Sintesi e Reazione chimica della nanosize monosodico titanato

Riepilogo

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

Questo documento descrive la sintesi e perossido-modifica di nanodimensioni monosodico titanato (nMST), oltre ad una reazione di scambio ionico per caricare il materiale con Au ioni (III). Il metodo di sintesi è stato derivato da un processo sol-gel utilizzato per produrre micron dimensioni monosodico titanato (MST), con diverse modifiche chiave, tra alterando le concentrazioni dei reagenti, omettendo un passo seme particelle, e introducendo un tensioattivo non ionico per facilitare il controllo della la formazione di particelle e la crescita. Il materiale nMST risultante presenta la morfologia delle particelle di forma sferica con una distribuzione monodisperse di diametri delle particelle nell'intervallo da 100 a 150 nm. Il materiale nMST risulta avere una superficie Brunauer-Emmett-Teller (BET) di 285 m ² g ^-1, che è più di un ordine di grandezza superiore al micron dimensioni MST. Il punto isoelettrico del nMST misurato 3,34 unità di pH, che è una unità di pH inferiore a quello misurato per il micron-size MST. Tsi nMST materiale è stato trovato per servire come un efficace scambio ionico in condizioni debolmente acide per la preparazione di un Au (III) -scambio nanotitanate. Inoltre, la formazione del peroxotitanate corrispondente è stata dimostrata per reazione del nMST con acqua ossigenata.

Introduzione

Biossido di titanio e metalli alcalini titanati sono ampiamente utilizzati in una varietà di applicazioni come pigmenti di vernice e la cura della pelle e come fotocatalizzatori nella conversione dell'energia e utilizzazione. Hanno dimostrato ^1-3 titanati sodio essere materiali efficaci per rimuovere una gamma di cationi su una vasta gamma di condizioni di pH attraverso reazioni di scambio cationico. ^4-7

Oltre alle applicazioni appena descritti, micron dimensioni titanati di sodio e sodio peroxotitanates hanno recentemente dimostrato di servire anche come una piattaforma di distribuzione di metallo terapeutico. In questa applicazione, ioni metallici terapeutiche come Au (III), Au (I) e Pt (II) sono scambiati con gli ioni di sodio di monosodico titanato (MST). In vitro con i titanati metallo scambiate nobili indicano soppressione di la crescita del cancro e cellule batteriche mediante un meccanismo sconosciuto. ^8,9

Storicamente, titanati sodio hanno essereen prodotta utilizzando sia sol-gel e tecniche di sintesi idrotermali conseguente polveri fini con dimensioni delle particelle variano da pochi a diverse centinaia di micron. ^4,5,10,11 Più recentemente, metodi di sintesi sono stati segnalati che produceva nanodimensioni biossido di titanio, metallo- ossidi di titanio drogate, e una varietà di altri titanati metallici. Esempi includono sodio nanotubi di ossido di titanio (NaTONT) o nanofili mediante reazione di biossido di titanio in idrossido di sodio in eccesso, a temperatura e pressione elevate, ^12-14 sodio nanofibre titanato di reazione di acido peroxotitanic con idrossido di sodio in eccesso a temperatura elevata e pressione, ¹⁵ e sodio e cesio nanofibre di delaminazione di titanati acido scambiati micron di dimensioni titanato. ¹⁶

La sintesi di titanati nanodimensioni di sodio e peroxotitanates sodio è di interesse per migliorare la cinetica di scambio ionico, che sono tipicamente controllate per diffusione pellicola o diffu intraparticellaresione. Questi meccanismi sono in gran parte controllate dalla dimensione delle particelle dello scambiatore di ioni. Inoltre, come una piattaforma di distribuzione di metallo terapeutica, la dimensione delle particelle del materiale titanato sarebbe dovrebbe influenzare significativamente la natura dell'interazione tra il titanato metallo scambiate e il cancro e cellule batteriche. Ad esempio, cellule batteriche, che sono tipicamente dell'ordine di 0,5 - 2 ìm, sarebbe probabilmente diverse interazioni con particelle di dimensioni micron contro particelle di dimensioni nanometriche. Inoltre, è stato dimostrato cellule eucariotiche non fagocitiche di internalizzare solo particelle di dimensioni inferiori a 1 micron. ¹⁷ Pertanto, la sintesi di titanati sodio nanosize è interessante anche per facilitare l'erogazione metallo e assorbimento cellulare dalla piattaforma consegna titanato. La riduzione delle dimensioni dei titanati sodio e peroxotitanates aumenterà anche la capacità effettiva in separazioni di ioni metallici e migliorare le proprietà fotochimiche del materiale. ^{16,18 <}/ sup> Questo documento descrive un protocollo sviluppato per sintetizzare nanodimensioni monosodico titanato (nMST) in condizioni sol-gel mite ¹⁹ La preparazione del corrispondente perossido modificato nMST.; insieme ad una reazione di scambio ionico per caricare il nMST con Au (III) sono descritti anche.

Protocollo

1. Sintesi di Nano-monosodico titanato (nMST)

1. Preparare 10 ml di soluzione # 1 aggiungendo 0,58 ml di 25% in peso una soluzione di sodio metilato al 7,62 ml di isopropanolo seguito da 1,8 ml del titanio isopropossido.
2. Preparare 10 ml di soluzione # 2 aggiungendo 0,24 ml di acqua ultrapura a 9,76 ml di isopropanolo.
3. Aggiungere 280 ml di isopropanolo in un pallone a fondo rotondo a 3 colli da 500 ml, seguito da 0,44 ml di Triton X-100 (media MW: 625 g / mol). Agitare bene la soluzione con un ancoretta magnetica.
4. Preparare una pompa a doppio canale della siringa per fornire soluzioni # 1 e # 2 ad una velocità di 0.333 ml / min.
5. soluzioni di carico # 1 e # 2 in due distinte siringhe da 10 ml con una lunghezza di tubo che permetterà la consegna della soluzione dalla pompa a siringa al di sotto del livello della soluzione nel pallone a fondo rotondo da 500 ml.
6. In agitazione, aggiungere tutti soluzioni # 1 e # 2 (10 ml ciascuna) per la reazione con la pompa a siringa programmato al punto 1.4.
7. Dopo che l'aggiunta è completa, tappare il pallone e continuare a mescolare per 24 ore a temperatura ambiente.
8. Uncap matraccio e riscaldare la miscela di reazione a ~ 82 ° C (a ricadere isopropanolo) per 45-90 minuti, seguita da spurgo con azoto mantenendo riscaldamento. Come isopropanolo è evaporato, aggiungere acqua ultrapura intermittenza per sostituire l'isopropanolo evaporata.
9. Dopo più di isopropanolo è evaporata e il volume di acqua aggiunta è di circa 50 ml, rimuovere il calore e lasciare che la miscela di reazione si raffreddi.
10. Raccogliere il prodotto per filtrazione attraverso un filtro in nylon 0,1 micron, e lavare ripetutamente con acqua per rimuovere il tensioattivo e ogni isopropanolo residuo. Non filtrare a secchezza. Dopo il lavaggio è completo, trasferire l'impasto dal filtro in una bottiglia pre-pesato o fiala, e memorizzare come una sospensione acquosa.
11. Determinare la resa determinando i solidi in peso percentuale del liquame. Questo può essere fatto misurando il peso di una aliquota dipoltiglia prima e dopo l'essiccazione.

2. Au (III) a scambio ionico

1. Trasferire 6,50 g di 4,23% in peso slurry nMST ad un tubo da centrifuga da 50 ml. Tale importo può variare in base alla percentuale in peso effettivo del liquame nMST prodotta nel passaggio 1.10, e determinato al punto 1.11.
2. Pesare 0,0659 g di _HAuCl4 · 3H _{2 O} in un flaconcino di vetro 1-dram. Il target Ti: rapporto di massa Au è di 4: 1.
3. Sciogliere il _HAuCl4 · 3H _{2 O} in ~ 1 ml di acqua, poi il trasferimento al tubo da centrifuga contenente il nMST. Risciacquare il flacone più volte con acqua supplementare per garantire tutte le _HAuCl4 · 3H ₂ O viene trasferito nella provetta da centrifuga contenente il nMST.
4. Diluire la sospensione con altra acqua, se necessario, per portare il volume totale a 11 ml. Bersaglia una concentrazione finale Au (III) di circa 15 mM.
5. Avvolgere la provetta in un foglio di mantenere la sospensione al buio, unD Poi asciugare la sospensione in una rosticceria shaker per un minimo di 4 giorni.
6. Raccogliere il prodotto per centrifugazione a 3.000 xg per 15 min per isolare i solidi. Lavare i solidi tre volte con acqua distillata per redispersing in acqua, e reisolate per centrifugazione a 3.000 xg per 15 minuti per rimuovere ogni Au unexchanged (III).
7. Conservare il prodotto finale sia come sospensione acquosa redispersing in acqua, o come un solido umido decantando l'acqua di lavaggio finale e tappatura tubo. Conservare il prodotto al buio.

3. Preparazione del Peroxotitanate

1. Trasferire 5 g di una sospensione 9,8% in peso di nMST una fiaschetta.
2. Pesare 0,154 g di 30 H soluzione wt% ₂ O _2. L'H ₂ O ₂ porta: rapporto molare Ti è 0.25: 1.
3. Mentre si agita la sospensione nMST anche aggiungere il 0,154 g di H ₂ O ₂ soluzione goccia a goccia. Su H ₂ O ₂ Inoltre, la sospensione di WHIsolidi te gira subito giallo.
4. Dopo che l'aggiunta è completa agitare la reazione a temperatura ambiente per 24 ore.
5. Raccogliere il prodotto per filtrazione attraverso un filtro di nylon 0,1 micron, e lavare più volte con acqua per rimuovere eventuali H _{2 O 2} non reagito. Non filtrare a secchezza. Dopo il lavaggio è completo, trasferire l'impasto dal filtro in una bottiglia pre-pesato o fiala, e memorizzare come una sospensione acquosa.

Risultati

MST è sintetizzato utilizzando un metodo sol-gel in cui tetraisopropoxytitanium (IV) (Tipt), metossido di sodio e acqua sono combinati e reagiva in isopropanolo per formare particelle seme di MST. ⁴ particelle Micron dimensioni vengono quindi coltivate mediante aggiunta controllata di ulteriori quantità dei reagenti. Le particelle risultanti presentano un nucleo amorfo e una regione fibroso esterno avente dimensioni di circa 10 nm di larghezza per 50 nm di lunghezza. ²⁰

Discussione

La presenza di acqua estranea, per esempio da reagenti impuri, può alterare il risultato della reazione, portando a particelle più grandi o più polidispersi. Pertanto, occorre prestare attenzione per garantire reagenti secchi vengono utilizzati. Il isopropossido titanio e metossido di sodio devono essere conservati in un essiccatore quando non in uso. Elevata purezza isopropanolo dovrebbe anche essere utilizzato per la sintesi.

Temperatura stata trovata a svolgere un ruolo chiave nella co...

Materiali

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