הכנת Facile של אלומיניום Ultroine hydroxide חלקיקים עם או ללא Mesoporous MCM-41 בסביבות הסביבה
Summary
ההשעיה nanoparticle אלומיניום הידרוקסיד אולטרה היה מוכן באמצעות טיטרציה מבוקרת של [ 3 ) עם + L-arginine ל pH 4.6 עם וללא כלוב אפקט הכלוב בתוך ערוצים mesoporous של MCM-41.
Abstract
ההשעיה מימית של nanogibbsite היה מסונתז באמצעות טיטרציה של חומצה אקווה אלומיניום [אל (H 2 O) 6 ] 3 + עם L-arginine ל pH 4.6. מאז הידרוליזה של מלחים אלומיניום מימית ידוע לייצר מגוון רחב של מוצרים עם מגוון רחב של הפצות גודל, מגוון של המדינה- of-the-art מכשירים ( כלומר, 27 אל / 1 H תמ"ג, FTIR, ICP-OES , TEM-EDX, XPS, XRD ו- BET) שימשו לאפיון מוצרי הסינתזה וזיהוי תוצרי לוואי. המוצר, אשר היה מורכב חלקיקים (10-30 ננומטר), היה מבודד באמצעות כרומטוגרפיה ג 'ל chromatography (GPC) טכניקה טור. פורייה המרה אינפרא אדום (FTIR) ספקטרוסקופיה ואבקת קרני רנטגן (PXRD) זיהה את החומר מטוהרים כמו פולימורף gibbsite של הידרוקסיד אלומיניום. תוספת של מלחים אנאורגניים ( למשל , NaCl) המושרה יציבות יציבות אלקטרוסטטית של ההשעיה, ובכך agglomerating חלקיקים כדי yieLd אל (OH) 3 משקעים עם גודל חלקיקים גדולים. על ידי שימוש בשיטה הסינתטית החדשה המתוארת כאן, אל (OH) 3 טעון חלקית במסגרת המסופורוס מסודרת ביותר של MCM-41, עם מימדים הנקבוביות הממוצע של 2.7 ננומטר, לייצר חומר aluminosilicate עם שני octahedral ו tetrahedral אל (O / T = 1.4). סך התוכן אל, שנמדד באמצעות ספקטרומטריית קרינת הרנטגן באנרגיה (EDX), היה 11% w / w עם יחס מיליארדי Si / אל של 2.9. השוואה של EDX בתפזורת עם משטח X-ray photelectron ספקטרוסקופיה (XPS) ניתוח אלמנטלי סיפק תובנה ההפצה של אל בתוך החומר aluminosilicate. יתר על כן, יחס גבוה יותר של Si / Al נצפתה על פני השטח החיצוניים (3.6) בהשוואה לתפזורת (2.9). קירובי O / Al יחסי מציעים ריכוז גבוה יותר של אל (O) 3 ו אל (O) 4 קבוצות ליד הליבה משטח חיצוני, בהתאמה. הסינתזה שפותחה לאחרונה של אל-ממ"ם 41 מניב מחדשגבוהה יחסית אל תוך שמירה על שלמות מסגרת סיליקה הורה יכול לשמש עבור יישומים שבהם hydrated או נטול מים אל 2 O 3 חלקיקים הם יתרון.
Introduction
חומרים עשויים אלומיניום הידרוקסיד הם מועמדים מבטיחים עבור מגוון רחב של יישומים תעשייתיים, כולל קטליזה, תרופות, טיפול במים, קוסמטיקה. 1 , 2 , 3 , 4 בטמפרטורות גבוהות, hydroxide אלומיניום סופג כמות ניכרת של חום במהלך הפירוק כדי להניב אלומינה (אל 2 O 3 ), מה שהופך אותו סוכן להבה retarding שימושי. 5 ארבעה polymorphs הידרוקסיד הידרוקסיד הידרוקסיד ( כלומר , gibbsite, bayerite, nordstrandite, ו doyleite) נחקרו באמצעות טכניקות חישוביות וניסוייות כדי לשפר את ההבנה שלנו של היווצרות ומבנים שלה 6 . הכנת חלקיקי ננו הוא עניין מיוחד בשל הפוטנציאל שלהם להציג השפעות קוונטיות ומאפיינים שונים מאלו שלR עמיתים בתפזורת. Nanogibbsite חלקיקים עם ממדים בסדר גודל של 100 ננומטר מוכנים בקלות בתנאים שונים 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14 .
להתגבר על האתגרים הטמון הקשורים הפחתת גודל החלקיקים עוד קשה; לכן, רק במקרים ספורים שבהם חלקיקים nanogibbsite יש ממדים בסדר גודל של 50 ננומטר. 14 , 15 , 16 , 17 למיטב ידיעתנו, לא היו דיווחים של חלקיקים nanogibbsite קטן מ 50 ננומטר. בין השאר, זה מיוחס לעובדה כי חלקיקים נוטים agglomerate בשל חוסר יציבות אלקטרוסטטיתואת ההסתברות הגבוהה להיווצרות של קשרי מימן בין החלקיקים colloidal, במיוחד ממיסים פרוטי הקוטב. המטרה שלנו היתה לסנתז קטן אל (OH) 3 חלקיקים באמצעות מרכיבים בטוח מבשר בלעדי. בעבודה הנוכחית, צבירה החלקיקים מימית היה מעוכב על ידי שילוב של חומצת אמינו ( כלומר , L-arginine) כמו חיץ ומייצב. יתר על כן, הוא דיווח כי המכיל guignidium המכיל ארגנין מונע אלומיניום hydroxide צמיחה החלקיקים ואת הצבירה להניב ההשעיה colloidal מימית עם גודל החלקיקים הממוצע של 10-30 ננומטר. מוצע כאן כי תכונות amphoteric ו zwitterionic של ארגנין הפחית את מטען השטח של חלקיקים hydroxide אלומיניום במהלך הידרוליזה קלה כדי להפיג צמיחה החלקיקים מעבר 30 ננומטר. למרות arginine לא היה מסוגל להקטין את גודל החלקיקים מתחת 10 ננומטר, חלקיקים כאלה הושגו על ידי ניצול של הכלוב "כלוב" אפקט שנינותHin mesopores של MCM-41. אפיון של החומר מרוכבים אל-MCM-41 גילה אלומיניום אולטרה hydroxide חלקיקים בתוך סיליקה mesoporous, אשר יש גודל הנקבוביות הממוצע של 2.7 ננומטר.
Protocol
Representative Results
Discussion
הכנת תמיסת כלוריד אלומיניום מימית כרוך בשימוש של מלח hexahydrate גבישי של כלוריד אלומיניום. למרות הצורה הלאמימית יכול לשמש גם, זה לא העדיף בשל תכונות hygroscopic משמעותי שלה, אשר מקשים לעבוד עם ולשלוט על ריכוז האלומיניום. ראוי לציין כי פתרון כלוריד אלומיניום יש להשתמש בתוך כמה ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחברים מרחיבים את הערכתם לד"ר תומס ג 'אמג' ו ווי ליו מאוניברסיטת רוטגרס על ניתוחם ומומחיותם בעיוות רנטגן של זווית קטנה ואבקת קרני רנטגן. יתר על כן, המחברים מודים האו וואנג על תמיכתו עם ניסויים ספיחה N 2 .
Materials
| aluminum chloride hexahydrate | Alfa Aesar | 12297 | |
| L-arginine | BioKyowa | N/A | |
| aluminum hydroxide | Sigma Aldrich | 239186 | |
| Bio-Gel P-4 Gel | Bio-Rad | 150-4128 | |
| Mesoporous siica (MCM-41 type) | Sigma Aldrich | 643645 |
References
- Laden, K. . Antiperspirants and Deodorants. , (1999).
- Kumara, C. K., Ng, W. J., Bandara, A., Weerasooriya, R. Nanogibbsite: Synthesis and characterization. J. Colloid Interface Sci. 352 (2), 252-258 (2010).
- Demichelis, R., Noel, Y., Ugliengo, P., Zicovich-Wilson, C. M., Dovesi, R. Physico-Chemical Features of Aluminum Hydroxides As Modeled with the Hybrid B3LYP Functional and Localized Basis Functions. J.Phys. Chem. C. 115 (27), 13107-13134 (2011).
- Elderfield, H., Hem, J. D. The development of crystalline structure in aluminum hydroxide polymorphs on ageing. Mineral. Mag. 39, 89-96 (1973).
- Wang, S. L., Johnston, C. T. Assignment of the structural OH stretching bands of gibbsite. Am. Mineral. 85, 739-744 (2000).
- Balan, E., Lazzer, M., Morin, G., Mauri, F. First-principles study of the OH-stretching modes of gibbsite. Am. Mineral. 91 (1), 115-119 (2006).
- Scherrer, P. Bestimmung der Grosse und der inneren Struktur von Kolloidteilchen mittels Rontgenstrahlen . Gottingen. 26, 98-100 (1918).
- Langford, J. I., Wilson, A. J. C. Scherrer after sixty years: a survey and some new results in the determination of crystallite size. J. Appl. Cryst. 11 (2), 102-113 (1978).
- Swaddle, T. W., et al. Kinetic Evidence for Five-Coordination in AlOH(aq)2+ Ion. Science. 308 (5727), 1450-1453 (2005).
- Casey, W. H. Large Aqueous Aluminum Hydroxide Molecules. Chem. Rev. 106 (1), 1-16 (2006).
- Lutzenkirchen, J., et al. Adsorption of Al13-Keggin clusters to sapphire c-plane single crystals: Kinetic observations by streaming current measurements. Appl. Surf. Sci. 256 (17), 5406-5411 (2010).
- Mokaya, R., Jones, W. Efficient post-synthesis alumination of MCM-41 using aluminum chlorohydrate containing Al polycations. J. Mater. Chem. 9 (2), 555-561 (1999).
- Brunauer, S., Deming, L. S., Deming, W. E., Teller, E. On a Theory of the van der Waals adsorption of gases. J. Am. Chem. Soc. 62 (7), 1723-1732 (1940).
- Kresge, C. T., Leonowicz, M. E., Roth, W. J., Vartuli, J. C., Beck, J. S. Ordered mesoporous molecular sieves synthesized by a liquid-crystal template mechanism. Nature. 359 (6397), 710-712 (1992).
- Zeng, Q., Nekvasil, H., Grey, C. P. Proton Environments in Hydrous Aluminosilicate Glasses: A 1H MAS, 1H/27Al, and 1H/23Na TRAPDOR NMR Study. J. Phys. Chem. B. 103 (35), 7406-7415 (1999).
- Kao, H. M., Grey, C. P. Probing the Bronsted and Lewis acidity of zeolite HY: A 1H/27Al and 15N/27Al TRAPDOOR NMR study of mono-methylamine adsorbed on HY. J. Phys. Chem. 100 (12), 5105-5117 (1996).
- DeCanio, E. C., Edwards, J. C., Bruno, J. W. Solid-state 1H MAS NMR characterization of γ-alumina and modified γ-aluminas. J. Catal. 148 (1), 76-83 (1994).
- Shafran, K. L., Deschaume, O., Perry, C. C. The static anion exchange method for generation of high purity aluminium polyoxocations and monodisperse aluminum hydroxide nanoparticles. J. Mater. Chem. 15 (33), 3415-3423 (2005).
- Vogels, R. J. M. J., Kloprogge, J. T., Geus, J. W. Homogeneous forced hydrolysis of aluminum through the thermal decomposition of urea. J. Colloid Interface Sci. 285 (1), 86-93 (2005).
