הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.

מאמר שיטה

הכנת Facile של אלומיניום Ultroine hydroxide חלקיקים עם או ללא Mesoporous MCM-41 בסביבות הסביבה

10.3K צפיות

⸱

DOI:

10.3791/55423

⸱

11 במאי 2017

 ,  ,  ,  , 
1Colgate-Palmolive Company

במאמר זה

סיכום

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.

תקציר

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.

מבוא

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.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

פרוטוקול

1. אל (OH) 3 סינתזה Nanoparticle

  1. ממיסים 1.40 גרם של אלומיניום hexahydrate כלוריד ב 5.822 גרם של מים deionized.
  2. 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.
  3. 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

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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.
    1. לאסוף את רוב השיא 1 שבר מעל 100 דקות בקצב 0.2 מ"ל / דקות הזרימה.
    2. 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.
  4. הכן 1% wt של NaCl.
  5. 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

  1. AcTivate כ 1.0 גרם של MCM-41 ב 120 מעלות צלזיוס תחת ואקום במשך 3 שעות בתנור ואקום.
  2. 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.
  3. הוסף 0.7 גרם של הפעלת MCM-41 ל 50.0 גרם של פתרון כלוריד אלומיניום (מוכן בשלב 3.2).
  4. לאפשר זמן ערבוב נאות (1 h) כדי להבטיח הומוגניות של AlCl 3 מפוזר בכל ערוצי MCM-41.
  5. 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.
  6. פעם הומוגנית, לחמם את התערובת על 50 מעלות צלזיוס למשך 72 שעות.
  7. סנן את הפתרון הטרוגני שהתקבל באמצעות משפך Buchner, תחת ואקום ומצוידים עיגולים נייר סינון 90 מ"מ איכותי(או כל מסנן מתאים אחרים).
  8. 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.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

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 ...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

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 הסינתט...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

למחברים אין מה לחשוף.

תודות

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 .

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
אלומיניום כלוריד הקסהידרטאלפא Aesar12297
L-ארגיניןBioKyowaN/A
אלומיניום הידרוקסידסיגמא אולדריץ'239186
ביו-ג'ל P-4 ג'לBio-Rad150-4128
מזופורוס סייקה (סוג MCM-41)סיגמא אולדריץ'643645

מקורות

  1. Laden, K. Antiperspirants and Deodorants. , 2nd, Marcel Dekker, Inc. New York. (1999).
  2. Kumara, C. K., Ng, W. J., Bandara, A., Weerasooriya, R. Nanogibbsite: Synthesis and characterization. J. Colloid Interface Sci. 352 (2), 252-258 (2010).
  3. 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).
  4. Elderfield, H., Hem, J. D. The development of crystalline structure in aluminum hydroxide polymorphs on ageing. Mineral. Mag. 39, 89-96 (1973).
  5. Wang, S. L., Johnston, C. T. Assignment of the structural OH stretching bands of gibbsite. Am. Mineral. 85, 739-744 (2000).
  6. 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).
  7. Scherrer, P. Bestimmung der Grosse und der inneren Struktur von Kolloidteilchen mittels Rontgenstrahlen . Gottingen. 26, 98-100 (1918).
  8. 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).
  9. Swaddle, T. W., et al. Kinetic Evidence for Five-Coordination in AlOH(aq)2+ Ion. Science. 308 (5727), 1450-1453 (2005).
  10. Casey, W. H. Large Aqueous Aluminum Hydroxide Molecules. Chem. Rev. 106 (1), 1-16 (2006).
  11. 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).
  12. 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).
  13. 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).
  14. 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).
  15. 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).
  16. 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).
  17. 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).
  18. 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).
  19. 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).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

תגיות

סינתזה של אלומיניום הידרוקסידטיטראציה של L-ארגיניןכרומטוגרפיית חלחול ג'לטעינה של MCM-41ננוחלקיקים אולטרה-עדיניםאנליזת FTIRאפיון XRDאנליזה אלמנטרית ב-EDXאנליזת פני שטח ב-XPSחומרים מזופוריים
הכנת Facile של אלומיניום Ultroine hydroxide חלקיקים עם או ללא Mesoporous MCM-41 בסביבות הסביבה
צרו קשר
המליצו לספרייה

פרטיות

תנאי שימוש

מדיניות

זכויות יוצרים © 2026 MyJoVE Corporation. כל הזכויות שמורות.