Syntese og Reaktion kemi nanostørrelse 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

Dette papir beskriver syntese og peroxid-modifikation af nanostørrelse mononatrium titanat (Nmst), sammen med en ion-exchange reaktion at indlæse materiale med Au (III) ioner. Syntesemetoden blev afledt fra en sol-gel proces, der anvendes til at producere mikrometerstore mononatrium titanate (MST), med flere vigtige modifikationer, herunder ændring reagenskoncentrationer, udelade en partikel frø trin, og indførelse af et ikke-ionisk overfladeaktivt at lette kontrollen af dannelse og vækst partikel. Det resulterende Nmst materiale udviser sfærisk formet partikelmorfologi med en monodispers fordeling af partikeldiametre i mellem 100 og 150 nm. Det Nmst materiale blev fundet at have en Brunauer-Emmett-Teller (BET) overfladeareal på 285 m ² g ^-1, hvilket er mere end en størrelsesorden højere end micron størrelse MST. Det isoelektriske punkt af Nmst målte 3,34 pH-enheder, hvilket er en pH-enhed lavere end den, der måles for mikron-størrelse MST. Than Nmst fundet materiale til at fungere som en effektiv ionbytter under svagt sure betingelser for udarbejdelse af en Au (III) -udveksling nanotitanate. Desuden blev dannelsen af ​​det tilsvarende peroxotitanate påvist ved omsætning af Nmst med hydrogenperoxid.

Introduction

Titandioxid og alkali metal titanater er meget udbredt i en række forskellige applikationer såsom pigmenter i maling og hudplejeprodukter og som fotokatalysatorer i energi konvertering og udnyttelse. Har vist ^1-3 Natrium titanater at være effektive materialer til at fjerne en række kationer over et bredt område af pH-betingelser gennem kationbytterharpiks reaktioner. ^4-7

Foruden de ansøgninger netop beskrevne, er mikroniseret natrium titanater og natrium peroxotitanates nylig blevet vist at også tjene som et terapeutisk metal levering platform. I denne ansøgning er terapeutiske metalioner, såsom Au (III), Au (I), og Pt (II) udveksles med natriumioner af monona- titanate (MST). In vitro tests med ædelmetalpartiklerne-udvekslet titanater angiver suppression af væksten af cancer og bakterieceller ved en ukendt mekanisme. ^8,9

Historisk set har natrium titanater væreOr fremstillet under anvendelse af både sol-gel og hydrotermiske syntetiske teknikker resulterer i fine pulvere med partikelstørrelser i området fra nogle få til flere hundrede mikrometer. ^4,5,10,11 For nylig er der rapporteret syntesemetoder, der producerede nanostørrelse titandioxid, metal- doterede titanoxider, og en række andre metaller titanater. Eksempler indbefatter natrium- titanium oxid nanorør (NaTONT) eller nanowires ved omsætning af titandioxid i overskydende natriumhydroxid ved forhøjet temperatur og tryk, ^12-14 natrium titanate nanofibre ved omsætning af peroxotitanic syre med overskydende natriumhydroxid ved forhøjet temperatur og tryk, ^{15 og} natrium og cæsium titanate nanofibre ved delaminering af syre-udvekslede mikron størrelse titanater. ¹⁶

Syntesen af ​​nanostørrelse natrium titanater og natrium peroxotitanates er af interesse at styrke ionbyttende kinetik, der typisk styres af film diffusion eller intrapartikulære diffunen. Disse mekanismer er stort set kontrolleret af partikelstørrelsen af ​​ionbytteren. Hertil kommer, som et terapeutisk metal levering platform, partikelstørrelsen af ​​titanat materiale ville forventes at have væsentlig betydning beskaffenheden af ​​interaktionen mellem metallet-udvekslede titanat og kræft og bakterieceller. For eksempel bakterieceller, som typisk er af størrelsesordenen 0,5 – ville 2 um, sandsynligvis har forskellige interaktioner med micron størrelse partikler versus partikler i nanostørrelse. Desuden har ikke-fagocytiske eukaryote celler blevet vist at kun internalisere partikler med en størrelse på mindre end 1 mikron. ¹⁷ Således syntesen af nanostørrelse natrium titanater er også af interesse for at lette metal levering og cellulær optagelse fra titanate levering platform. Reduktion af størrelsen af natrium titanater og peroxotitanates vil også øge den effektive kapacitet i metal ion separationer og forbedre fotokemiske egenskaber af materialet. ^{16,18 <}/ sup> Dette papir beskriver en protokol udviklet til at syntetisere nanostørrelse monosodium titanate (Nmst) under milde sol-gel vilkår ¹⁹ Udarbejdelsen af den tilsvarende peroxid modificeret Nmst.; sammen med en ion-exchange reaktion at indlæse Nmst med Au (III) er også beskrevet.

Protocol

1. Syntese af Nano-mononatrium titanate (Nmst) Forbered 10 ml opløsning # 1 ved tilsætning af 0,58 ml 25 vægt-% natriummethoxidopløsning til 7,62 ml isopropanol efterfulgt af 1,8 ml titanisopropoxid. Forbered 10 ml opløsning # 2 ved tilsætning 0,24 ml ultrarent vand til 9,76 ml isopropanol. Tilsættes 280 ml isopropanol til et 3-halset 500 ml rundbundet kolbe, efterfulgt af 0,44 ml Triton X-100 (gennemsnitlig MW: 625 g / mol). Opløsningen omrøres godt med en magnetisk omrører. </l…

Representative Results

MST syntetiseres ved anvendelse af en sol-gel metode, hvor tetraisopropoxytitanium (IV) (TIPT), natriummethoxid, og vand kombineres og omsættes i isopropanol til dannelse af kernepartikler af MST. 4 mikrometerstore partikler dyrkes derefter ved kontrolleret tilsætning af yderligere mængder af reagenserne. De resulterende partikler har en amorf kerne og et ydre fibrøse region med dimensioner på ca. 10 nm i bredden og 50 nm i længden. 20 Figur 1A viser</stro…

Discussion

Tilstedeværelsen af ​​optaget vand, for eksempel fra urene reagenser, kan ændre resultatet af reaktionen, hvilket fører til større eller flere polydisperse partikler. Derfor bør der udvises forsigtighed for at sikre, at der anvendes tørre reaktanter. Den titanisopropoxid og natriummethoxid skal opbevares i en ekssikkator, når den ikke er i brug. Høj renhed isopropanol bør også anvendes til syntesen.

Temperaturen blev fundet at spille en central rolle i omdannelsen af ​​prod…

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