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.
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.
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.
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…
The authors have nothing to disclose.
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.
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 |