JoVE Logo
Yazarlar
Bize Ulaşın

Oturum Aç

Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.

Bu Makalede

  • Özet
  • Özet
  • Giriş
  • Protokol
  • Sonuçlar
  • Tartışmalar
  • Açıklamalar
  • Teşekkürler
  • Malzemeler
  • Referanslar
  • Yeniden Basımlar ve İzinler

Özet

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.

Özet

Bu çalışma, Au (III) iyonları ile malzemenin yüklenmesi, bir iyon-değişim reaksiyonu ile, sentez ve nanoboyutlu monosodyum titanat peroksit modifikasyonu (Nmst) tarif etmektedir. Sentez yöntemi, reaktif konsantrasyonunu değiştiren bir partikül tohumu aşamasının atlanması ve kontrolünü kolaylaştırmak için iyonik olmayan bir yüzey aktif madde sokulması dahil olmak üzere çeşitli önemli değişiklikler ile mikron büyüklüğünde monosodyum titanat (MST) üretilmesi için kullanılan bir sol-jel işlemi türetildi partikül oluşumu ve büyümesi. Elde edilen Nmst malzemesi 100 ile 150 nm aralığı içinde parçacık çaplarının bir tek dağılımlı dağılımı olan küresel şekilli parçacık morfolojisi sergiler. Nmst malzemesi mikron boyutunda MST daha yüksek bir büyüklük sırasına göre daha 285 m2 g-1, bir Brunauer-Emmett-Teller (BET) bir yüzey alanına sahip olduğu bulunmuştur. Nmst izoelektrik noktası mikron boyut MST için ölçülen daha pH birimi daha düşüktür 3.34 pH birimi, ölçülen. TO malzeme Au (III) 'ün-değişimi nanotitanate hazırlanması için zayıf asidik koşullar altında etkili bir iyon değiştiricisi olarak görev bulunmuştur Nmst. Buna ek olarak, karşılık gelen peroxotitanate oluşumu hidrojen peroksit ile Nmst reaksiyonu ile gösterilmiştir.

Giriş

Titan dioksit ve alkali metal titanatlar yaygın olarak boya ve cilt bakım ürünleri pigment olarak ve enerji dönüşümü ve kullanımında fotokatalizörlerin olarak çeşitli uygulamalar kullanılmaktadır. 1-3 sodyum titanatlar katyonların bir dizi kaldırma etkili malzemeler olduğu gösterilmiştir katyon değiştirme reaksiyonları ile pH koşullarının geniş bir aralıkta. 4-7

Yukarıda açıklanan uygulamalara ek olarak, mikron büyüklüğünde sodyum titanatlar ve sodyum peroxotitanates en son da terapötik metal elde etme platformu olarak gösterilmiştir. Bu uygulamada, örneğin Au (III) 'ün, Au (I)' in, Pt (II) olarak terapötik metal iyonları monosodyum titanat sodyum iyonları (MST) için değiştirilir. In vitro testler asal metal değişimli titanatlar olan bastırılmasını göstermektedir bilinmeyen bir mekanizma ile kanser ve bakteriyel hücrelerin büyümesi. 8,9

Tarihsel olarak, sodyum titanatlar olmak varen sol-jel ve bir kaç birkaç yüz mikron arasında değişen ebatlarda ince tozlar elde hidrotermal sentez teknikleri kullanarak üretilen. 4,5,10,11 Daha yakın zamanda, sentetik metotlar nanoboyutlu titanyum dioksit üretilen bildirilmiştir, metal- katkılı titanyum oksitler, ve diğer metal titanatlar çeşitli. Örnekler, sodyum, titanyum oksit nanotüpler (NaTONT) ya da nanotelleri, yüksek sıcaklık ve basınçta, fazla sodyum hidroksit içinde titanyum dioksit reaksiyonu ile, yüksek sıcaklık ve basınçta, 15 ve sodyum de aşırı sodyum hidroksid ile peroksotitanik asitin reaksiyonu sureti ile 12-14 sodyum titanat nanolifler içerir ve asit ile-yer değiştirilmiş mikron boyutunda titanatlann delaminasyonu ile nanolifler sezyum titanat. 16

nanoboyutlu sodyum titanatlar ve sodyum peroxotitanates sentezi genellikle filmin difüzyon veya intraparticle DIFFU tarafından kontrol edilen iyon değişim kinetiğinin, geliştirmek için ilgi çekicidirsion. Bu mekanizmalar, büyük ölçüde, iyon değiştirici parçacık boyutu ile kontrol edilir. Buna ek olarak, tedavi edici bir metal taşıyıcı platformu olarak, titanat malzemenin parçacık boyutu önemli ölçüde metal alışverişinde titanat ve kanser ve bakteri hücreleri arasındaki etkileşimin doğasını etkileyecek beklenir. Örneğin, 0.5 mertebesinde tipik olarak bakteri hücreleri, - 2 um, nano boyutlu parçacıkların karşı mikron boyutlu parçacıklar farklı etkileşimler olasılıkla olurdu. Buna ek olarak, fagositik olmayan ökaryotik hücreler sadece, böylece en az 1 mikron. 17 partikül büyüklüğü içselleştirme gösterilmiştir, nanoboyutlu sodyum titanatlar sentezi de titanat dağıtım platformdan metal elde etme ve hücresel alımını kolaylaştırmak için ilgi çekmektedir. Sodyum titanatlar ve peroxotitanates boyutunu küçültme da metal iyonu ayrımları etkili kapasitesini artırmak ve malzemenin fotokimyasal özelliklerini artıracaktır. 16,18 </ sup> Bu makale hafif sol-jel koşullarında nanoboyutlu monosodyum titanat (Nmst) sentezlemek için geliştirilen bir protokol tanımlamaktadır 19 Nmst modifiye ilgili peroksit hazırlanmasını.; Au ile Nmst (III) yüklemek için bir iyon değişim reaksiyonu ile de tarif edilmektedir.

Protokol

Nano monosodyum Titanate 1. N- (Nmst)

  1. titanyum izopropoksit 1.8 ml, ardından izopropanol 7.62 ml ağırlıkça% 25 sodyum metoksit çözeltisi 0.58 ml ekleyerek çözeltisi 1. 10 ml hazırlayın.
  2. izopropanol 9.76 ml ultra saf su 0.24 ml ekleyerek çözüm # 2 10 ml hazırlayın.
  3. (: 625 g / mol, ortalama molekül ağırlığı), Triton X-100, 0.44 ml, ardından, bir 3 boyunlu 500 ml'lik yuvarlak tabanlı bir şişeye izopropanol 280 ml ilave edilir. Manyetik bir karıştırma çubuğuna sahip olan iyi bir çözelti ilave edin.
  4. 0.333 ml / dakika bir oranda çözüm # 1 ve # 2 sunmak için bir çift kanal şırınga pompası hazırlayın.
  5. Yük çözeltiler 500 ml'lik yuvarlak tabanlı bir şişe içinde çözelti seviyesinin altında şırıngayla çözeltinin teslim sağlayacak bir boru uzunluğunu ile donatılmış iki ayrı 10 ml'lik şırınga # 1 ve # 2.
  6. Karıştırılırken, 1.4 adım programlanmış şırınga pompası kullanılarak reaksiyona çözeltiler # 1 ve # 2 (her biri 10 mL) her ekleyin.
    7. <İlave işlemi tamamlandıktan sonra, li> balon kap ve oda sıcaklığında 24 saat boyunca karıştırılmaya devam etmektedir.
  7. şişeyi kapağını açmak ve reaksiyon karışımı ısı ~ 45-90 dakika boyunca 82 ° C'de (geri akan izopropanol), ısıtma muhafaza edilirken, nitrojen ile temizlenerek ve ardından yine. izopropanol buharlaştırılır olarak buharlaştırılarak izopropanol yerine aralıklı olarak ultra saf su ekleyin.
  8. izopropanol en buharlaştırıldı ve eklenen suyun hacmi, yaklaşık 50 ml sonra, ısıyı uzaklaştırmak ve reaksiyon karışımı soğumaya bırakın.
  9. 0.1-um naylon filtre kağıdından filtre ürünü toplamak ve yüzey aktif madde ve herhangi bir artık izopropanol çıkarmak için su ile bir kaç kez yıkayın. kuruyana kadar filtre yok. Yıkama işlemi tamamlandıktan sonra, önceden tartılmış bir şişe veya bir şişe içine filtre çamuru transferi ve sulu bir bulamaç halinde saklayın.
  10. bulamacın katı ağırlık yüzdelerine belirlenerek verimi belirlemek. Bunun bir eş payı ağırlığı ölçülerek yapılabilirönce ve kurutulduktan sonra bulamaç.

2. Au (III) İyon Değişimi

  1. 50 ml bir santrifüj tüpüne 4.23 ağırlıkça% Nmst bulamacın 6.50 g aktarın. Bu miktar, yukarıda adım 1.10 üretilen Nmst bulamacın gerçek ağırlık yüzdesine dayanıldığında, ve adım 1.11 belirlenen değişebilir.
  2. 1-dram cam şişenin içine HAuCl 4 · 3H 2 O 0,0659 g tartılır. Hedef Ti: Au kütle oranı 4: 1.
  3. Su ~ 1 ml HAuCl 4 · 3H H2O içinde çözülür, daha sonra Nmst ihtiva eden bir santrifüj tüpüne aktarılır. 2 O Nmst ihtiva eden bir santrifüj tüpüne aktarılır HAuCl 4 · 3H tüm sağlamak için ek su ile şişe birkaç kere yıkayın.
  4. 11 ml toplam hacmi getirmek için, gerektiğinde ek su ile süspansiyon seyreltilir. yaklaşık 15 mM arasındaki nihai bir Au (III) 'ün konsantrasyonu hedef.
  5. Karanlıkta süspansiyon tutmak için folyo ile santrifüj tüp sarın birdaha sonra 4 gün, en az bir çalkalama rotisserie ilgili süspansiyon çamaşır d.
  6. 15 dk katı izole etmek için 3000 xg santrifüj ürünü toplayın. 15 dakika bir değişime uğramamış Au (III) 'kaldırmak için 3000 x g'de santrifüj ile suda yeniden dağıtılmasıyla, katılar damıtılmış su ile üç kere yıkanır ve reizolatı.
  7. Her iki suda yeniden dağıtılmasıyla bir sulu süspansiyon halinde, ya da nihai yıkama suyu boşaltılarak ve tüp sınırı ile nemli bir katı olarak nihai ürün saklayın. Karanlıkta ürünü saklayın.

Peroxotitanate 3. hazırlanması

  1. Küçük bir şişeye Nmst bir 9.8 ağırlık% bulamacın 5 g aktarın.
  2. Ağırlıkça% 30 H2O 2 çözeltisi 0.154 g tartılır. Hedef H2O 2: Ti molar oranı 0.25: 1 'dir.
  3. Nmst süspansiyon karıştırılırken de 2 O 2 çözeltisi damla damla H 0.154 g ekleyin. WHI H2O 2 Ekleme üzerine, süspansiyon,te katılar hemen sarıya döner.
  4. İlave işlemi tamamlandıktan sonra, 24 saat süre ile, oda sıcaklığında reaksiyon karıştırıldı.
  5. 0.1-um naylon filtre vasıtasıyla filtre ürünü toplamak ve reaksiyona girmemiş H 2 O 2 çıkarmak için su ile bir kaç kez yıkayın. kuruyana kadar filtre yok. Yıkama işlemi tamamlandıktan sonra, önceden tartılmış bir şişe veya bir şişe içine filtre çamuru transferi ve sulu bir bulamaç halinde saklayın.

Sonuçlar

MST tetraizopropoksititanyum (IV) 'ün (TIPT), sodyum metoksit ve su birleştirildiği bir sol-jel yöntemi ile sentezlenmiş ve MST tohum parçacıklarının oluşturulması için, izopropanol içinde reaksiyona sokulur. 4 mikron-boyutlu parçacıkları, daha sonra ilave kontrollü eklenmesiyle büyütülür reaktifler miktarları. Elde edilen parçacıklar amorf çekirdek ve uzunluğu 50 nm çapında yaklaşık 10 nm boyuta sahip bir dış elyaflı bölge bulunur. 20

Tartışmalar

gereksiz Suyun varlığı, saf olmayan reaktifler, örneğin, reaksiyon sonucu değiştirebilir daha büyük ya da daha fazla çok yönlü dağılmış parçacıkların yol açar. Bu nedenle, bakım kuru reaktifler kullanılmasını sağlamak için önlemler alınmalıdır. Titanyum izopropoksit ve sodyum metoksit kullanılmadığı zaman bir kurutucuda saklanmalıdır. Yüksek saflıkta izopropanol, aynı zamanda sentez için kullanılmalıdır.

Sıcaklık formu parçacık bir jel ürünü ...

Açıklamalar

The authors have nothing to disclose.

Teşekkürler

The authors thank the Laboratory Directed Research and Development program at the Savannah River National Laboratory (SRNL) for funding. We thank Dr. Fernando Fondeur for collection and interpretation of the FT-IR spectra and Dr. John Seaman of the Savannah River Ecology Laboratory for the use of the DLS instrument for particle size measurements. We also thank the Dr. Daniel Chan of the University of Washington and the National Institute of Health (Grant #1R01DE021373-01), for funding experiments investigating the ion exchange reactions with Au(III). The Savannah River National Laboratory is operated by Savannah River Nuclear Solutions, LLC for the Department of Energy under contract DE-AC09-08SR22470.

Malzemeler

NameCompanyCatalog NumberComments
Titanium(IV) isopropoxideSigma Aldrich37799699.999% trace metals basis
Isopropyl alcholol, 99.9%Sigma Aldrich650447HPLC grade (Chomasolv)
Sodium methoxide in methanolSigma Aldrich15625625 wt%
Triton X-100Sigma AldrichT9284BioXtra
hydrogen tetrachloroaurate(III) trihydrateSigma AldrichG4022ACS reagent grade
hydrogen peroxide (30 wt%)FisherH325Certified ACS
10-ml syringesFisher14-823-16E
Dual channel syringe pumpCole ParmerEW-74900-10Or equivalent programmable dual channel syringe pump
Tygon tubing 1/8 inch ID, 1/4 inch ODCole ParmerEW-0640776
Tygon tubing 1/16 inch ID, 1/8 inch ODCole ParmerEW-0740771
0.1-µm Nylon filterFisherR01SP04700
Labquake shaker rotisserieThermo Scientific4002110Q

Referanslar

  1. O'Regan, B., Grätzel, M. A low-cost, high-efficiency solar cell based on dye-sensitized colloidal TiO2 films. Nature. 353, 737-740 (1991).
  2. Frank, A. J., Kopidakis, N., van de Lagemaat, J. Electrons in nanostructured TiO2 solar cells: transport, recombination and photovoltaic properties. Coord. Chem. Rev. 248 (13-14), 1165-1179 (2004).
  3. Mor, G. K., Varghese, O. K., Paulose, M., Shankar, K., Grimes, C. A. A review on highly ordered, vertically oriented TiO2 nanotube arrays: fabrication, material properties, and solar energy applications. Sol. Energy Mater. Sol. Cells. 90 (14), 2011-2075 (2006).
  4. Dosch, R. G. . Use of titanates in decontamination of defense waste. Report RS-8232-2/50318. , (1978).
  5. Sylvester, P., Clearfield, A. The removal of strontium from simulated Hanford tank wastes containing complexants. Sep. Sci. Technol. 34 (13), 2539-2551 (1999).
  6. Manna, B., Dasgupta, M., Ghosh, U. C. Crystalline hydrous titanium(IV) oxide (CHTO): an arsenic(III) scavenger from natural water. J. Water Supply Res. T. 53, 483-495 (2004).
  7. Elvington, M. C., Click, D. R., Hobbs, D. T. Sorption behavior of monosodium titanate and amorphous peroxotitanate materials under weakly acidic conditions. Sep. Sci. Technol. 45 (1), 66-72 (2010).
  8. Wataha, J. C., et al. Titanates deliver metal ions to human monocytes. J. Mater. Sci.: Mater. Med. 21 (4), 1289-1295 (2010).
  9. Chung, W. O., et al. Peroxotitanate- and monosodium metal-titanate compounds as inhibitors of bacterial growth. J. Biomed. Mater. Res., Part A. 97 (3), 348-354 (2011).
  10. Hobbs, D. T., et al. Strontium and actinide separations from high level nuclear waste solutions using monosodium titanate 1. Simulant testing. Sep. Sci. Technol. 40 (15), 3093-3111 (2005).
  11. Ramirez-Salgdo, J., Djrado, E., Fabry, P. Synthesis of sodium titanate composites by sol-gel method for use in gas potentiometric sensors. J. Eur. Ceram. Soc. 24 (8), 2477-2483 (2004).
  12. Yang, J., et al. Study on composition, structure and formation process of nanotube Na2Ti2O4(OH)2. Dalton Trans. 2003 (20), 3898-3901 (2003).
  13. Chen, W., Guo, X., Zhang, S., Jin, Z. TEM study on the formation mechanism of sodium titanate nanotubes. J. Nanopart. Res. 9 (6), 1173-1180 (2007).
  14. Meng, X., Wang, D., Liu, J., Zhang, S. Preparation and characterization of sodium titanate nanowires from brookite nanocrystallites. Mater. Res. Bull. 39 (14-15), 2163-2170 (2004).
  15. Yada, M., Goto, Y., Uota, M., Torikai, T., Watari, T. Layered sodium titanate nanofiber and microsphere synthesized from peroxotitanic acid solution. J. Eur. Ceram. Soc. 26 (4-5), 673-678 (2006).
  16. Stewart, T. A., Nyman, M., deBoer, M. P. Delaminated titanate and peroxotitanate photocatalysts. Appl. Catal. B. 105 (1-2), 69-76 (2011).
  17. Rejman, J., Oberle, V., Zuhorn, I. S., Hoekstra, D. Size-dependent internalization of particles via the pathways of clathrin- and caveolae-mediated endocytosis. Biochem. J. 377 (1), 159-169 (2004).
  18. Hobbs, D. T., Taylor-Pashow, K. M. L., Elvington, M. C. Formation of nanosized metal particles on a titanate carrier. US patent application. , (2015).
  19. Elvington, M. C., Tosten, M., Taylor-Pashow, K. M. L., Hobbs, D. T. Synthesis and characterization of nanosize sodium titanates. J. Nanopart. Res. 14, 1114 (2012).
  20. Duff, M. C., Hunter, D. B., Hobbs, D. T., Fink, S. D., Dai, Z., Bradley, J. P. Mechanisms of strontium and uranium removal from high-level radioactive waste simulant solutions by the sorbent monosodium titanate. Environ. Sci. Technol. 38 (19), 5201-5207 (2004).
  21. Puangpetch, T., Sreethawong, T., Chavadej, S. Hydrogen production over metal-loaded mesoporous-assembled SrTiO3 nanocrystal photocatalysts: effects of metal type and loading. Int. J. Hydrogen Energy. 35 (13), 6531-6540 (2010).
  22. Fan, X., et al. Facile method to synthesize mesoporous multimetal oxides (ATiO3, A = Sr, Ba) with large specific surface areas and crystalline pore walls. Chem. Mater. 22 (4), 1276-1278 (2010).
  23. Rossmanith, R., et al. Porous anatase nanoparticles with high specific area prepared by miniemulsion technique. Chem. Mater. 20 (18), 5768-5780 (2008).
  24. Wu, Y., Zhang, Y., Xu, J., Chen, M., Wu, L. One-step preparation of PS/TiO2 nanocomposite particles via miniemulsion polymerization. J. Colloid Interface Sci. 343 (1), 18-24 (2010).
  25. Jiang, C., Ichihara, M., Honmaa, I., Zhou, H. Effect of particle dispersion on high rate performance of nano-sized Li4Ti5O12 anode. Electrochim. Acta. 52 (23), 6470-6475 (2007).
  26. Bouras, P., Stathatos, E., Lianos, P. Pure versus metal-ion-doped nanocrystalline titania for photocatalysis. Appl. Catal. B. 73 (1-2), 51-59 (2007).
  27. Bonino, R., et al. Ti-Peroxo species in the TS-1/H2O2/H2O system. J. Phys. Chem. B. 108 (11), 3573-3583 (2004).
  28. Bordiga, S., et al. Resonance Raman effects in TS-1: the structure of Ti(IV) species and reactivity towards H2O, NH3 and H2O2: an in situ study. Phys. Chem. Chem. Phys. 2003 (5), 4390-4393 (2003).
  29. Vacque, V., Sombret, B., Huvenne, J. P., Legrand, P., Suc, S. Characterization of the O-O peroxide band by vibrational spectroscopy. Spectrochim. Acta Part A. 53 (1), 55-66 (1997).

Yeniden Basımlar ve İzinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi

Izin talebi

Daha Fazla Makale Keşfet

KimyaSay 108nanopartik llersol jeltitanaty zey aktif maddeiyon de i imihidrojen peroksit

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Gizlilik

Kullanım Şartları

İlkeler

Bize Ulaşın

KÜTÜPHANEYE TAVSİYE ET

JoVE HABER BÜLTENLERİ

Araştırma

Eğitim

Yazarlar

Kütüphaneciler

JoVE Hakkında

Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır