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.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. אל (OH) 3 סינתזה Nanoparticle
- ממיסים 1.40 גרם של אלומיניום hexahydrate כלוריד ב 5.822 גרם של מים deionized.
- הוסף 2.778 גרם של L-arginine לתמיסת כלוריד אלומיניום מימית תוך ערבוב מגנטי. הוסיפו את L-arginine לאט, כך שהארגינין הנוסף מתמוסס ואינו יוצר גושים גדולים או גושים; יתר על כן, תוספת איטית מפחיתה ריכוזים מקומיים של אלקליניות ומספק תנאים הידרוליזה לשליטה יותר.
- לאחר כל arginine מומס לתוך הפתרון, לחמם את הפתרון עבור 72 שעות ב 50 מעלות צלזיוס; בשלב זה, הפתרון עשוי להופיע כמו השעיה מעונן.
2. מזרז אל (OH) 3 עם NaCl
- הכן טור GPC כי הוא 49 באורך ו 1.125 קוטר. Pack ג'ל בשלבים עוקבים של הוספת ג'ל ומאפשר מים לזרום דרך הטור כדי להבטיח אריזה נכונה, עם שטח מינימלי בין חרוזי ג'ל. מארג 'ל על 80% של הטור; כמות הג'ל ארוזה משתנה בכל פעם ומשפיעה רק על זמן השמירה של מינים מופרדים.
- להציג 10 מ"ל של מסונתז אל (OH) 3 nanoparticle ההשעיה (מוכן בשלב 1.3) לתוך העמודה באמצעות משאבת HPLC עם לולאה 10 מ"ל מ"ל. התאמה אישית- לעשות את הלולאה מזרק באמצעות צינורות עם קוטר חיצוני של כ 0.125 ב ואורך כי מכויל לספק 10 מ"ל של מדגם מוזרק.
- איסוף elution את הטור במרווחים בקורלציה עם המיקום שיא dri. חבר את פלט ה- GPC לקלט של גלאי אינדקס השבירה (dRI) דיפרנציאלי (dRI).
הערה: כמו מינים מופרדים לצאת של GPC, הם מופיעים על גלאי dRI כמו שיא ולאחר מכן נאספו בקבוקי 125 מ"ל. העמודה GPC מייצרת שני פסגות מתוכננות היטב, אשר הן נאספות ונותחו עם כרומטוגרפיית גודל-גודל (SEC) וניתוח אלמנטאלי (EA), כדי להבחין בארגנין מאלומיניוםCies. נפח הכולל שנאסף יהיה תלוי בגודל של העמודה GPC, הסכום הכולל של חומר האריזה בשימוש, ואת קצב הזרימה של מים deionized המשמש elute את הטור.- לאסוף את רוב השיא 1 שבר מעל 100 דקות בקצב 0.2 מ"ל / דקות הזרימה.
- איסוף eluent ב 30 דקות במרווחים פעם השיא עולה על גלאי RI של טור GPC.
הערה: שינוי טווח המרווח ישנה את הריכוז והטוהר של חומר השיא המטוהר. עדיף לאסוף מרווחי קטן של השיא בהתחלה כדי לקבוע איזה חלק מכיל את הריכוז הגבוה ביותר ואת טוהר שיא 1 מינים עבור טור מסוים.
- הכן 1% wt של NaCl.
- מוסיפים את תמיסת NaCl פתרון מוכן 10 מ"ל של מטוהרים אל (OH) 3 חלקיקים; החומר שהוכן באמצעות משקעים NaCl אינו משמש לניסויים נוספים.
3. הכנת אל-מקאם -41
- AcTivate כ 1.0 גרם של MCM-41 ב 120 מעלות צלזיוס תחת ואקום במשך 3 שעות בתנור ואקום.
- הכן 50.0 גרם של פתרון כלוריד אלומיניום על ידי שילוב של 9.6926 גרם של AlCl 3 · 6H 2 O עם 40.3074 גרם של מים deionized.
- הוסף 0.7 גרם של הפעלת MCM-41 ל 50.0 גרם של פתרון כלוריד אלומיניום (מוכן בשלב 3.2).
- לאפשר זמן ערבוב נאות (1 h) כדי להבטיח הומוגניות של AlCl 3 מפוזר בכל ערוצי MCM-41.
- הוסף L-arginine לתערובת הטרוגנית יחס Arg / אל טוחנת של 2.75 תחת ערבוב מגנטי. בדומה לשלב 1.2, להוסיף את arginine לאט מספיק כדי לאפשר את flocculates שנוצר באופן מיידי כדי redissolve ולהקטין את clumping של ארגנין לפני שתמשיך את התוספת.
- פעם הומוגנית, לחמם את התערובת על 50 מעלות צלזיוס למשך 72 שעות.
- סנן את הפתרון הטרוגני שהתקבל באמצעות משפך Buchner, תחת ואקום ומצוידים עיגולים נייר סינון 90 מ"מ איכותי(או כל מסנן מתאים אחרים).
- לשטוף את אבקה לבן מסוננים עם מים deionized עודף כדי להבטיח הסרת של כלוריד אלומיניום unreacted, ארגנין, או תוצרי לוואי מסיסים במים מן החומר המיוצר אל-MCM-41.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Nanogibbsite סינתזה
Nanogibbsite הוכנה על ידי טיטרציה AlCl 3 · 6H 2 O (14% wt) עם L-arginine ליחידה הסופית Arg / אל טוחנת של 2.75. סינתזה של חלקיקים nanogibbsite היה פיקוח באמצעות ה- SEC, אשר היא טכניקה ניתוח בשימוש נרחב עבור כלוריד אלומיניום פתרונות הידרוליזד חלקית, מסוגל להבחין חמישה תחומים שרירותית המיועדים כמו פסגות 1, 2, 3, 4, 5 1 . כאן, אנו מדווחים כי חלקיקים nanogibbsite עם גודל החלקיקים של 10-30 ננומטר הם מרכיבים של מבנים פוטנציאליים שונים כי elute תחת תחום השיא 1 של ניתוח SEC אופייני. למיטב ידיעתנו, זיהוי של מולקולות אשר elute בתוך שיא ה- SEC 1 לא תוארה בספרות עד כה. אבקת רנטגן אבקת (PXRD) ו פוריה להפוך ספקטרוסקופית אינפרא אדום (FTIR) ניסויים הצליחו unambiguoUsly לזהות את אל (OH) 3 המבנה. אלוטי מעמודת GPC הניבו השעיית אל (OH) 3 שקוף עם טוהר של 99% (מבוסס על תוכן אל), pH של 6.7, + 8.9 mV פוטנציאל zeta (ניידות אלקטרופורטית ומוליכות של 0.7 μm · cm / V · s ו- 0.7 mS / cm, בהתאמה), ואת כמויות בלתי ניתנות לגילוי של חנקן. כמויות של סטרואידים כלורידים (אל: יחס של 35: 1) של אניונים התגלו לאחר טיהור עם GPC, דבר המצביע על נוכחות של זיהומים קטיוניים הידרוליזיים חלקית עם stoichiometry [אל (OH) x Cl 3-x ] (כאשר x הוא יחס הידרוליזה טוחנת בדרך כלל בטווח של 0-3), אשר סביר אחראי על פוטנציאל zeta חיובי. אבקת המתקבל על ידי הקפאת ייבוש הפתרון מטוהרים לא מסיס במים. היחס בין החמצן לאלומיניום (3.3: 1) היה טוב עם אל (OH) 3 stoichiometry. ניתוח ה- SEC עולה כי חלקיקים nanogibbsite יכול להיות מסונתז בשיעור ההמרהשל 82%. אפיון לאחר מכן נערך על חומר מטוהרים GPC.
אִפיוּן
ניתוח FTIR אישר את המבנה פולימורף gibbsite על ידי נוכחות של מתיחה OH אופייני ב 3,620 ס"מ -1 , אשר ניתן להבחין מאלה של bayerite (3,650 ס"מ -1 ) 2 , 3 . יתר על כן, מצבי רטט אחרים gibbsite היו ניכרים מן הקליטה ב 3,617, 3,523, 3,453, 1,023, 970, ו 918 ס"מ -1 4 , 5 , 6 . ארגינין לא זוהה בשיטת ה- FTIR. ניתוח סטטי פיזור האור של המדגם עם יחס טוחן Arg / אל של 2.75 עולה כי גודל החלקיקים הממוצע היה בטווח של 10-30 ננומטר. גודל הגביש מחושב, מחושב מתוך דפוס XRD באמצעות th E Scherrer משוואה 7 , 8 , היה ~ 8 ננומטר, אשר בהסכם הגון עם נתונים פיזור האור. חלקיקים נפרדים עם בקוטר בטווח של ננומטר 5-15 נצפו בתמונות TEM ( איור 1 ).
27 אל NMR נמדד עבור דגימות עם יחסי טוחנת Arg / אל של 0, 2.25, ו 2.75 ( איור 2 ). התוצאות הראו כי אל מונומר ( כלומר , AlCl 3 ), אשר יש אות חד אופייני 0 ppm, הידרוליזה להניב אשכולות Keggin ( כלומר , אל 13 מ ' ו אל 30 מ' ) על יחס Arg / Al של 2.25, כפי שמעידה האותות האופייניים שלהם ל- 63 ו- 70 ppm. הריכוז המקסימלי של אשכולות Keggin נמדד ב Arg / Al של 2.25, אשר הסכם טוב עם נתוני ה- SEC. ב יחס Arg / Al של 2.75, 27 ספקטרום N NRR הציג אות אחת O H ב 8 עמודים לדקה.
Ass = "jove_step" for: keep-together.within-page = "1"> סינתזה ואפיון
מאז גילויו בשנת 1992, MCM-41 כבר עניין מדעי ותעשייתי גדול עבור יישומים שונים, כגון קטליזה, משלוח תרופות, הפרדות. שלא כמו zeolites, המבנה של חומרים מסוג MCM-41 יכול להיות מותאם כדי להציג גודל הנקבוביות אחיד בין 1.6-10 ננומטר בקוטר בדרך כלל יש שטח פני השטח בסדר גודל של 1,000 מ ' 2 גרם -1 . הנה, MCM-41, עם גודל הנקבוביות הממוצע של 2.7 ננומטר, שימש כתומך "כלוב" לצמיחה מוגבלת של חלקיקים nanogibbsite. לפני הטעינה אל, MCM-41 הופעל ב 120 ° C כדי להסיר כל מזהמים adsorbed ( למשל , מים, גזים אטמוספריים, וכו ' ) מפני משטח סיליקה. לאחר מכן, פתרון כלוריד אלומיניום נוספה MCC גרידא טהור 41 מוצק מותר לאזן עם Al 3 + ספיחה עםN את הנקבוביות של MCM-41 עבור 1 שעות. ההוספה האיטית של אבקת ארגינין תחת ערבוב מגנטי גרמה לדלקת מקומית, שהורשתה להתפזר לפני תוספת ארגינין נוספת. היווצרות המוצר בתמיסה בתפזורת נבדקה באמצעות ניתוח ה- SEC ו- 27 AL NMR, אשר הצביעו על כך שכלוריד האלומיניום הוסב ביעילות לשיא של מינים 1 ו- nanogibbsite בהתאמה. חומר ה- Al-MCM-41 שהתקבל סונן ושטף בכמויות אדירות של מים לפני האפיון.
27 אל MAS התמ"ג ( איור 3 ) של החומר מוכן אל-MCM-41 מדגים את נוכחותם של סביבות אל, MCM-41 אוקטאדרל (~ 2 ppm) ו tetrahedral (~ 57 עמודים לדקה), אשר נצפים בדרך כלל בסיליקה mesoporous עם אל מינים 12 . היחס בין O / H / T נמדד ב -1.4. עיקר (EDX) הרכיב היסודי היה 8.02% אל, 23.26% SI, ו 68.70% O. השטח (XPS) הרכיב היסודי כללה 6.13% אל, 21.75% Si, ו 66.36% O, מה שמראה כי יש תוכן קטן יותר של אל על פני השטח של חלקיקים לעומת בתפזורת עָמִית. יחס Si / Al היה 2.9 ו -3.6, כפי שנמדד על ידי EDX ו- XPS, בהתאמה. יחס גבוה יותר של Si / Al שנצפו ב XPS לעומת ניתוח EDX עולה כי חלק גדול יותר של אל חדרה לתוך הנקבוביות לעומת הבניין על פני השטח. כלוריד לא זוהה בריכוז stoichiometric בשיטה או.
זווית רנטגן זווית קטנה דפוסי (SAXRD) דפוסי נמדדו לפני ואחרי הטעינה ו היו צמודות על בסיס סימטריה משושה ( איור 4 ). נוכחותם של 100 (2.2 °), 110 (3.9 °), 200 (4.4 °), ו 210 (5.8 °) השתקפות סריג נצפו בשתי הדגימות, המציין כי שינויים משמעותיים נקבוביות הורה מאוד לא להתרחש כמו arעל חשבון הכניסה אל. Brunauer-Emmett-Teller (BET) ניתוח של החומר המקורי MCM-41 הניב שטח משטח BET של 997 מ '/ גרם, נפח הנקבוביות של 0.932 ס"מ 3 / גרם, רוחב הנקבוביות של 2.7 ננומטר. נתוני BET לאחר השתלת אל הראו שטח משטח BET של 742 מ '/ גרם (ירידה של 20.4%), נפח הנקבוביות של 0.649 ס"מ 3 / g (ירידה של 30.4%), ואת רוחב הנקבוביות של 2.1 ננומטר (הפחתת 22.2%). יתר על כן, שילוב של אל בתוך הנקבוביות הפחית את N 2 הכולל adsorbed מ 602 ל 419 סמ"ק / גרם. עקומת ה- N 2 (לא מוצג) הציגה לולאה hysteresis טיפוסית של mesoporosity אחיד. 1 H MAS התמ"ג נמדד גם לפני ואחרי הצמיחה החלקיקים אל בתוך mesopores. כניסתה של אל גרמה למשמרת דוויפילד (~ 1 ppm) עבור האות השולט ב -3.1 ppm שנצפה ב- MCM-41. אות חדש ומבודד עלה ב -0.9 ppm, אשר הוקצה לפרוטוקולי הידרוקסיל המתואמים עם אטומי אלומיניום, שכן הוא חווה יחסית חזקה מיגון נצפתה בדרך כלל חומרים זאוליט חומצי עשוי אלומיניום 15 , 16 , 17 .
27 תהודה מגנטית גרעינית ( 27 אל NMR) ומדידות pH התקבלו עבור דגימות בעלות יחסי Arg / Al שונים ( תרשימים 2 ו -5 ). FTIR-ATR וניסויי מיקרוסקופ אלקטרונים בתמסורת (TEM) נערכו עבור nanogibbsite שהוכנו עם יחס טוחן של Arg / Al של 2.75 ( תרשימים 1 ו -6 ). לאחר טעינת אל תוך חלל ריק של MCM-41, בוצעו 27 תמ"ג של MAS, N 2 , SAXRD, 1 H MAS NMR ו- TEM כדי לאפיין את החומר המוכן של אל-ממ -41 ( תרשימים 3, 4 ו -7 -10 ).
Load / 55423 / 55423fig1.jpg "/>
איור 1: מיקרוסקופ TEM של מטוהרים ננו אל (OH) 3 עם סרגל קנה מידה של 100 ננומטר. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.
איור 2: נוזל 27 אל NMR של דגימות עם Arg / Al מנות של 0 ( א ), 2.25 ( ב ), ו - 2.75 ( ג ). הפסגות העיקריות ב -0, 8, 63 ו -70 ppm מצוינות מעל עמדות השיא בהתאמה. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.
איור 3: 27 ספקטרום תמ"ג של ננוגיבסיט מוכן ( א ) והוכן ל- ALMMM-41 ( b ). הפסגות הגדולות ב 7.6, 2.4, ו 56.9 ppm מסומנים מעל עמדות שיא בהתאמה. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.
איור 4: תבנית השתברות SAXRD של MCM-41 ( a ) ו- Al-MCM-41 ( b ), עם השתקפויות הסריגציות הטבולות וה- d-spacing המקביל ביניהם. את 110 ו 200 השתקפויות הם מוגדל 10X ב-אלמנט MCM-41 דפוס עקיפה. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.
איור 5: ערכי pH נמדדים ביחסי Arg / Al Molar שונים. החצים מצביעים על הדגימות המורכבות של יחסי Arg / Al של 2.75 ו 3.00, אשר מראים עלייה דרסטית ב- pH לאחר תוספת נוספת של arginine בעבר nanogibbsite המכיל ארג / Al 2.75 מדגם. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.
איור 6: FTIR-ATR ספקטרום ספיגה של מטוהרים אל (OH) 3 אבקה, עם תנודות gibbsite אופייני שכותרתו עם ערכי wavenumber שלהם. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.
איור 7: איזותרמות ספיגה של N 2 של MCM-41 ו- AL-MCM-41 שהושגו באמצעות שיטת BET ב 77 K. הבלעה היא המקביל BJH הפצה גודל הנקבוביות. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.
איור 8: 1 H MAS הספקטרום של NMR של אל-MCM-41 ( א ) ו- MCM-41 ( ב ). הפסגות הדומיננטיות ב -0.9, 3.1 ו -4.2 ppm מתויגות מעל עמדות השיא בהתאמה. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.
עמוד = "1"> 
איור 9: מיקרוסקופ TEM של MCM-41. קנה מידה בר = 100 ננומטר. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.
איור 10: מיקרוסקופ ה- TEM של אל-ממ"ם 41. קנה מידה בר = 100 ננומטר. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
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 ימים של הכנה כי לאורך זמן, [אל (H 2 O) 6 ] 3 + חומצה אקווה hydrolyzes להניב תוצר לוואי רצוי שיכול בסופו של דבר להפחית את התשואה הכוללת ואת טוהר הסופי מוצר. המתודולוגיה הסינתטית המתוארת כאן נערכה עם מגוון ריכוזי אלומיניום (~ 0.8-3.1 wt% אל). בריכוז אל גבוה יותר, הגבלה של מסיסות ארגינין הושגה; לכן, הסינתזה לא יכלה להתקיים כמתוכנן. מצד שני, הריכוזים הנמוכים של אל הניבו ריכוזים קטנים יותר של ננו-אל (OH)
טיהור ההשעיה nanogibbsite מוכן נערך בהצלחה באמצעות מגוון של ג 'ל אריזות כמויות, אריזה מורפולוגיות, ואת שיעורי הזרימה. בשל מחברי פלסטיק שבירים על הטור שלנו, מגבלת קצב הזרימה היה כ 0.5 מ"ל / דקה, עם רוב הטיהורים שנערך ב 0.2 מ"ל / דקה. זמן השמירהשל חלקיקים nanogibbsite נעו מבוסס על קצב הזרימה ואת כמות חומר האריזה. זה הכרחי כי חומר אריזה עמודה מותר לארוז לאט, כלומר הוספת על 1 ב של חומר אריזה בכל פעם ומים זורמים ב 0.2 מ"ל / דקה במשך כ 30 דקות כדי לאפשר ג'ל לארוז היטב. יתר על כן, לאחר הוספת בערך חצי שווה ערך של חומר האריזה, אפשרנו 24 שעות של מים לזרום דרך הטור, אשר שיפרה משמעותית את יעילות האריזה של הטור. ריצה ראשונית נערכה כדי למדוד את זמן השמירה של שני פסגות השבירה שנצפו ( כלומר , nanogibbsite ו arginine) על העמודה. לאחר מכן, הפתרון מופרד על עמודה, ואת שני פסגות נאספו במרווחים 10 או 30 דקות בטווח הזמן של פסגות. לאחר מכן היה צורך לנתח את בקבוקונים שונים עבור ריכוזי אלומיניום ו arginine להבין את המינים eluting מתחת לשיא מסוים. בשל כמות גדולה שלמים זורמים דרך הטור, הפתרון טוהר שהתקבל היה מדולל באופן משמעותי.
עבור הטעינה של אל חומר סיליקה mesoporous, חשוב להפעיל את החומר לפני הניסוי כדי להסיר את השטח adsorbed גז זיהומים נוזליים, הבטחת הטעינה המרבי בתוך הנקבוביות. מגוון רחב של חומרים נקבוביים מוצקים מלבד סיליקה יכול לשמש כתומך עבור מולקולות nanogibbsite אורח ( למשל , פחמן mesoporous, תחמוצות מתכת המעבר mesoporous, וכו ' ), אשר יכול להגדיל באופן משמעותי את ההשפעה של המתודולוגיה הסינתטית הנוכחית. במהלך תהליך החימום, הוא אידיאלי כדי לשמור על הטמפרטורה ומשך מתחת 80 מעלות צלזיוס ופחות מ 3-5 ימים, בהתאמה. הגדלת הטמפרטורה חימום או זמן יכול לגרום לצבירה של חלקיקים nanogibbsite והוא יכול לחסום נקבוביות או מעיל את פני השטח עם אלומיניום. השיטה שפותחה משיגה העמסה גבוהה יחסית של אל וריכוז של oCtahedral אל לעומת שיטות אחרות.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
למחברים אין מה לחשוף.
Acknowledgments
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
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 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. , 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 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).
