקטרית של nMST נמדד 3.34 יחידות pH, שהיא יחידה pH נמוך מזה שנמדד עבור בגודל מיקרון MST. Tהוא nMST החומר נמצא לשמש מחליף יונים יעיל בתנאים חומצי חלש עבור הכנת nanotitanate Au (III) -exchange. בנוסף, היווצרות של peroxotitanate המקביל הודגם על ידי תגובה של nMST עם מי חמצן.

Introduction

Titanates תחמוצת טיטניום מתכת אלקלית נמצא בשימוש נרחב במגוון הרחב של יישומים כגון פיגמנטים של צבעים וחומרי טיפוח עור וכתוצאת photocatalysts בגיור וניצול אנרגיה. ^1-3 titanates נתרן הוכח להיות חומרים יעילים להסרת מגוון של קטיונים על פני טווח רחב של מצבי pH באמצעות תגובות קטיוני. ^4-7

בנוסף היישומים פשוט תאר, מיקרון בגודל titanates נתרן peroxotitanates נתרן לאחרונה הוכח גם לשמש פלטפורמת משלוח המתכת טיפולית. ביישום זה, יונים של מתכות טיפוליות כגון Au (III), Au (I), ו Pt (II) הם החליפו עבור יוני נתרן של titanate גלוטמט (MST). בדיקות במבחנה עם titanates מתכת-החליפו אצילי מצביעים דיכוי הצמיחה של תאים סרטניים או חיידקים ידי המנגנון ידוע. ^8,9

מבחינה היסטורית, titanates נתרן יש להיותen מיוצר באמצעות טכניקות סינטטיות סול ג'ל הידרותרמיות הן וכתוצאה מכך אבקות בסדר עם גדלים של חלקיקים הנעים בין כמה לכמה מאה מיקרונים. ^4,5,10,11 לאחרונה, שיטות סינטטיות דווחו שייצרה תחמוצת טיטניום nanosize, חלקי מתכת תחמוצות טיטניום מסוממים, וכן מגוון של titanates מתכת האחרת. דוגמאות כולל צינורות תחמוצת טיטניום נתרן (NaTONT) או nanowires מתגובה של תחמוצת טיטניום ב סודיום הידרוקסיד עודף בטמפרטורה ולחץ גבוהים, ^12-14 nanofibers titanate נתרן מתגובה של חומצת peroxotitanic עם סודיום הידרוקסיד עודף בטמפרטורה ולחץ גבוהים, ¹⁵ ונתרן ו nanofibers titanate צזיום ידי delamination של titanates חומצה החליפו מיקרון בגודל. ¹⁶

הסינתזה של titanates נתרן nanosize ונתרן peroxotitanates הוא עניין לשפר קינטיקה חילוף יונים, אשר נשלטים בדרך כלל על ידי דיפוזיה הסרט או diffu intraparticleשיאון. מנגנונים אלה נשלטים במידה רבה על ידי גודל החלקיקים של מחליפי יונים. בנוסף, כפלטפורמת משלוח המתכת טיפולית, גודל חלקיקים של חומר titanate יהיה צפוי להשפיע על אופי משמעותי של האינטראקציה בין titanate-החליף מתכת סרטן תאים חיידקיים. לדוגמא, תאים חיידקיים, שהן בדרך כלל בסדר גודל של 0.5 - 2 מיקרומטר, עלולים להביא אינטראקציות שונות עם חלקיקים בגודל מיקרון לעומת חלקיקי nanosized. בנוסף, תאי איקריוטיים הלא phagocytic הוכחו להפנים חלקיקים רק עם גודל של פחות מ 1 מיקרון. ¹⁷ לפיכך, הסינתזה של titanates נתרן nanosize היא גם עניין להקל משלוח מתכת ספיגה הסלולר מפלטפורמת משלוח titanate. הקטנת נתרן titanates ו peroxotitanates יהיה גם להגדיל את הקיבולת היעילה פרדות מתכת יונים לשפר תכונות פוטו של חומר. ^{16,18 <}/ sup> מאמר זה מתאר פרוטוקול שפותח לסנתז titanate גלוטמט nanosize (nMST) בתנאים סול-ג'ל עדין ¹⁹ הכנת מי המקביל שונה nMST.; יחד עם תגובת יון-חילופי לטעון את nMST עם Au (III) מתוארים גם.

Protocol

1. סינתזה של Titanate ננו-גלוטמט (nMST)

1. הכן 10 מ"ל של תמיסת # 1 על ידי הוספת 0.58 מ"ל של תמיסת 25% WT נתרן methoxide כדי 7.62 מ"ל של isopropanol ואחריו 1.8 מ"ל של isopropoxide טיטניום.
2. הכן 10 מ"ל של תמיסת # 2 על ידי הוספת 0.24 מ"ל מים ultrapure כדי 9.76 מ"ל של isopropanol.
3. להוסיף 280 מ"ל של isopropanol בבקבוק תחתית עגולה 3-צוואר 500 מ"ל, ואחריו 0.44 מ"ל של טריטון X-100 (MW הממוצע: 625 ג '/ mol). מערבבים את הפתרון גם עם בר ומערבבים מגנטי.
4. הכן משאבת מזרק ערוץ כפול כדי לספק פתרונות # 1 ו # 2 בשיעור של 0.333 מ"ל / דקה.
5. פתרונות טענו # 1 ו # 2 לשתי מזרקים נפרדים של 10 מיליליטר מצויד עם אורך של צינורות שייאפשרו אספקת הפתרון מן מזרק המשאבה אל מתחת לרמת הפתרון בבקבוק התחתי העגול 500 המ"ל.
6. תוך ערבוב, להוסיף את כל הפתרונות # 1 ו # 2 (10 מ"ל כל אחד) על התגובה באמצעות משאבת מזרק מתוכנת בשלב 1.4.
7. לאחר תוספת הושלמה, מכסה את הבקבוק את האש וממשיכים לטגן למשך 24 שעות ב RT.
8. מסיר את הפקק מעל הבקבוק ולחמם את תערובת התגובה ~ 82 ° C (isopropanol refluxing) עבור 45-90 דקות, ואחריו טיהור עם חנקן תוך שמירת חימום. כפי isopropanol הוא התאדה, מוסיפים מים ultrapure לסירוגין להחליף את isopropanol התאדו.
9. לאחר שרוב isopropanol התאדו ואת נפח המים הוסיף הוא כ 50 מ"ל, להסיר את החום ולאפשר לתערובת התגובה להתקרר.
10. אסוף את המוצר על ידי סינון דרך נייר סינון ניילון 0.1 מיקרומטר, ולשטוף מספר פעמים עם מים כדי להסיר את פעילי שטח וכל isopropanol שיורית. אל תסנן ליובש. לאחר השטיפה הושלמה, להעביר את התערובת דלילה ממסנן לתוך בקבוק טרום שקל או בקבוקון, ולאחסן כמו slurry מימי.
11. קבע את התשואה על ידי קביעת מוצקי אחוז המשקל של התרחיף. ניתן לעשות זאת על ידי מדידת המשקל של aliquot שלאת התערובת דלילה לפני ואחרי הייבוש.

2. Au (III) יון Exchange

1. העבר 6.50 גרם של 4.23% WT סלארי nMST לצינור צנטריפוגות 50 מ"ל. סכום זה עשוי להשתנות בהתאם על אחוזי המשקל בפועל של תרחיף nMST מיוצר צעד 1.10 לעיל, וקובע בשלב 1.11.
2. תשקול 0.0659 גרם של HAuCl ₄ · 3H _{2 O} לתוך בקבוקון זכוכית 1-DRAM. היעד Ti: יחס מסת Au הוא 4: 1.
3. ממיסים את HAuCl ₄ · 3H _{2 O} ב ~ 1 מ"ל של מים, ולאחר מכן להעביר את צינור צנטריפוגות המכיל את nMST. יש לשטוף את פי בקבוקון כמה עם מים נוספים כדי להבטיח את כל 3H HAuCl ₄ · _{2 O} מועבר בצינור צנטריפוגות המכיל את nMST.
4. לדלל את ההשעיה עם מים נוספים, לפי הצורך, כדי להביא את הנפח הכולל עד 11 מ"ל. מקד ריכוז Au (III) סופי של כ 15 מ"מ.
5. לעטוף את צינור צנטריפוגות בנייר לשמור על ההשעיה בחושך, גידולאז D נפילת ההשעיה על אסכלה שייקר למשך תקופה מינימאלית של 4 ימים.
6. אסוף את המוצר על ידי צנטריפוגה ב 3000 XG במשך 15 דקות על מנת לבודד את המוצקים. שטפו את מוצקים שלוש פעמים במים מזוקקים על ידי redispersing במים reisolate ידי צנטריפוגה ב 3000 XG במשך 15 דקות כדי להסיר כל Au unexchanged (III).
7. אחסן את המוצר הסופי או כקובץ השעיה מימייה ידי redispersing במים, או כמו לחות מוצקה באמצעות אחסון מהמים לשטוף הסופיים וסגירת הצינור. אחסן את המוצר בחושך.

3. הכנה של Peroxotitanate

1. העבר 5 גרם של תערובת נוזלית 9.8% WT של nMST בבקבוק קטן.
2. תשקול 0.154 גרם של 30% WT H _{2 O 2} פתרון. היעד H _{2 O 2:} יחס טוחנת Ti הוא 0.25: 1.
3. תוך ערבוב ההשעיה nMST גם להוסיף את 0.154 גרם של H _{2 O 2} פתרון טיפה חכם. עם H _{2 O} בנוסף _2, ההשעיה של WHIמוצקי te מייד הופכים צהובים.
4. לאחר התוספת השלימה לעורר את התגובה בטמפרטורת סביבה למשך 24 שעות.
5. אסוף את המוצר על ידי סינון דרך מסנן ניילון 0.1 מיקרומטר, ולשטוף מספר פעמים עם מים כדי להסיר כל H unreacted _{2 O 2.} אל תסנן ליובש. לאחר השטיפה הושלמה, להעביר את התערובת דלילה ממסנן לתוך בקבוק טרום שקל או בקבוקון, ולאחסן כמו slurry מימי.

תוצאות

MST הוא מסונתז באמצעות שיטת סול ג 'שבו tetraisopropoxytitanium (IV) (TIPT), נתרן methoxide, ומים משולבים והגיב ב isopropanol כדי ליצור חלקיקים זרע MST. ⁴ חלקיקים מיקרון בגודל אז מגדלים נשלט תוספת של נוספים כמויות של חומרים כימיים. החלקיקים כתוצאה כוללים ליבת אמורפי אזור סיבי חיצוני שיש ממד?...

Discussion

הנוכחות של מים זרים, למשל מ ריאגנטים טמאים, יכולה לשנות את התוצאה של התגובה, מה שמוביל חלקיקי polydisperse גדולים או יותר. לכן, יש לנקוט זהירות כדי להבטיח מגיבים יבשים משמשים. טיטניום isopropoxide ונתרן methoxide צריך להיות מאוחסן בתוך תא ייבוש כאשר אינו בשימוש. isopropanol הטוהר הגבוה צריך...

Materials

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