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요약

MCM-41의 메조 다공성 채널 내에서 케이지 효과 감금 (cage-effect confinement)과 함께 또는없이 pH4.6으로 [Al (H 2 O)] 3+ 와 L- 아르기닌의 조절 된 적정을 통해 초 미세 수산화 알루미늄 나노 입자 현탁액을 제조 하였다.

초록

나노 기 브 사이트의 수성 현탁액은 알루미늄 수조 [Al (H 2 O) 6 ] 3+ 와 L- 아르기닌을 pH 4.6으로 적정하여 합성 하였다. 수성 알루미늄 염의 가수 분해는 넓은 범위의 크기 분포를 갖는 다양한 제품을 생성하는 것으로 알려져 있기 때문에 다양한 첨단 기기 ( 즉, 27 Al / 1 H NMR, FTIR, ICP-OES , TEM-EDX, XPS, XRD 및 BET)를 사용하여 합성 산물 및 부산물의 특성을 분석했습니다. 나노 입자 (10-30 nm)로 구성된 생성물을 겔 투과 크로마토 그래피 (GPC) 컬럼 기술을 사용하여 분리 하였다. 푸리에 변환 적외선 (FTIR) 분광학 및 분말 X 선 회절 (PXRD)은 정제 된 물질을 수산화 알루미늄의 gibbsite 다 형체로 확인했습니다. 무기 염 ( 예 : NaCl)의 첨가는 현탁액의 정전 기적 불안정화를 유도하여 나노 입자를 응집시켜 yie큰 입자 크기의 Al (OH) 3 침전물. Al (OH) 3 는 여기에 기술 된 새로운 합성 방법을 이용하여 MCM-41의 고도로 정돈 된 메조 포러스 골격 내부에 부분적으로 장입되었고 평균 기공 크기는 2.7 nm였으며 팔면체 및 사면체 Al (Oh / T d = 1.4). Energy-dispersive X-ray spectrometry (EDX)를 사용하여 측정 한 총 Al 함량은 11 % w / w이고 Si / Al 몰비는 2.9이었다. 표면 X 선 광전자 분광법 (XPS) 원소 분석과 벌크 EDX의 비교는 알루미 노 실리케이트 물질 내의 Al 분포에 대한 통찰력을 제공했다. 또한, 벌크 (2.9)에 비해 외부 표면 (3.6)에서 Si / Al의 높은 비율이 관찰되었다. O / Al 비율의 근사값은 코어 및 외부 표면 근처에서 Al (O) 3 및 Al (O) 4 그룹의 농도가 각각 더 높다는 것을 나타냅니다. 새로 개발 된 Al-MCM-41의 합성은Al 2 O 3 나노 입자가 유리한 응용 분야에 사용될 수 있습니다.

서문

수산화 알루미늄으로 만들어진 물질은 촉매 작용, 의약품, 수처리 및 화장품을 포함한 다양한 산업 분야에서 유망한 후보 물질입니다. 1 , 2 , 3 , 4 고온에서 수산화 알루미늄은 분해하는 동안 상당량의 열을 흡수하여 알루미나 (Al 2 O 3 )를 생성하여 유용한 난연제로 사용됩니다. 수산화 알루미늄 ( 즉 , gibbsite, bayerite, nordstrandite 및 doyleite)의 4 가지 알려진 다 형체는 그 형성과 구조에 대한 우리의 이해를 향상시키기 위해 컴퓨터 및 실험 기술을 사용하여 조사되었다. 나노 크기 입자의 준비는 양자 효과와 특성을 보여줄 잠재 성 때문에 특히 중요하다.r 일괄 대응. 100nm 정도의 치수를 갖는 Nanogibbsite 입자는 다양한 조건 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14 에서 쉽게 준비됩니다.

입자 크기를 줄이는 것과 관련된 고유 한 문제를 해결하는 것은 더욱 어렵습니다. 따라서, 나노 기 브 사이트 (nanogibbsite) 입자가 50nm 정도의 치수를 갖는 경우는 단지 약간의 경우 밖에 존재하지 않는다. 14 , 15 , 16 , 17 우리가 아는 한, 나노 기 브 사이트 (nanogibbsite) 입자는 50 nm보다 작다는보고는 없었다. 부분적으로, 이는 나노 입자가 정전기 불안정성으로 인하여 응집되는 경향이 있다는 사실에 기인한다특히 극성 프로톤 성 용매에서 콜로이드 입자 사이의 수소 결합 형성 가능성이 높다. 우리의 목표는 독점적으로 안전한 성분과 전구체를 사용하여 작은 Al (OH) 3 나노 입자를 합성하는 것이 었습니다. 현재 연구에서, 수성 입자 응집은 완충제 및 안정 화제로서 아미노산 ( 즉 , L- 아르기닌)을 혼입함으로써 억제되었다. 또한, 구아니딘 함유 아르기닌은 수산화 알루미늄 입자 성장 및 응집을 방지하여 평균 입자 크기가 10 내지 30 nm 인 콜로이드 수성 현탁액을 생성하는 것으로보고되었다. 아르기닌의 양쪽 성 및 양쪽 성 이온 성질이 온화한 가수 분해 동안 알루미늄 수산화물 나노 입자의 표면 전하를 완화시켜 30 nm를 초과하는 입자 성장을 감내한다고 제안되었다. 아르기닌은 입자 크기를 10 nm 이하로 줄일 수 없었지만 그러한 입자는 "새장 (cage)"감금 효과를 이용하여 얻을 수있었습니다MCM-41의 중세 공이다. Al-MCM-41 복합 재료의 특성은 평균 기공 크기가 2.7 nm 인 중형 다공성 실리카 내의 초 미세한 수산화 알루미늄 나노 입자를 나타내었다.

프로토콜

1. Al (OH) 3 나노 입자 합성

  1. 1.40g의 염화 알루미늄 6 수화물을 5.822g의 탈 이온수에 용해시킨다.
  2. 마그네틱 교반시키면서 2.778g의 L- 아르기닌을 염화 알루미늄 수용액에 첨가한다. 첨가 된 아르기닌이 용해되어 큰 덩어리 또는 덩어리를 형성하지 않도록 L- 아르기닌을 서서히 첨가하십시오. 또한, 느린 첨가는 국부적 인 알칼리 농도를 감소시키고 더욱 조절 가능한 가수 분해를위한 조건을 제공한다.
  3. 모든 아르기닌이 용액에 용해되면 50 ° C에서 72 시간 동안 용액을 가열합니다. 이 시점에서 솔루션은 흐린 서스펜션으로 나타날 수 있습니다.

2. NaCl에 의한 Al (OH) 3의 침전

  1. 길이가 49 인치이고 직경이 1.125 인 GPC 칼럼을 준비하십시오. 겔을 추가하고 겔 구슬 사이의 공간을 최소화하면서 적절한 패킹을 보장하기 위해 컬럼을 통해 물이 흐르도록 연속 단계로 젤을 포장하십시오. 팩겔에서 컬럼의 약 80 %; 포장되는 겔의 양은 매번 변화하며 분리 된 종의 체류 시간에만 영향을 미친다.
  2. 10mL 주사기 루프가있는 HPLC 펌프를 사용하여 10mL의 합성 된 Al (OH) 3 나노 입자 현탁액 (단계 1.3에서 준비)을 컬럼에 넣습니다. 약 0.125 in의 외경과 주입 된 시료 10 mL를 전달할 수있는 길이의 튜빙을 사용하여 인젝터 루프를 사용자 정의하십시오.
  3. dRI 피크 위치와 관련된 간격으로 컬럼 용리액을 수집하십시오. GPC 출력을 차동 굴절률 (dRI) 검출기의 입력에 연결하십시오.
    참고 : 분리 된 종은 GPC에서 나오므로 dRI 탐지기에 피크로 나타나며 125ml 병에 수집됩니다. GPC 컬럼은 두 개의 잘 분해 된 피크를 생성하며, 이들 모두는 크기 - 배제 크로마토 그래피 (SEC) 및 원소 분석 (EA)으로 수집 및 분석되어 알루미늄 스피릿으로부터 아르기닌을 분별한다cies. 수집 된 전체 부피는 GPC 칼럼의 크기, 사용 된 포장재의 총량 및 칼럼을 용리시키기 위해 사용 된 탈 이온수의 유속에 의존 할 것이다.
    1. 0.2 mL / min 유속에서 100 분에 걸친 피크 1 분획의 대부분을 수집하십시오.
    2. GPC 칼럼의 RI 검출기에 피크가 나타나면 30 분 간격으로 용리액을 수집하십시오.
      참고 : 간격 범위를 변경하면 정화 피크 1 물질의 농도와 순도가 변경됩니다. 특정 컬럼에 대해 최고 농도와 최고 순도를 포함하는 부분을 결정하기 위해 작은 간격의 피크를 먼저 수집하는 것이 좋습니다.
  4. 1 wt %의 NaCl을 조제한다.
  5. 10 mL의 정제 된 Al (OH) 3 나노 입자에 준비된 NaCl 용액을 적가한다. NaCl 침전을 사용하여 제조 된 물질은 추후 실험에 사용되지 않는다.

3. Al-MCM-41의 제조

  1. Ac진공 오븐에서 3 시간 동안 120 ° C에서 약 1.0 g의 MCM-41을 진공하에 가볍게 흔들어 준다.
  2. 9.6926g의 AlCl3 · 6H2O와 40.3074g의 탈 이온수를 합하여 50.0g의 염화 알루미늄 용액을 조제한다.
  3. 활성화 된 MCM-41 0.7g을 염화 알루미늄 용액 50.0g에 넣으십시오 (3.2 단계에서 준비).
  4. MCM-41 채널 전체에 확산되는 AlCl 3의 균질성을 보장하기 위해 적절한 혼합 시간 (1 시간)을 허용하십시오.
  5. 자기 교반하에 2.75의 Arg / Al 몰비로 이종 혼합물에 L- 아르기닌을 첨가한다. 단계 1.2와 유사하게, 아르기닌을 천천히 첨가하여 순간적으로 형성된 응집제가 재용 해되고 첨가를 계속하기 전에 아르기닌의 응집을 감소 시키도록한다.
  6. 균질 해지면 혼합물을 50 ° C에서 72 시간 가열합니다.
  7. 진공하에 부 흐너 깔때기를 사용하여 수득 된 이질 용액을 여과하고 질적 인 90 mm 여과지 서클(또는 다른 적절한 여과지).
  8. 생성 된 Al-MCM-41 물질에서 미 반응의 염화 알루미늄, 아르기닌 또는 수용성 부산물을 제거하기 위해 과량의 탈 이온수로 여과 된 흰색 분말을 씻으십시오.

결과

Nanogibbsite 합성

Nanogibbsite는 2.75의 최종 Arg / Al 몰비로 L- 아르기닌으로 AlCl3 · 6H2O (14 중량 %)를 적정하여 제조 하였다. 나노 입자 덩어리 입자의 합성은 부분 가수 분해 된 염화 알루미늄 용액에 대해 널리 사용되는 분석 기법 인 SEC 를 통해 모니터되어 1, 2, 3, 4 및 5 1 피크로 임의로 지정된 5 개 영역을 구별...

토론

염화 알루미늄 수용액의 제조는 염화 알루미늄의 결정 성 6 수화물 염의 사용을 수반했다. 무수 형태가 또한 사용될 수 있지만, 알루미늄의 농도를 조절하고 조절하는 것을 어렵게하는 상당한 흡습성 때문에 바람직하지 못하다. 시간이 지남에 따라 [Al (H 2 O) 6 ] 3 + aqua acid가 가수 분해되어 궁극적으로 최종 수율 및 순도를 감소시킬 수있는 원하지 않는 부산물을 생성하기 ?...

공개

저자는 공개 할 것이 없습니다.

감사의 말

저자는 소각 X- 선 회절 및 분말 X- 선 회절에 대한 분석 및 전문 지식으로 Rutgers University의 Thomas J. Emge 및 Wei Liu 박사에게 감사를 전한다. 또한, 저자는 N 2 흡착 실험에 대한 Hao Wang의지지를 인정했다.

자료

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

참고문헌

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