Síntesis y Reacción Química de tamaño nanométrico monosódico titanato
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
En este trabajo se describe la síntesis y peróxido de modificación de titanato nanosize monosódico (nMST), junto con una reacción de intercambio de iones para cargar el material con iones Au (III). El método de síntesis se deriva de un proceso de sol-gel usado para producir micrones de tamaño monosódico titanato (MST), con varias modificaciones clave, incluyendo la alteración de las concentraciones de reactivos, la omisión de una etapa de semilla de partículas, y la introducción de un agente tensioactivo no iónico para facilitar el control de formación de partículas y el crecimiento. El material resultante presenta nMST morfología de las partículas de forma esférica con una distribución monodispersa de diámetros de partícula en el intervalo de 100 a 150 nm. Se encontró que el material de nMST a tener un área superficial de Brunauer-Emmett-Teller (BET) de 285 m 2 g -1, que es más de un orden de magnitud más alto que el MST-micras de tamaño. El punto isoeléctrico de la nMST mide 3,34 unidades de pH, que es una unidad de pH más bajo que el medido para el micras de tamaño MST. Tque nMST se encontró material a servir como un intercambiador de iones eficaz bajo condiciones débilmente ácidas para la preparación de un Au (III) nanotitanate -Tema. Además, la formación de la correspondiente peroxotitanate se demostró mediante la reacción del nMST con peróxido de hidrógeno.
Introduction
Titanatos de dióxido de titanio y de metales alcalinos se utilizan ampliamente en una variedad de aplicaciones tales como pigmentos en pinturas y productos de cuidado de la piel y como fotocatalizadores en la conversión de energía y la utilización. 1-3 titanatos de sodio han demostrado ser materiales eficaces para eliminar una variedad de cationes en un amplio intervalo de condiciones de pH a través de reacciones de intercambio de cationes. 4-7
Además de las aplicaciones que acaban de describirse, micrones de tamaño titanatos de sodio y peroxotitanates sodio recientemente se ha demostrado que sirva también como una plataforma de suministro de metal terapéutico. En esta aplicación, los iones metálicos terapéuticos tales como Au (III), Au (I), y Pt (II) se intercambian por los iones de sodio de titanato monosódico (MST). Las pruebas in vitro con los titanatos intercambiadas con metales nobles indican supresión de el crecimiento del cáncer y las células bacterianas por un mecanismo desconocido. 8,9
Históricamente, titanatos de sodio han seren producido usando tanto técnicas sintéticas hidrotermales resultantes en polvos finos con tamaños de partícula que van desde unos pocos a varios cientos de micras de sol-gel y. 4,5,10,11 Más recientemente, métodos de síntesis se ha informado que produce dióxido de titanio nanosize, metales óxidos de titanio dopados, y una variedad de otros titanatos de metal. Los ejemplos incluyen los nanotubos de óxido de titanio de sodio (NaTONT) o nanocables por reacción de dióxido de titanio en hidróxido de sodio en exceso a temperatura y presión elevadas, 12-14 de sodio de titanato de nanofibras mediante la reacción de ácido peroxotitanic con hidróxido de sodio en exceso a temperatura elevada y presión, 15 y sodio y nanofibras de delaminación de titanatos-ácido intercambiado micras de tamaño de cesio titanato. 16
La síntesis de titanatos nanosize de sodio y peroxotitanates de sodio es de interés para mejorar la cinética de intercambio iónico, que normalmente están controladas por difusión película o diffu intrapartículasión. Estos mecanismos están controlados en gran medida por el tamaño de partícula del intercambiador de iones. Además, como una plataforma de suministro de metal terapéutico, se espera que el tamaño de partícula del material de titanato de afectar significativamente a la naturaleza de la interacción entre el titanato intercambiadas con metales y el cáncer y células bacterianas. Por ejemplo, las células bacterianas, que son típicamente del orden de 0,5 a 2 micras, probablemente tendrían diferentes interacciones con partículas de tamaño micrón frente a partículas nanométricas. Además, las células eucariotas no fagocíticas se han mostrado sólo para internalizar partículas con un tamaño de menos de 1 micra. 17 Por lo tanto, la síntesis de titanatos de sodio de tamaño nanométrico también es de interés para facilitar la entrega de metal y la captación celular de la plataforma de entrega de titanato. La reducción del tamaño de titanatos de sodio y peroxotitanates también aumentará la capacidad efectiva en las separaciones de iones de metales y mejorar las propiedades fotoquímicas del material. 16,18 </ sup> Este documento describe un protocolo desarrollado para sintetizar nanosize monosódico titanato (nMST) en condiciones de sol-gel suaves 19 La preparación del peróxido correspondiente modificado nMST.; junto con una reacción de intercambio de iones para cargar el nMST con Au (III) también se describen.
Protocol
Representative Results
Discussion
La presencia de agua procedente del exterior, por ejemplo a partir de reactivos impuros, puede alterar el resultado de la reacción, lo que lleva a las partículas más grandes o más polidispersos. Por lo tanto, se debe tener cuidado para asegurar que se utilizan reactivos secos. El isopropóxido de titanio y metóxido de sodio deben ser almacenados en un desecador cuando no esté en uso. isopropanol de alta pureza también se debe utilizar para la síntesis.
Se encontró Temperatura a dese…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
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.
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 |
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