通过将[Al(H2O)]3+与L-精氨酸在介孔MCM-41的笼效应限域内及无限域条件下控制滴定至pH 4.6，制备出超细氢氧化铝纳米颗粒悬浮液。
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摘要
摘要
通过向铝水合酸 [Al(H2O6]3+ 用L-arginine调节至pH 4.6。由于已知水合铝盐的水解会产生多种产物，且其尺寸分布范围广泛，因此采用多种先进的仪器（即， 27Al/1H NMR、FTIR、ICP-OES、TEM-EDX、XPS、XRD 和 BET）被用于表征合成产物并鉴定副产物。该产物由纳米颗粒（10–30 nm）组成，通过凝胶渗透色谱（GPC）柱技术分离获得。傅里叶变换红外（FTIR）光谱和粉末X射线衍射（PXRD）鉴定出纯化后的材料为氢氧化铝的吉布斯石多晶型。无机盐的添加（例如，NaCl）引起的悬浮液静电失稳，从而使纳米颗粒聚集，生成Al(OH)3 沉淀物具有较大的颗粒尺寸。通过采用此处所述的新型合成方法，Al(OH)3 部分负载于具有高度有序介孔结构的MCM-41内部，其平均孔径为2.7 nm，生成一种同时含有八面体和四面体Al(Oh/d = 1.4）。通过能量色散X射线光谱法（EDX）测得的总铝含量为11%（w/w），硅铝摩尔比为2.9。体相EDX与表面X射线光电子能谱（XPS）元素分析的比较揭示了铝在铝硅酸盐材料中的分布情况。此外，材料外表面的硅铝比（3.6）高于体相（2.9）。对氧铝比（O/Al）的估算表明，Al(O)浓度较高3 和 Al(O)4 分别位于核心和外表面附近的基团。新开发的Al-MCM-41合成方法在保持有序二氧化硅骨架完整性的前提下，实现了相对较高的铝含量，可用于需要水合或无水铝的应用场景。2O3 纳米颗粒具有优势。
引言
由氢氧化铝制成的材料是多种工业应用的有前景候选材料，包括催化、制药、水处理和化妆品。1,2,3,4 在较高温度下，氢氧化铝在分解生成氧化铝（Al₂O₃）的过程中会吸收大量热量。2O3），使其成为一种有效的阻燃剂。5 已知的四种氢氧化铝多晶型物（即，水铝矿、拜耳石、诺德斯特兰石和多伊尔石）已通过计算和实验技术进行了研究，以增进对其形成过程及结构的认识6纳米级颗粒的制备备受关注，因其可能表现出量子效应以及与体相材料不同的特性。在多种条件下均可轻松制备尺寸约为100 nm的纳米氢氧化铝颗粒。7,8,9,10,11,12
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方案
1. Al(OH)3 纳米颗粒的合成
- 将1.40 g六水合氯化铝溶解于5.822 g去离子水中。
- 在磁力搅拌条件下，将2.778 g L-精氨酸加入氯化铝水溶液中。需缓慢加入L-精氨酸，以确保其充分溶解，避免形成大块团聚物；此外，缓慢加入有助于降低局部碱性浓度，从而实现更可控的水解过程。
- 待所有精氨酸完全溶解后，将溶液在50 °C下加热反应72 h；此时溶液可能呈现浑浊的悬浮状态。
2. 使用 NaCl 沉淀 Al(OH)3
- 准备一根长49英寸、直径1.125英寸的凝胶渗透色谱（GPC）柱。分步加入凝胶，并让水流通过色谱柱，以确保凝胶填充紧密，凝胶颗粒之间空隙最小。将凝胶填充至色谱柱体积的约80%；每次填充的凝胶量可能不同，仅影响分离组分的保留时间。
- 使用配备10 mL进样环的高效液相色谱（HPLC）泵，将10 mL新合成的Al(OH)3纳米粒子悬浮液（按步骤1.3制备）注入色谱柱。使用外径约0.125英寸的管路自行制作进样环，并校准其长度，确保可准确注入10 mL样品。
- 根据示差折光（dRI）检测器峰的位置，分段收集色谱柱的洗脱液。将GPC的出口连接至示差折光指数（dRI）检测器的入口。
注意：当分离的组分从GPC柱中流出....
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结果
纳米吉布斯石的合成
通过将 L-精氨酸滴定至 AlCl3·6H2O（14 wt%）中，制备了纳米吉布bsite，最终 Arg/Al 摩尔比为 2.75。纳米吉布bsite颗粒的合成过程通过SEC进行监测，SEC 是一种广泛用于部分水解氯化铝溶液分析的技术，能够区分五个被任意指定为峰 1、2、3、4 和 5 的组分区域1。本文报道，粒径为 10–30 nm 的纳米吉布bsite颗粒是典型 SEC 分析中峰 1 区域洗脱出的各种潜在结构的组成部分。据我们所知，目前文献中尚未描述在 SEC 峰 1 区域内洗脱的分子的鉴定结果。粉末 X 射线衍射（PXRD）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）实验能够明确鉴定出 Al(OH)3 结构。从 GPC 柱中洗脱得到一种透明的 Al(OH)3 悬浮液，纯度达 99%（基于铝含量.......
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讨论
制备氯化铝水溶液时，使用了氯化铝的结晶六水合盐。尽管无水形式也可使用，但由于其显著的吸湿性，不推荐使用，因为这会使其难以操作并难以控制铝的浓度。值得注意的是，氯化铝溶液应在配制后数天内使用，因为随着时间推移，[Al(H2O)6]3+ 水合酸会发生水解，产生不希望的副产物，最终降低最终产物的总收率和纯度。本文所述的合成方法采用了不同浓度的铝（~0.8–3.1 wt% Al）。在较高铝浓度下，精氨酸的溶解度达到极限，因此合成无法按预期进行。另一方面，较低的铝浓度导致生成的纳米Al(OH)3浓度较小。以往的方法曾采用强碱（例如，NaOH）、通过分子分解提供碱源的物质（例如，尿素）以及离子交换树脂作为温和的氢氧根来源以促进水解1,18,19。据我们所知，此前尚未将氨基酸等有机分子用于氯化铝的水解。此外，通过氯化铝水解途径合成高纯度Al(O.......
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披露
作者无任何利益冲突需要披露。
致谢
作者感谢罗格斯大学的 Thomas J. Emge 博士和 Wei Liu 在小角 X 射线衍射和粉末 X 射线衍射分析与专业知识方面提供的支持。此外，作者还感谢 Hao Wang 在 N2 吸附实验中提供的帮助。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 六水合氯化铝 | Alfa Aesar | 12297 | |
| L-精氨酸 | BioKyowa | N/A | |
| 氢氧化铝 | Sigma Aldrich | 239186 | |
| Bio-Gel P-4 凝胶 | Bio-Rad | 150-4128 | |
| 介孔二氧化硅（MCM-41 型） | Sigma Aldrich | 643645 |
参考文献
- Laden, K. Antiperspirants and Deodorants. , 2nd, Marcel Dekker, Inc. New York. (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 H....
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重印与许可
