Préparation Facile de particules d'hydroxyde d'aluminium ultrafin avec ou sans MCM-41 mésoporeux dans des environnements ambiants
Summary
Une suspension de nanoparticules d'hydroxyde d'aluminium ultrafin a été préparée via le titrage contrôlé de [Al (H 2 O)] 3+ avec de la L-arginine à pH 4,6 avec et sans confinement à effet cage dans les canaux mésoporeux de MCM-41.
Abstract
Une suspension aqueuse de nanogibbsite a été synthétisée via le titrage d'aluminium aqua acid [Al (H 2 O) 6 ] 3+ avec de la L-arginine à pH 4,6. Puisque l'hydrolyse des sels aqueux d'aluminium est connue pour produire un large éventail de produits avec une large gamme de distributions de taille, une variété d'instruments à la fine pointe de la technologie ( c'est-à-dire 27 Al / 1H RMN, FTIR, ICP-OES , TEM-EDX, XPS, XRD et BET) ont été utilisés pour caractériser les produits de synthèse et l'identification des sous-produits. Le produit, qui comprenait des nanoparticules (10 à 30 nm), a été isolé en utilisant une technique de colonne de chromatographie par permeation de gel (GPC). La spectroscopie à infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) et la diffraction des rayons X en poudre (PXRD) ont identifié le matériau purifié comme polymorphisme de l'hydroxyde d'aluminium. L'addition de sels inorganiques ( par exemple , NaCl) induit une déstabilisation électrostatique de la suspension, agglomérant ainsi les nanoparticules à YieLd Al (OH) 3 précipite avec de grandes tailles de particules. En utilisant la nouvelle méthode de synthèse décrite ici, Al (OH) 3 a été partiellement chargé à l'intérieur du cadre mésoporeux hautement commandé de MCM-41, avec des dimensions de pores moyennes de 2,7 nm, produisant un matériau aluminosilicate à la fois à l'octaédrique et à l'atome tétraédrique Al (O h / T d = 1,4). Le contenu total en Al, mesuré à l'aide d'une spectrométrie de rayons X à énergie dispersive (EDX), était de 11% p / p avec un rapport molaire Si / Al de 2,9. Une comparaison de l'EDX en vrac et de l'analyse élémentaire de la spectroscopie photoélectronique de rayons X (XPS) a permis de mieux comprendre la distribution d'Al dans le matériau aluminosilicate. En outre, un rapport plus élevé de Si / Al a été observé sur la surface externe (3.6) par rapport à la masse (2.9). L'approximation des rapports O / Al suggère une concentration plus élevée de groupes Al (O) 3 et Al (O) 4 près du noyau et de la surface externe, respectivement. La synthèse nouvellement développée de Al-MCM-41 donne un reUn contenu Al fortement élevé tout en maintenant l'intégrité du cadre de silice ordonné et peut être utilisé pour des applications où les nanoparticules Al 2 O 3 hydratées ou anhydres sont avantageuses.
Introduction
Les matériaux en hydroxyde d'aluminium sont des candidats prometteurs pour une variété d'applications industrielles, y compris la catalyse, les produits pharmaceutiques, le traitement de l'eau et les produits cosmétiques. 1 , 2 , 3 , 4 À des températures élevées, l'hydroxyde d'aluminium absorbe une quantité importante de chaleur pendant la décomposition pour donner de l'alumine (Al 2 O 3 ), ce qui en fait un agent ignifuge utile. 5 Les quatre polymorphes connus de l'hydroxyde d'aluminium ( c.-à-d . Gibbsite, bayerite, nordstrandite et doinyite) ont été étudiés en utilisant des techniques de calcul et expérimentales pour améliorer notre compréhension de la formation et de leurs structures 6 . La préparation de particules à l'échelle nanométrique est particulièrement intéressante en raison de leur potentiel de présenter des effets quantiques et des propriétés différentes de celles de laLes homologues en vrac. Les particules de Nanogibbsite avec des dimensions de l'ordre de 100 nm sont facilement préparées dans diverses conditions 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14 .
Le dépassement des défis inhérents associés à la réduction des tailles de particules est difficile; Par conséquent, il n'existe que quelques cas où les particules de nanogibbsite ont des dimensions de l'ordre de 50 nm. 14 , 15 , 16 , 17 À notre connaissance, il n'y a pas eu de rapports sur des particules de nanogibbsite inférieures à 50 nm. En partie, cela est attribué au fait que les nanoparticules ont tendance à s'agglomérer en raison de l'instabilité électrostatiqueEt la forte probabilité de formation de liaisons hydrogène entre les particules colloïdales, en particulier dans les solvants protiques polaires. Notre objectif était de synthétiser de petites nanoparticules d'Al (OH) 3 en utilisant des ingrédients et des précurseurs exclusivement sûrs. Dans le travail en cours, l'agrégation des particules aqueuses a été inhibée en incorporant un acide aminé ( c.-à-d. , La L-arginine) comme tampon et stabilisant. De plus, il est rapporté que l'arginine contenant du guanidinium a empêché la croissance et l'agrégation des particules d'hydroxyde d'aluminium pour donner une suspension colloïdale aqueuse avec des tailles de particules moyennes de 10 à 30 nm. Il est proposé ici que les propriétés amphotères et zwitterioniques de l'arginine atténuent la charge superficielle des nanoparticules d'hydroxyde d'aluminium pendant l'hydrolyse douce pour nuire à la croissance des particules au-delà de 30 nm. Bien que l'arginine ne soit pas capable de réduire la taille des particules en dessous de 10 nm, de telles particules ont été obtenues en profitant de l'effet de confinement "cage"Dans les mésopores de MCM-41. La caractérisation du matériau composite Al-MCM-41 a révélé des nanoparticules d'hydroxyde d'aluminium ultrafin dans la silice mésoporeuse, qui a une taille de pore moyenne de 2,7 nm.
Protocol
Representative Results
Discussion
La préparation d'une solution aqueuse de chlorure d'aluminium impliquait l'utilisation d'un sel d'hexahydrate cristallin de chlorure d'aluminium. Bien que la forme anhydre puisse également être utilisée, elle n'est pas préférée en raison de ses propriétés hygroscopiques significatives, ce qui rend difficile de travailler avec et de contrôler la concentration d'aluminium. Il convient de noter que la solution de chlorure d'aluminium devrait être utilisée en plusieurs jours d…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Les auteurs remercient le Dr Thomas J. Emge et Wei Liu de l'Université Rutgers pour leur analyse et leur expertise dans la diffraction des rayons X à petite angine et la diffraction des rayons X en poudre. En outre, les auteurs reconnaissent Hao Wang pour son soutien avec les expériences d'adsorption N 2 .
Materials
| aluminum chloride hexahydrate | Alfa Aesar | 12297 | |
| L-arginine | BioKyowa | N/A | |
| aluminum hydroxide | Sigma Aldrich | 239186 | |
| Bio-Gel P-4 Gel | Bio-Rad | 150-4128 | |
| Mesoporous siica (MCM-41 type) | Sigma Aldrich | 643645 |
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