Synthese und Reaktionschemie von nanoskaligen Mononatrium Titanat

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

Dieses Papier beschreibt die Synthese und Peroxid-Modifizierung von nanoskaligem Mononatrium Titanat (nMST), zusammen mit einer Ionenaustauschreaktion des Materials mit Au (III) -Ionen zu beladen. Das Syntheseverfahren wurde aus einem Sol-Gel-Verfahren abgeleiteten verwendet Mikrometergrße Mononatrium Titanat (MST), mit mehreren wichtigen Modifikationen erzeugen, einschließlich Reagenzkonzentrationen Verändern einer Partikel seed Schritt weggelassen, und ein nicht-ionisches Tensid Einführung Kontrolle zu erleichtern Partikelbildung und Wachstum. Das resultierende Material zeigt nMST kugelförmige Partikelmorphologie mit einer monodispersen Verteilung der Teilchendurchmesser in dem Bereich von 100 bis 150 nm. Die nMST Material gefunden wurde ^-1 eine Brunauer-Emmett-Teller (BET) -Oberfläche von 285 m ^{2 g} zu haben, die höher ist als die mikrometergroßen MST mehr als eine Größenordnung ist. Der isoelektrische Punkt des nMST gemessen 3,34 pH-Einheiten, die eine pH-Einheit niedriger als die für den Mikrometergröße MST gemessen wird. Ter nMST Material gefunden wurde, als eine wirksame Ionenaustauscher unter schwach zur Herstellung von Au (III) -Austausch nanotitanate sauren Bedingungen zu dienen. Zusätzlich wurde die Bildung des entsprechenden peroxotitanate durch Reaktion des nMST mit Wasserstoffperoxid nachgewiesen.

Introduction

Titandioxid und Alkalimetalltitanaten sind in einer Vielzahl von Anwendungen wie beispielsweise Pigmente in Farben und Hautpflegemitteln und als Photokatalysatoren bei der Energieumwandlung und Nutzung weit verbreitet. ^1-3 Sodium Titanate haben sich als wirksam erwiesen Materialien eine Reihe von Kationen zu entfernen, über einen weiten Bereich von pH-Bedingungen durch Kationenaustausch-Reaktionen. ^4-7

Neben den Anwendungen gerade beschrieben, in Mikrometergröße Natriumtitanate und Natrium peroxotitanates haben gezeigt, auch als therapeutische Metall-Delivery-Plattform dienen vor kurzem. In dieser Anwendung therapeutischen Metallionen wie Au (III), Au (I) und Pt (II) für die Natriumionen von Mononatrium Titanat (MST). In vitro-Tests mit dem Edelmetall-ausgetauschten Titanate ausgetauscht zeigen Unterdrückung das Wachstum von Krebs und Bakterienzellen durch einen unbekannten Mechanismus. ^8,9

Historisch gesehen, Natriumtitanate haben seinen erzeugt sowohl Sol-Gel und hydrothermalen Syntheseverfahren unter Verwendung von in feine Pulver mit Partikelgrößen resultieren mehreren hundert Mikrometern von wenigen reichen. ^4,5,10,11 In jüngerer Zeit wurden synthetische Verfahren berichtet, dass nanoskaligem Titandioxid hergestellt, Metall- dotierten Titanoxiden, und eine Vielzahl von anderen Metall Titanate. Beispiele schließen Natrium Titanoxid-Nanoröhren (NaTONT) oder Nanodrähte durch Umsetzung von Titandioxid in überschüssigem Natriumhydroxid bei erhöhter Temperatur und Druck, ^12-14 Natriumtitanat Nanofasern durch Umsetzung von Peroxotitansäure mit überschüssigem Natriumhydroxid bei erhöhter Temperatur und ^{Druck, 15 und} Natrium und Cäsium-Titanat-Nanofasern durch Delamination von säure ausgetauscht mikrometergroßen Titanate. ¹⁶

Die Synthese von nanoskaligen Natriumtitanate und Natrium peroxotitanates ist von Interesse, Ionenaustausch-Kinetik zu verbessern, die in der Regel von Film Diffusion oder Intrapartikel DIFFU gesteuert werdension. Diese Mechanismen werden weitgehend durch die Teilchengrße des Ionenaustauscher gesteuert. Zusätzlich als ein therapeutisches Metall Abgabeplattform, würde die Teilchengröße des Titanat-Material erwartet werden, signifikant die Natur der Wechselwirkung zwischen dem Metall-ausgetauschten Titanat und dem Krebs und Bakterienzellen zu beeinflussen. Beispielsweise Bakterienzellen, die typischerweise in der Größenordnung von 0,5 liegen – 2 um, müsste wahrscheinlich verschiedene Interaktionen mit mikrometergroßen Teilchen gegenüber Teilchen in Nanogröße. Zusätzlich wurden nicht-phagozytische eukaryotischen Zellen nur gezeigt, um Partikel internalisieren mit einer Größe von weniger als 1 Mikron. ¹⁷ Somit ist die Synthese von nanoskaligen Natrium Titanate auch von Interesse Metallabgabedüse und zelluläre Aufnahme vom Titanat Abgabeplattform zu erleichtern. Reduzieren der Größe von Natrium und Titanate peroxotitanates wird auch die effektive Kapazität in Metallion Trennungen erhöhen und photochemischen Eigenschaften des Materials zu verbessern. ^{16,18 <}/ sup> Dieses Papier beschreibt ein Protokoll zur Synthese von nanoskaligen Mononatrium Titanat (nMST) unter milden Sol-Gel-Bedingungen ¹⁹ Die Herstellung des entsprechenden Peroxid modifiziert nMST entwickelt. zusammen mit einer Ionenaustauschreaktion werden die nMST mit Au (III) zu laden ebenfalls beschrieben.

Protocol

1. Synthese von Nano-Mononatrium-Titanat (nMST) Herstellung von 10 ml der Lösung 1 durch Zugabe von 0,58 ml 25 Gewichts-% Natriummethylat-Lösung zu 7,62 ml Isopropanol gefolgt von 1,8 ml Titanisopropoxid. Herstellung von 10 ml der Lösung # 2 von 0,24 ml ultrareinem Wasser zu 9,76 ml Isopropanol hinzugefügt wird. Hinzufügen von 280 ml Isopropanol in einen 3-Hals-500 ml-Rundkolben, gefolgt von 0,44 ml von Triton X-100 (durchschnittliches MW: 625 g / mol). Rühren Sie die Lösung gut mit…

Representative Results

MST synthetisiert wird ein Sol-Gel-Verfahren verwendet, bei dem Tetraisopropoxytitan (IV) (TIPT), Natriummethoxid und Wasser kombiniert und umgesetzt in Isopropanol Keimteilchen von MST zu bilden. 4 Micron großen Teilchen werden dann durch kontrollierte Zugabe von zusätzlichen gewachsen Mengen der Reagenzien. Die resultierenden Teilchen sind mit einem amorphen Kern und eine äußere Faserbereich Abmessungen von etwa 10 nm breiten Länge von 50 nm. 20 1A zeigt …

Discussion

Das Vorhandensein von Fremdwasser, beispielsweise von unreinen Reagenzien, kann das Ergebnis der Reaktion verändern, was zu einer größeren oder polydisperse Teilchen. Daher sollte darauf Trockenreaktanten verwendet werden geachtet werden. Das Titanisopropoxid und Natriummethoxid sollten bei Nichtgebrauch in einem Exsikkator gelagert werden. Hochreines Isopropanol sollte auch für die Synthese eingesetzt werden.

Die Temperatur wurde gefunden aus einem Gel eine Schlüsselrolle bei der Umwan…

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