Síntese e Reacção Química de nanosize monossódico Titanate

Resumo

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.

Resumo

Este documento descreve a síntese e modificação de peróxido-titanato nanosize monossódico (nMST), juntamente com uma reacção de permuta de iões para carregar o material com iões Au (III). O método de síntese foi derivado a partir de um processo sol-gel utilizado para a produção de tamanho de micron monossódico titanato (MST), com várias modificações importantes, incluindo alterar as concentrações de reagentes, omitindo um passo partícula semente, e a introdução de um agente tensioactivo não iónico para facilitar o controlo de a formação de partículas e de crescimento. O material resultante nMST apresenta a morfologia das partículas de forma esférica com uma distribuição monodispersa de diâmetros de partículas no intervalo de 100 a 150 nm. O material nMST foi encontrada para ter uma área de superfície de Brunauer-Emmett-Teller (BET) de 285 m ² g ^{-1, o que} é mais do que uma ordem de magnitude maior do que a MST de tamanho de micron. O ponto isoeléctrico da nMST medido 3,34 unidades de pH, o que é uma unidade de pH mais baixo do que o medido para a mícron de tamanho MST. Tele nMST material foi encontrado para servir como um permutador de iões eficaz sob condições fracamente ácidas para a preparação de uma Au (III) nanotitanato -Exchange. Além disso, a formação do correspondente peroxotitanate foi demonstrada por meio de reacção do nMST com peróxido de hidrogénio.

Introdução

Dióxido de titânio e titanatos de metais alcalinos são amplamente utilizadas numa variedade de aplicações, tais como pigmentos em tinta e produtos de cuidados da pele e como fotocatalisadores de conversão de energia e a utilização. ^1-3 titanatos de sódio têm mostrado ser eficazes para remover materiais uma gama de catiões sobre uma vasta gama de condições de pH, devido a reacções de permuta catiónica. ^07/04

Para além das aplicações descritas acima, foram recentemente mostrado mícron de tamanho e os titanatos de sódio peroxotitanates de sódio para também servir como uma plataforma de entrega de metal terapêutico. Nesta aplicação, os iões metálicos terapêuticos, tais como Au (III), Au (I) e Pt (II) são trocados por iões de sódio de titanato de monossódio (MST). Testes in vitro com os titanatos permutados com metal nobre indicam supressão de o crescimento de cancro e as células bacterianas por um mecanismo desconhecido. ^8,9

Historicamente, titanatos de sódio têm seren produzidos utilizando ambos de sol-gel e as técnicas de síntese hidrotermal resultando em pós finos com tamanhos de partícula que vão desde algumas centenas de microns para. ^4,5,10,11 Mais recentemente, métodos sintéticos têm sido relatado que produziu nanosize dióxido de titânio, por metal óxidos de titânio dopado, e uma variedade de outros titanatos de metais. Exemplos incluem os nanotubos de sódio de óxido de titânio (ou nanofios NaTONT) por reacção de dióxido de titânio em excesso de hidróxido de sódio, à temperatura e pressão elevadas, de titanato de nanofibras ^12-14 de sódio por reacção de ácido peroxotitanic com hidróxido de sódio em excesso, à temperatura e pressão elevadas, ^{de 15} e de sódio e césio titanato de nanofibras por delaminação de titanatos micronizadas permutado com ácido. ¹⁶

A síntese de titanatos de sódio e nanosize peroxotitanates de sódio é de interesse para melhorar a cinética de troca de iões, que são normalmente controladas por difusão ou filme diffu intrapartículaSion. Estes mecanismos são largamente controlada pelo tamanho de partícula do permutador de iões. Além disso, como plataforma de administração de metal terapêutica, o tamanho de partícula do material de titanato seria de esperar que afectem significativamente a natureza da interacção entre o titanato permutado com metal e o cancro e as células bacterianas. Por exemplo, células bacterianas, que são tipicamente da ordem de 0,5-2 uM, teria provavelmente diferentes interacções com partículas de tamanho de micron em comparação com partículas nanométricas. Além disso, as células eucarióticas não fagocíticas foram mostrados para internalizar Somente as partículas com um tamanho inferior a 1 micron. ¹⁷ Assim, a síntese de titanatos de sódio de tamanho nanométrico é também de interesse para facilitar a entrega de metal e a incorporação celular da plataforma de entrega de titanato. A redução do tamanho de titanatos de sódio e peroxotitanates também irá aumentar a capacidade eficaz em separações de iões metálicos e melhorar as propriedades fotoquímicas do material. ^{16,18 <}/ sup> Este documento descreve um protocolo desenvolvido para sintetizar nanosize monossódico titanato (nMST) em condições de sol-gel suaves ¹⁹ A preparação do peróxido correspondente modificado nMST.; juntamente com uma reacção de permuta de iões para carregar o nMST com Au (III) também são descritas.

Protocolo

1. Síntese de titanato Nano-monossódico (nMST)

1. Preparar 10 ml de uma solução 1 # pela adição de 0,58 ml de uma solução de metóxido de sódio a 25% em peso e 7,62 mL de isopropanol seguido de 1,8 ml de isopropóxido de titânio.
2. Preparar 10 ml de uma solução # 2 por adição de 0,24 ml de água ultrapura com 9,76 mL de isopropanol.
3. Adicionar 280 ml de isopropanol a um balão de fundo redondo de 3 tubuladuras de 500 ml, seguido por 0,44 ml de Triton X-100 (MW média: 625 g / mol). Agita-se bem a solução com uma barra de agitação magnética.
4. Prepare uma bomba de seringa dupla canal para fornecer soluções # 1 e # 2 a uma taxa de 0,333 ml / min.
5. soluções de Carga # 1 e # 2 em duas seringas de 10 ml separados, equipados com uma extensão de tubagem que vai permitir a entrega da solução a partir da bomba de seringa para abaixo do nível da solução no balão de fundo redondo de 500 ml.
6. Enquanto se agita, adicionar todas as soluções # 1 e # 2 (10 ml de cada) à mistura reaccional usando a bomba de seringa programado no passo 1.4.
7. Após a adição estar completa, a tampa do frasco e continuar a agitar durante 24 horas à TA.
8. Uncap o frasco e aquecer a mistura de reacção a ~ 82 ° C (isopropanol em refluxo) durante 45-90 minutos, seguido por purga com azoto enquanto se mantinha o aquecimento. Como isopropanol é evaporado, adicionar água ultrapura intermitentemente para substituir o isopropanol foi evaporado.
9. Depois de a maior parte do isopropanol ter evaporado e o volume de água adicionada é de cerca de 50 ml, remover o aquecimento e deixar a mistura reaccional arrefecer.
10. Recolhe-se o produto por filtração através de um papel de filtro de nylon de 0,1 um, e lava-se várias vezes com água para remover o surfactante e qualquer isopropanol residual. Não filtrar à secura. Após a lavagem estar completa, transferir a pasta a partir do filtro para um frasco ou frasco previamente pesado, e armazenar como uma pasta aquosa.
11. Determinar o rendimento através da determinação dos sólidos cento em peso da lama. Isto pode ser feito medindo-se o peso de uma aliquota dea suspensão antes e após a secagem.

2. Au (III) Troca Iônica

1. Transferir 6,50 g de 4,23% em peso de pasta nMST para um tubo de centrífuga de 50 ml. Esta quantidade pode variar de acordo com a percentagem em peso real da lama nMST produzido no passo 1.10, e determinado na etapa 1.11.
2. Pesar 0,0659 g de HAuCl ₄ · 3H _{2 O em} um frasco de vidro de 1-dram. O alvo Ti: relação de massa Au é de 4: 1.
3. Dissolve-se o HAuCl ₄ · 3H _{2 O em} ~ 1 ml de água, em seguida, transferir para o tubo de centrifugação contendo o nMST. Lavar o frasco várias vezes com água adicional para garantir que todo o 3H HAuCl ₄ · _H2O é transferido para o tubo de centrifugação contendo o nMST.
4. Dilui-se a suspensão com água adicional, se necessário, para levar o volume total a 11 ml. Alvo uma concentração final Au (III) de cerca de 15 mM.
5. Envolver o tubo de centrifugação em papel de alumínio para manter a suspensão no escuro, umad, em seguida, secar a suspensão em uma rotisserie agitador durante um mínimo de 4 dias.
6. Recolhe-se o produto por centrifugação a 3000 xg durante 15 min para isolar os sólidos. Lavar os sólidos três vezes com água destilada por redispersão em água, e reisolate por centrifugação a 3000 xg durante 15 min para remover qualquer unexchanged Au (III).
7. Armazenar o produto final, quer como uma suspensão aquosa por redispersão em água, ou como um sólido húmido por decantação a água da lavagem final e capping do tubo. Armazene o produto no escuro.

3. Preparação do Peroxotitanate

1. Transferir 5 g de uma suspensão 9,8% em peso de nMST a um pequeno frasco.
2. Pesar 0,154 g de H solução a 30% em peso de _{2 O 2.} O alvo _{H2O 2:} razão molar Ti é 0,25: 1.
3. Enquanto se agita a suspensão nMST bem adicionar a 0,154 g de H _{2 O 2 a} solução gota a gota. Após a H _{2 O 2 a} adição, a suspensão de WHIte sólidos imediatamente fica amarelo.
4. Após a adição estar completa agita-se a reacção à temperatura ambiente durante 24 h.
5. Recolhe-se o produto por filtração através de um filtro de nylon de 0,1 um, e lava-se várias vezes com água para remover qualquer não reagido H _{2 O 2.} Não filtrar à secura. Após a lavagem estar completa, transferir a pasta a partir do filtro para um frasco ou frasco previamente pesado, e armazenar como uma pasta aquosa.

Resultados

MST é sintetizada usando um método de sol-gel em que tetraisopropoxytitanium (IV) (TIPT), metóxido de sódio, e água são combinados e feitos reagir em isopropanol para formar partículas semente de MST. ⁴ partículas mícron de tamanho são então crescidas por adição controlada de adicional as quantidades dos reagentes. As partículas resultantes possuem um núcleo amorfo e uma região exterior fibrosa tendo dimensões de cerca de 10 nm de largura por 50 nm de comprimento ^20.

Discussão

A presença de água estranha, por exemplo, a partir de reagentes impuros, podem alterar o resultado da reacção, levando a partículas maiores ou mais polidispersos. Portanto, devem ser tomados cuidados para assegurar reagentes secos são usados. O isopropóxido de titânio e metóxido de sódio deve ser armazenado num exsicador quando não estiver em uso. Alta pureza isopropanol também deve ser utilizado para a síntese.

A temperatura foi encontrada a desempenhar um papel-chave na conver...

Materiais

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