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

Çok ince bir alüminyum hidroksit nanoparçacık süspansiyonu, MCM-41'in mezogözenekli kanalları içinde kafes efekti kısıtlaması olmaksızın ve olmadan 4.6'ya kadar L-arginin ile [Al (H20)] 3'ün kontrollü titrasyonu ile hazırlandı.

Özet

Nanogibbsite ait sulu bir süspansiyon, alüminyum su asidi [Al (H20) 6 ] 3+ 'nın L-arginin ile pH 4.6'ya titrasyonu ile sentezlendi. Sulu alüminyum tuzlarının hidrolizinin, geniş bir boyut dağılımı dağılımına sahip geniş bir ürün yelpazesi ürettiği bilinmekle birlikte, çeşitli son teknoloji cihazlar ( yani, 27 Al / 1 H NMR, FTIR, ICP-OES , TEM-EDX, XPS, XRD ve BET), sentez ürünlerini ve yan ürünlerin tanımlanmasını karakterize etmek için kullanıldı. Nanopartiküllerden (10-30 nm) oluşan ürün, jel permeasyon kromatografisi (GPC) sütun tekniği kullanılarak izole edildi. Fourier transform infrared (FTIR) spektroskopisi ve toz X-ışını kırınımı (PXRD) saflaştırılmış materyali alüminyum hidroksitin gibbsite polimorfu olarak tanımladı. İnorganik tuzların ( örn. , NaCl) ilavesi, süspansiyonun elektrostatik istikrarsızlaştırılmasına yol açtı, böylece nanoparçacıkların yoğundurulması sağlandıAl Al (OH) 3 , büyük parçacık boyutlarıyla çökelir. Burada tarif edilen yeni sentetik metodu kullanarak Al (OH) 3 , MCM-41'in yüksek derecede düzenlenmiş mezo-gözenekli çerçevesinin içinde ortalama gözenek boyutları 2.7 nm olan kısmen yüklendi ve hem oktahedral hem de tetrahedral Al (O / saat) ile bir alüminosilikat malzeme üretti. T d = 1.4). Enerji dağılımlı X-ışını spektrometresi (EDX) kullanılarak ölçülen toplam Al içeriği,% 2.9 Si / Al molar oranı ile% 11 idi. Toplu EDX'in yüzey X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS) element analizi ile karşılaştırılması, alüminosilikat materyal içindeki Al dağılımı hakkında bilgi sağlamıştır. Dahası, dış yüzeyde (3.6) hacim (2.9) ile karşılaştırıldığında Si / Al oranının daha yüksek olduğu görülmüştür. O / Al oranlarının yaklaşıklıkları sırasıyla çekirdeğin ve dış yüzeyin yakınında daha yüksek bir Al (O) 3 ve Al (O) 4 konsantrasyonuna işaret etmektedir. Al-MCM-41'in yeni geliştirilmiş sentezi,Sıralı yüksek silisyum dioksit muhteviyatı sağlarken, sıralı silis çerçevesinin bütünlüğünü korur ve hidratlı veya susuz AI203 nanopartiküllerin avantajlı olduğu uygulamalar için kullanılabilir.

Giriş

Alüminyum hidroksit malzemelerin kataliz, ilaç, su arıtma ve kozmetik dahil olmak üzere endüstriyel uygulamalar için umut vadeden adaylar vardır. 1 , 2 , 3 , 4 Yüksek sıcaklıklarda, alüminyum hidroksit (Al2O3) üretmek için parçalanma esnasında önemli miktarda ısı emer ve bu da alev geciktirici bir ajan haline gelir. Alüminyum hidroksitin bilinen dört polimorfu ( yani , gibbsite, bayerit, nordstrandit ve doyleit) hesaplama ve deney yöntemleriyle araştırılarak oluşum ve yapılarının anlaşılması 6 . Nano ölçekli parçacıkların hazırlanması, kuantum efektleri sergileme potansiyeli ve teorilerinkinden farklı özelliklere sahip olması nedeniyle özellikle ilgi çekicidirR toplu meslektaşları. 100 nm düzeyindeki boyutlara sahip nanogibsit parçacıkları çeşitli koşullar altında kolaylıkla hazırlanır 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14 .

Parçacık boyutlarını daha da azaltmakla ilgili olarak ortaya çıkan zorlukların üstesinden gelmek zordur; Bu nedenle, nanogibbsite parçacıkların boyutları 50 nm civarında olduğu yalnızca birkaç durum mevcuttur. 14 , 15 , 16 , 17 Bildiğimiz kadarıyla, 50 nm'den daha küçük nanogibit partikülleri raporu bulunmamaktadır. Kısmen, nanoparçacıkların elektrostatik istikrarsızlıktan ötürü yığılma eğilimi gösterdiği düşünülmektedirVe özellikle polar protik çözücülerde koloidal partiküller arasında hidrojen bağlarının oluşma ihtimali yüksektir. Amacımız, yalnızca güvenli maddeleri ve öncülleri kullanarak küçük Al (OH) 3 nanopartiküllerini sentezlemekti. Mevcut çalışmada, bir tampon ve stabilizör olarak bir amino asit ( yani , L-arginin) eklenerek sulu parçacık agregasyonu engellendi. Dahası guanidinyum içeren argininin, alüminyum hidroksit parçacıklarının büyümesini ve toplanmasını önlediği ve ortalama parçacık boyutları 10-30 nm olan sulu bir koloidal süspansiyon oluşturduğu bildirilmektedir. Argininin amfoterik ve zvitteriyonik özelliklerinin, hafif hidroliz sırasında alüminyum hidroksit nanopartikülleri yüzey yükünü hafiflettiği ve 30 nm'nin ötesinde partikül büyümesini hafiflettiği önerilir. Arginin, parçacık boyutunu 10 nm'nin altına düşürememekle birlikte, bu parçacıklar, "kafes" sınırlandırıcı etkiden yararlanılarak elde edilmiştirMCM-41'in mezo gözeneklerinde. Al-MCM-41 bileşik maddesinin karakterizasyonu, 2.7 nm'lik bir ortalama gözenek boyutuna sahip olan mezo-gözenekli silisyum içinde ultra ince alüminyum hidroksit nanopartiküllerini ortaya çıkarmıştır.

Protokol

1. Al (OH) 3 Nanopartikül Sentezi

  1. 1.40 g alüminyum klorid hekzahidrat 5.822 g deiyonize suda eritilir.
  2. Manyetik olarak karıştırılarak sulu alüminyum klorür solüsyonuna 2.778 g L-arginin ilave edin. L-arginin yavaşça ilave edilir, böylece eklenen arginin erir ve büyük kümeler veya parçalar oluşturmaz; Ayrıca, yavaş bir ilave, yerel alkalilik konsantrasyonlarını azaltır ve daha kontrol edilebilir bir hidroliz için koşullar sağlar.
  3. Tüm arginin çözeltiye karıştıktan sonra, çözeltiyi 50 ° C'de 72 saat ısıtın; Bu noktada, çözüm bulutlu bir süspansiyon halinde görünebilir.

2. Al (OH) 3'ün NaCI ile çökeltilmesi

  1. 49 uzunluğunda ve 1.125 çapında bir GPC sütunu hazırlayın. Jel ilavesinin ardışık basamaklarında jel koyun ve jel boncukları arasında en az boşluk bırakarak doğru ambalajlamayı sağlamak için suyun kolondan akmasına izin verin. Paketini verJel sütunun yaklaşık% 80'i; Paketlenen jel miktarı her seferinde değişir ve yalnızca ayrılan türlerin alıkonma zamanını etkiler.
  2. 10 mL'lik enjektör döngüsü ile bir HPLC pompası kullanarak 10 mL sentezlenmiş Al (OH) 3 nanoparçacık süspansiyonu (adım 1.3'te hazırlanan) kolona sokun. Enjektör döngüsünü, yaklaşık 0.125 inç çapında ve 10 mL enjekte edilen numuneyi vermek üzere kalibre edilen bir boru kullanılarak özel hale getirin.
  3. DRI tepe konumu ile ilişkili aralıklarla sütun elution'u toplayın. GPC çıktısını bir diferansiyel kırınım indeksi (dRI) dedektörünün girişine bağlayın.
    NOT: Ayrılan türler GPC'den çıktıklarında, dri dedektöründe tepe noktası olarak görülür ve daha sonra 125 mL'lik şişelerde toplanır. GPC sütunu, aljinik spektrumundan arginini ayırt etmek için, hem boyut tahliye kromatografisi (SEC) hem de elemental analiz (EA) ile toplanan ve analiz edilen iki iyi çözülmüş tepe noktası üretirleri. Toplanan toplam hacim, GPC sütununun boyutuna, kullanılan toplam paketleme maddesinin miktarına ve kolonun ayrılması için kullanılan deiyonize suyun debisine bağlı olacaktır.
    1. Pik 1 fraksiyonunun çoğunluğunu 0,2 mL / dakika akış oranında 100 dakika boyunca toplayın.
    2. Eluent'i, GPC sütununun RI detektöründe bir pik ortaya çıkınca 30 dakika aralıklarla toplayın.
      NOT: Aralık aralığının değiştirilmesi sonuçtaki saflaştırılmış zirve 1 maddesinin konsantrasyonunu ve saflığını değiştirir. Belirli bir kolon için en yüksek konsantrasyon ve pik 1 türünün hangi bölümünü içerdiğini belirlemek için zirveden küçük aralıklar toplamak daha iyidir.
  4. Ağırlıkça% 1 NaCl hazırlayın.
  5. Hazırlanan NaCl solüsyonunu 10 mL saf Al (OH) 3 nanopartiküllerine damla damla ilave edin; NaCl çökeltme kullanılarak hazırlanan materyal daha deneyler için kullanılmaz.

3. Al-MCM-41'in hazırlanması

  1. ACVakumlu bir fırında 3 saat süreyle 120 ° C'de yaklaşık 1.0 g MCM-41'yi aktif hale getirin.
  2. 9.6926 g AlCl3.6H20 ile 40.3074 g deiyonize su birleştirilerek 50.0 g alüminyum klorür çözeltisi hazırlanır.
  3. 0,7 g aktif MCM-41'i, 50.0 g alüminyum klorür çözeltisine ilave edin (aşama 3.2'de hazırlanmıştır).
  4. MCM-41 kanalları boyunca yayılmış AlCl 3 homojenliğini sağlamak için yeterli karıştırma süresine (1 saat) izin verin.
  5. Manyetik karıştırma altında 2.75'lik bir Arg / Al molar oranına kadar heterojen karışıma L-arginin ilave edin. Adım 1.2'ye benzer şekilde, arjinini, eklemeye devam etmeden önce, anında oluşan çöplerin tekrar çözülüp indirgenmesini ve arjininin kümeleşmesini azaltmasını sağlayacak kadar yavaş yavaş ilave edin.
  6. Bir kez homojen hale getirildiğinde, karışım 50 ° C'de 72 saat ısıtılır.
  7. Elde edilen heterojen çözeltiyi vakum altında ve niteliksel 90 mm filtre kağıdı daireleriyle donatılmış bir Buchner hunisi kullanarak filtre edin(Veya uygun herhangi bir filtre kâğıdı).
  8. Üretilen Al-MCM-41 materyalinden reaksiyona girmemiş alüminyum klorür, arginin veya suda çözünür yan ürünlerin uzaklaştırılmasını sağlamak için filtrelenmiş beyaz tozu fazla miktarda deiyonize su ile yıkayın.

Sonuçlar

Nanogibsit Sentezi

Nanogibsit, AlCl3 · 6H20 (ağırlıkça% 14) L-arginin ile son bir Arg / Al mol oranının 2.75'e kadar titre edilmesiyle hazırlandı. Nanogibbsite parçacıkların sentezi, kısmen hidrolize edilmiş alüminyum klorür çözeltileri için yaygın olarak kullanılan bir analiz tekniği olan, zirveleri 1, 2, 3, 4 ve 5 1 olarak belirlenen beş alanı belirleyebilen SEC aracılığıy...

Tartışmalar

Sulu bir alüminyum klorür çözeltisinin hazırlanması, alüminyum kloridin kristal halinde bir hekzahidrat tuzunun kullanılmasını gerektirdi. Susuz form da kullanılabilmesine rağmen, önemli higroskopik özelliklerinden dolayı tercih edilmemektedir; bu da, alüminyum konsantrasyonunu kontrol etmek ve kontrol etmek zorlaşmaktadır. Alüminyum klorür çözeltisinin hazırlığın birkaç gün içinde kullanılması gerektiğini dikkate alarak dikkatli olun çünkü zamanla [Al (H20) 6 ] 3 +

Açıklamalar

Yazarların açıklayacak bir şeyi yok.

Teşekkürler

Yazarlar, küçük açılı X-ışını kırınımı ve toz X-ışını kırınımı konusundaki analizleri ve uzmanlıkları için Rutgers Üniversitesi'nden Dr. Thomas J. Emge ve Wei Liu'ya teşekkürlerini sunar. Yazarlar ayrıca Hao Wang'ı N 2 adsorpsiyon deneyleriyle desteklediği için onaylarlar.

Malzemeler

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

Referanslar

  1. Laden, K. . Antiperspirants and Deodorants. , (1999).
  2. Kumara, C. K., Ng, W. J., Bandara, A., Weerasooriya, R. Nanogibbsite: Synthesis and characterization. J. Colloid Interface Sci. 352 (2), 252-258 (2010).
  3. Demichelis, R., Noel, Y., Ugliengo, P., Zicovich-Wilson, C. M., Dovesi, R. Physico-Chemical Features of Aluminum Hydroxides As Modeled with the Hybrid B3LYP Functional and Localized Basis Functions. J.Phys. Chem. C. 115 (27), 13107-13134 (2011).
  4. Elderfield, H., Hem, J. D. The development of crystalline structure in aluminum hydroxide polymorphs on ageing. Mineral. Mag. 39, 89-96 (1973).
  5. Wang, S. L., Johnston, C. T. Assignment of the structural OH stretching bands of gibbsite. Am. Mineral. 85, 739-744 (2000).
  6. Balan, E., Lazzer, M., Morin, G., Mauri, F. First-principles study of the OH-stretching modes of gibbsite. Am. Mineral. 91 (1), 115-119 (2006).
  7. Scherrer, P. Bestimmung der Grosse und der inneren Struktur von Kolloidteilchen mittels Rontgenstrahlen . Gottingen. 26, 98-100 (1918).
  8. Langford, J. I., Wilson, A. J. C. Scherrer after sixty years: a survey and some new results in the determination of crystallite size. J. Appl. Cryst. 11 (2), 102-113 (1978).
  9. Swaddle, T. W., et al. Kinetic Evidence for Five-Coordination in AlOH(aq)2+ Ion. Science. 308 (5727), 1450-1453 (2005).
  10. Casey, W. H. Large Aqueous Aluminum Hydroxide Molecules. Chem. Rev. 106 (1), 1-16 (2006).
  11. Lutzenkirchen, J., et al. Adsorption of Al13-Keggin clusters to sapphire c-plane single crystals: Kinetic observations by streaming current measurements. Appl. Surf. Sci. 256 (17), 5406-5411 (2010).
  12. Mokaya, R., Jones, W. Efficient post-synthesis alumination of MCM-41 using aluminum chlorohydrate containing Al polycations. J. Mater. Chem. 9 (2), 555-561 (1999).
  13. Brunauer, S., Deming, L. S., Deming, W. E., Teller, E. On a Theory of the van der Waals adsorption of gases. J. Am. Chem. Soc. 62 (7), 1723-1732 (1940).
  14. Kresge, C. T., Leonowicz, M. E., Roth, W. J., Vartuli, J. C., Beck, J. S. Ordered mesoporous molecular sieves synthesized by a liquid-crystal template mechanism. Nature. 359 (6397), 710-712 (1992).
  15. Zeng, Q., Nekvasil, H., Grey, C. P. Proton Environments in Hydrous Aluminosilicate Glasses: A 1H MAS, 1H/27Al, and 1H/23Na TRAPDOR NMR Study. J. Phys. Chem. B. 103 (35), 7406-7415 (1999).
  16. Kao, H. M., Grey, C. P. Probing the Bronsted and Lewis acidity of zeolite HY: A 1H/27Al and 15N/27Al TRAPDOOR NMR study of mono-methylamine adsorbed on HY. J. Phys. Chem. 100 (12), 5105-5117 (1996).
  17. DeCanio, E. C., Edwards, J. C., Bruno, J. W. Solid-state 1H MAS NMR characterization of γ-alumina and modified γ-aluminas. J. Catal. 148 (1), 76-83 (1994).
  18. Shafran, K. L., Deschaume, O., Perry, C. C. The static anion exchange method for generation of high purity aluminium polyoxocations and monodisperse aluminum hydroxide nanoparticles. J. Mater. Chem. 15 (33), 3415-3423 (2005).
  19. Vogels, R. J. M. J., Kloprogge, J. T., Geus, J. W. Homogeneous forced hydrolysis of aluminum through the thermal decomposition of urea. J. Colloid Interface Sci. 285 (1), 86-93 (2005).

Yeniden Basımlar ve İzinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi

Izin talebi

Daha Fazla Makale Keşfet

KimyaSay 123hidrolizal minyum hidroksitnanogibsitmezog zenekli silis27 Al n kleer manyetik rezonansboyut d lama kromatografisihidrodinamik yar ap

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