Facile Vorbereitung von ultrafeinen Aluminiumhydroxidpartikeln mit oder ohne mesoporösem MCM-41 in Umgebungsbedingungen
Summary
Eine ultrafeine Aluminiumhydroxid-Nanopartikel-Suspension wurde über die kontrollierte Titration von [Al (H 2 O)] 3+ mit L-Arginin auf pH 4,6 mit und ohne Käfigeffekt-Confinement in mesoporösen Kanälen von MCM-41 hergestellt.
Abstract
Eine wässrige Suspension von Nanogibbsit wurde über die Titration von Aluminium-Aqua-Säure [Al (H 2 O) 6 ] 3+ mit L-Arginin auf pH 4,6 synthetisiert. Da die Hydrolyse von wässrigen Aluminiumsalzen bekannt ist, eine breite Palette von Produkten mit einer breiten Palette von Größenverteilungen herzustellen, wurde eine Vielzahl von hochmodernen Instrumenten ( dh 27 Al / 1 H NMR, FTIR, ICP-OES) , TEM-EDX, XPS, XRD und BET) wurden zur Charakterisierung der Syntheseprodukte und zur Identifizierung von Nebenprodukten verwendet. Das Produkt, das aus Nanopartikeln (10-30 nm) bestand, wurde mittels Gelpermeationschromatographie (GPC) Säulentechnik isoliert. Fourier Transformation Infrarot (FTIR) Spektroskopie und Pulver Röntgenbeugung (PXRD) identifiziert das gereinigte Material als Gibbsit Polymorph von Aluminiumhydroxid. Die Zugabe von anorganischen Salzen ( zB NaCl) induzierte eine elektrostatische Destabilisierung der Suspension, wodurch die Nanopartikel zu yie agglomeriert wurdenLd Al (OH) 3 mit großen Teilchengrößen ausfallen. Unter Verwendung des hier beschriebenen neuartigen Syntheseverfahrens wurde Al (OH) 3 teilweise in das hochgeordnete mesoporöse Gerüst von MCM-41 mit mittleren Porenabmessungen von 2,7 nm geladen, wodurch ein Aluminosilikatmaterial mit sowohl oktaedrischem als auch tetraedrischem Al (O h / T d = 1,4). Der Gesamt-Al-Gehalt, gemessen unter Verwendung der energiedispersiven Röntgenspektrometrie (EDX), betrug 11% G / G mit einem Si / Al-Molverhältnis von 2,9. Ein Vergleich von Massen-EDX mit Oberflächen-Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (XPS) Elementaranalyse lieferte Einblick in die Verteilung von Al innerhalb des Aluminosilikatmaterials. Weiterhin wurde ein höheres Verhältnis von Si / Al auf der äußeren Oberfläche (3.6) im Vergleich zur Masse (2.9) beobachtet. Approximationen von O / Al-Verhältnissen deuten auf eine höhere Konzentration von Al (O) 3 und Al (O) 4- Gruppen nahe dem Kern bzw. der äußeren Oberfläche hin. Die neu entwickelte Synthese von Al-MCM-41 ergibt eine Re-Licht hoher Al-Gehalt unter Beibehaltung der Integrität des geordneten Siliciumdioxidgerüsts und kann für Anwendungen verwendet werden, bei denen hydratisierte oder wasserfreie Al 2 O 3 -Nanopartikel vorteilhaft sind.
Introduction
Materialien aus Aluminiumhydroxid sind vielversprechende Kandidaten für eine Vielzahl von industriellen Anwendungen, einschließlich Katalyse, Pharma, Wasseraufbereitung und Kosmetik. 1 , 2 , 3 , 4 Bei erhöhten Temperaturen absorbiert Aluminiumhydroxid eine wesentliche Menge an Wärme während der Zersetzung, um Aluminiumoxid (Al & sub2; O & sub3; ) zu ergeben, was es zu einem nützlichen flammhemmenden Mittel macht. 5 Die vier bekannten Polymorphe von Aluminiumhydroxid ( dh Gibbsit, Bayerit, Nordstrandit und Doyleit) wurden unter Verwendung von rechnerischen und experimentellen Techniken untersucht, um unser Verständnis der Entstehung und Strukturen zu verbessern 6 . Die Herstellung von nanoskaligen Partikeln ist aufgrund ihres Potentials, Quanteneffekte und Eigenschaften zu zeigen, die sich von denen der Thei unterscheiden, von besonderem InteresseR Bulk-Pendants. Nanogibbsit-Partikel mit Abmessungen in der Größenordnung von 100 nm werden unter verschiedenen Bedingungen 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14 leicht hergestellt.
Die Überwindung von inhärenten Herausforderungen, die mit der Verringerung der Partikelgrößen verbunden sind, ist schwierig; Daher gibt es nur wenige Fälle, wo Nanogibbsit-Partikel Dimensionen in der Größenordnung von 50 nm haben. 14 , 15 , 16 , 17 Nach unserem besten Wissen gab es keine Berichte über Nanogibbsit-Partikel kleiner als 50 nm. Dies ist zum Teil darauf zurückzuführen, dass Nanopartikel aufgrund elektrostatischer Instabilität dazu neigen, zu agglomerierenUnd die hohe Wahrscheinlichkeit für die Bildung von Wasserstoffbrücken zwischen den kolloidalen Partikeln, insbesondere in polaren protischen Lösungsmitteln. Unser Ziel war es, kleine Al (OH) 3 Nanopartikel unter Verwendung von ausschließlich sicheren Zutaten und Vorläufern zu synthetisieren. In der gegenwärtigen Arbeit wurde die wässrige Teilchenaggregation durch Einbringen einer Aminosäure ( dh L-Arginin) als Puffer und Stabilisator gehemmt. Darüber hinaus wird berichtet, dass das Guanidinium-haltige Arginin das Wachstum von Aluminiumhydroxid und die Aggregation verhinderte, um eine wässrige kolloidale Suspension mit durchschnittlichen Teilchengrößen von 10-30 nm zu ergeben. Es wird hier vorgeschlagen, dass die amphoteren und zwitterionischen Eigenschaften von Arginin die Oberflächenladung von Aluminiumhydroxid-Nanopartikeln während der milden Hydrolyse verminderten, um das Partikelwachstum über 30 nm zu verhindern. Obwohl Arginin nicht in der Lage war, die Teilchengröße unter 10 nm zu reduzieren, wurden solche Teilchen erreicht, indem der Vorteil des "Käfig" -Entwicklungseffekts ausgenutzt wurdeHin die mesoporen von MCM-41. Die Charakterisierung des Al-MCM-41-Verbundwerkstoffs ergab ultrafeine Aluminiumhydroxid-Nanopartikel innerhalb des mesoporösen Siliciumdioxids, das eine mittlere Porengröße von 2,7 nm aufweist.
Protocol
Representative Results
Discussion
Die Herstellung einer wässrigen Aluminiumchloridlösung ergab die Verwendung eines kristallinen Hexahydratsalzes von Aluminiumchlorid. Obwohl die wasserfreie Form auch verwendet werden kann, ist es aufgrund ihrer signifikanten hygroskopischen Eigenschaften nicht bevorzugt, was es schwierig macht, mit der Konzentration von Aluminium zu arbeiten und diese zu kontrollieren. Es ist bemerkenswert, dass Aluminiumchloridlösung innerhalb von einigen Tagen nach der Herstellung verwendet werden sollte, da im Laufe der Zeit die …
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Die Autoren erweitern ihre Anerkennung für Dr. Thomas J. Emge und Wei Liu von Rutgers University für ihre Analyse und Expertise in Kleinwinkel-Röntgenbeugung und Pulver Röntgenbeugung. Darüber hinaus erkennen die Autoren Hao Wang für seine Unterstützung mit den N 2 Adsorptionsexperimenten an.
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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