Syntese og reaksjon Kjemi til nanosize Monosodium titanate

Summary

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.

Abstract

Dette notatet beskriver syntesen og peroksid-modifisering av nanosize mononatrium titanate (nMST), sammen med en ion-exchange reaksjon å laste materialet med Au (III) ioner. Den syntesemetode ble avledet fra en sol-gel prosess som brukes til å fremstille mikron størrelse mononatrium titanat (MST), med flere viktige modifikasjoner, blant annet å forandre reagenskonsentrasjoner, å utelate en partikkel frø trinn, og innføring av et ikke-ionisk overflateaktivt middel for å lette kontroll av partikkeldannelse og vekst. Det resulterende nMST materiale oppviser sfærisk formet partikkel morfologi med en monodispers fordeling av partikkeldiameter i området 100-150 nm. Den nMST Materialet ble funnet å ha en Brunauer-Emmett-Teller (BET) overflateareal på 285 m ² g ^-1, noe som er mer enn en størrelsesorden høyere enn den mikron-størrelse MST. Det isoelektriske punktet til nMST målte 3,34 pH-enheter, hvilket er en pH-enhet lavere enn den som ble målt for den mikron-størrelse MST. Than nMST materiale som ble funnet å virke som en effektiv ione-veksleren i henhold til svakt sure betingelser for fremstilling av en Au (III) -utveksling nanotitanate. I tillegg, ble dannelsen av den tilsvarende peroxotitanate demonstrert ved omsetning av nMST med hydrogenperoksyd.

Introduction

Titandioksid og alkalimetall titanates er mye brukt i en rekke applikasjoner som pigmenter i maling og hudpleieprodukter og som photocatalysts i energikonvertering og utnyttelse. ^1-3 Sodium titanates har vist seg å være effektive materialer for å fjerne en rekke kationer over et bredt område av pH-betingelser gjennom en kation utvekslingsreaksjoner. ^4-7

I tillegg til de anvendelser som nettopp er beskrevet, har mikron størrelse natrium titanater og natrium- peroxotitanates nylig blitt vist å også tjene som et terapeutisk metall levering plattform. Ved denne anvendelse blir terapeutiske metallioner så som Au (III), Au (I), og Pt (II) byttet ut med natrium ioner av mononatrium titanat (MST). In vitro-tester med edelmetall-utvekslet titanater indikerer undertrykkelse av veksten av kreft og bakterieceller ved en ukjent mekanisme. ^8,9

Historisk sett har natrium titanates væreno produsert ved hjelp av både sol-gel og hydrotermiske synteseteknikker som resulterer i fine pulvere med partikkelstørrelser som varierer fra noen få til flere hundre mikron. ^4,5,10,11 Mer nylig har syntetiske metoder som er rapportert som produserte nanosize titandioksyd, metall- dopet titanoksyder, og en rekke av andre metall titanater. Eksempler omfatter natrium-titanoksyd nanorør (NaTONT) eller nanotråder ved omsetning av titandioksyd i overskudd av natriumhydroksyd ved forhøyet temperatur og trykk, ^12-14 natriumtitanat nanofibers ved omsetning av peroxotitanic syre med overskudd av natriumhydroksyd ved forhøyet temperatur og trykk, ¹⁵ og natrium og cesium titanate nanofibers av delaminering av syre utvekslet mikron-størrelse titanates. ¹⁶

Syntesen av nanosize natrium titanater og natrium peroxotitanates er av interesse for å forbedre ion exchange kinetikk, som vanligvis kontrolleres av film diffusjon eller intrapartikulær diffuSion. Disse mekanismene er i stor grad styres av partikkelstørrelsen av ionebytter. I tillegg, som et terapeutisk metall levering plattform, partikkelstørrelsen av titanatet materiale ville forventes å ha betydelig innvirkning på arten av vekselvirkningen mellom metall-utvekslet titanat og kreft og bakterieceller. For eksempel, bakterielle celler, som er typisk i størrelsesorden 0,5 – 2 um, ville sannsynligvis ha forskjellige interaksjoner med mikron-partikler versus nanopartikler. I tillegg har de ikke-fagocyttiske eukaryote celler er vist å bare internalisere partikler med en størrelse på mindre enn 1 mikron. ¹⁷ Således, ved syntesen av nanosize natrium titanater er også av interesse for å lette metall levering og cellulært opptak fra titanatet levering plattform. Å redusere størrelsen av natrium-titanater og peroxotitanates vil også øke den effektive kapasiteten i metallion separasjoner og øke fotokjemiske egenskaper av materialet. ^{16,18 <}/ sup> Dette notatet beskriver en protokoll utviklet for å syntetisere nanosize mononatrium titanate (nMST) under milde sol-gel forhold ¹⁹ Utarbeidelse av den tilsvarende peroxide endret nMST.; sammen med en ione-utvekslingsreaksjon for å laste inn nMST med Au (III) er også beskrevet.

Protocol

1. Syntese av nano monosodium titanate (nMST) Fremstille 10 ml oppløsning # 1 ved tilsetning av 0,58 ml 25 vekt% natrium-metoksyd-løsning til 7,62 ml isopropanol, etterfulgt av 1,8 ml av titanisopropoksyd. Fremstille 10 ml oppløsning # 2 ved tilsetning av 0,24 ml ultrarent vann til 9,76 ml isopropanol. Legg 280 ml isopropanol til en 3-halset 500 ml rundkolbe, fulgt av 0,44 ml Triton X-100 (gjennomsnittlig molekylvekt: 625 g / mol). Rør løsningen godt med en magnetisk rørestav. <…

Representative Results

MST syntetiseres ved anvendelse av en sol-gel fremgangsmåte hvor tetraisopropoxytitanium (IV) (TIPT), natrium-metoksyd, og vann ble kombinert og omsatt i isopropanol under dannelse av kimpartikler av MST. 4 Micron store partikler blir deretter dyrket ved kontrollert tilsetning av ytterligere mengder av reagensene. De resulterende partikler har et amorf kjerne og et ytre fiber region som har dimensjoner på omtrent 10 nm bred og 50 nm i lengde. 20 Figur 1A</stro…

Discussion

Tilstedeværelsen av utenforliggende vann, for eksempel fra urene reagenser, kan forandre resultatet av reaksjonen, som fører til større eller mer polydisperse partikler. Derfor bør man være forsiktig for å sikre tørre reagenser brukes. Den titanisopropoksyd og natriummetoksyd bør lagres i et tørke når den ikke er i bruk. Høy renhet isopropanol bør også benyttes for syntesen.

Temperaturen ble funnet å spille en nøkkelrolle i omdannelsen av produktet fra en gel til partikkelform…

Materials

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