Summary
Çok ince bir alüminyum hidroksit nanoparçacık süspansiyonu, MCM-41'in mezogözenekli kanalları içinde kafes efekti kısıtlaması olmaksızın ve olmadan 4.6'ya kadar L-arginin ile [Al (H20)] 3'ün kontrollü titrasyonu ile hazırlandı.
Abstract
Nanogibbsite ait sulu bir süspansiyon, alüminyum su asidi [Al (H20) 6 ] 3+ 'nın L-arginin ile pH 4.6'ya titrasyonu ile sentezlendi. Sulu alüminyum tuzlarının hidrolizinin, geniş bir boyut dağılımı dağılımına sahip geniş bir ürün yelpazesi ürettiği bilinmekle birlikte, çeşitli son teknoloji cihazlar ( yani, 27 Al / 1 H NMR, FTIR, ICP-OES , TEM-EDX, XPS, XRD ve BET), sentez ürünlerini ve yan ürünlerin tanımlanmasını karakterize etmek için kullanıldı. Nanopartiküllerden (10-30 nm) oluşan ürün, jel permeasyon kromatografisi (GPC) sütun tekniği kullanılarak izole edildi. Fourier transform infrared (FTIR) spektroskopisi ve toz X-ışını kırınımı (PXRD) saflaştırılmış materyali alüminyum hidroksitin gibbsite polimorfu olarak tanımladı. İnorganik tuzların ( örn. , NaCl) ilavesi, süspansiyonun elektrostatik istikrarsızlaştırılmasına yol açtı, böylece nanoparçacıkların yoğundurulması sağlandıAl Al (OH) 3 , büyük parçacık boyutlarıyla çökelir. Burada tarif edilen yeni sentetik metodu kullanarak Al (OH) 3 , MCM-41'in yüksek derecede düzenlenmiş mezo-gözenekli çerçevesinin içinde ortalama gözenek boyutları 2.7 nm olan kısmen yüklendi ve hem oktahedral hem de tetrahedral Al (O / saat) ile bir alüminosilikat malzeme üretti. T d = 1.4). Enerji dağılımlı X-ışını spektrometresi (EDX) kullanılarak ölçülen toplam Al içeriği,% 2.9 Si / Al molar oranı ile% 11 idi. Toplu EDX'in yüzey X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS) element analizi ile karşılaştırılması, alüminosilikat materyal içindeki Al dağılımı hakkında bilgi sağlamıştır. Dahası, dış yüzeyde (3.6) hacim (2.9) ile karşılaştırıldığında Si / Al oranının daha yüksek olduğu görülmüştür. O / Al oranlarının yaklaşıklıkları sırasıyla çekirdeğin ve dış yüzeyin yakınında daha yüksek bir Al (O) 3 ve Al (O) 4 konsantrasyonuna işaret etmektedir. Al-MCM-41'in yeni geliştirilmiş sentezi,Sıralı yüksek silisyum dioksit muhteviyatı sağlarken, sıralı silis çerçevesinin bütünlüğünü korur ve hidratlı veya susuz AI203 nanopartiküllerin avantajlı olduğu uygulamalar için kullanılabilir.
Introduction
Alüminyum hidroksit malzemelerin kataliz, ilaç, su arıtma ve kozmetik dahil olmak üzere endüstriyel uygulamalar için umut vadeden adaylar vardır. 1 , 2 , 3 , 4 Yüksek sıcaklıklarda, alüminyum hidroksit (Al2O3) üretmek için parçalanma esnasında önemli miktarda ısı emer ve bu da alev geciktirici bir ajan haline gelir. Alüminyum hidroksitin bilinen dört polimorfu ( yani , gibbsite, bayerit, nordstrandit ve doyleit) hesaplama ve deney yöntemleriyle araştırılarak oluşum ve yapılarının anlaşılması 6 . Nano ölçekli parçacıkların hazırlanması, kuantum efektleri sergileme potansiyeli ve teorilerinkinden farklı özelliklere sahip olması nedeniyle özellikle ilgi çekicidirR toplu meslektaşları. 100 nm düzeyindeki boyutlara sahip nanogibsit parçacıkları çeşitli koşullar altında kolaylıkla hazırlanır 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14 .
Parçacık boyutlarını daha da azaltmakla ilgili olarak ortaya çıkan zorlukların üstesinden gelmek zordur; Bu nedenle, nanogibbsite parçacıkların boyutları 50 nm civarında olduğu yalnızca birkaç durum mevcuttur. 14 , 15 , 16 , 17 Bildiğimiz kadarıyla, 50 nm'den daha küçük nanogibit partikülleri raporu bulunmamaktadır. Kısmen, nanoparçacıkların elektrostatik istikrarsızlıktan ötürü yığılma eğilimi gösterdiği düşünülmektedirVe özellikle polar protik çözücülerde koloidal partiküller arasında hidrojen bağlarının oluşma ihtimali yüksektir. Amacımız, yalnızca güvenli maddeleri ve öncülleri kullanarak küçük Al (OH) 3 nanopartiküllerini sentezlemekti. Mevcut çalışmada, bir tampon ve stabilizör olarak bir amino asit ( yani , L-arginin) eklenerek sulu parçacık agregasyonu engellendi. Dahası guanidinyum içeren argininin, alüminyum hidroksit parçacıklarının büyümesini ve toplanmasını önlediği ve ortalama parçacık boyutları 10-30 nm olan sulu bir koloidal süspansiyon oluşturduğu bildirilmektedir. Argininin amfoterik ve zvitteriyonik özelliklerinin, hafif hidroliz sırasında alüminyum hidroksit nanopartikülleri yüzey yükünü hafiflettiği ve 30 nm'nin ötesinde partikül büyümesini hafiflettiği önerilir. Arginin, parçacık boyutunu 10 nm'nin altına düşürememekle birlikte, bu parçacıklar, "kafes" sınırlandırıcı etkiden yararlanılarak elde edilmiştirMCM-41'in mezo gözeneklerinde. Al-MCM-41 bileşik maddesinin karakterizasyonu, 2.7 nm'lik bir ortalama gözenek boyutuna sahip olan mezo-gözenekli silisyum içinde ultra ince alüminyum hidroksit nanopartiküllerini ortaya çıkarmıştır.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Al (OH) 3 Nanopartikül Sentezi
- 1.40 g alüminyum klorid hekzahidrat 5.822 g deiyonize suda eritilir.
- Manyetik olarak karıştırılarak sulu alüminyum klorür solüsyonuna 2.778 g L-arginin ilave edin. L-arginin yavaşça ilave edilir, böylece eklenen arginin erir ve büyük kümeler veya parçalar oluşturmaz; Ayrıca, yavaş bir ilave, yerel alkalilik konsantrasyonlarını azaltır ve daha kontrol edilebilir bir hidroliz için koşullar sağlar.
- Tüm arginin çözeltiye karıştıktan sonra, çözeltiyi 50 ° C'de 72 saat ısıtın; Bu noktada, çözüm bulutlu bir süspansiyon halinde görünebilir.
2. Al (OH) 3'ün NaCI ile çökeltilmesi
- 49 uzunluğunda ve 1.125 çapında bir GPC sütunu hazırlayın. Jel ilavesinin ardışık basamaklarında jel koyun ve jel boncukları arasında en az boşluk bırakarak doğru ambalajlamayı sağlamak için suyun kolondan akmasına izin verin. Paketini verJel sütunun yaklaşık% 80'i; Paketlenen jel miktarı her seferinde değişir ve yalnızca ayrılan türlerin alıkonma zamanını etkiler.
- 10 mL'lik enjektör döngüsü ile bir HPLC pompası kullanarak 10 mL sentezlenmiş Al (OH) 3 nanoparçacık süspansiyonu (adım 1.3'te hazırlanan) kolona sokun. Enjektör döngüsünü, yaklaşık 0.125 inç çapında ve 10 mL enjekte edilen numuneyi vermek üzere kalibre edilen bir boru kullanılarak özel hale getirin.
- DRI tepe konumu ile ilişkili aralıklarla sütun elution'u toplayın. GPC çıktısını bir diferansiyel kırınım indeksi (dRI) dedektörünün girişine bağlayın.
NOT: Ayrılan türler GPC'den çıktıklarında, dri dedektöründe tepe noktası olarak görülür ve daha sonra 125 mL'lik şişelerde toplanır. GPC sütunu, aljinik spektrumundan arginini ayırt etmek için, hem boyut tahliye kromatografisi (SEC) hem de elemental analiz (EA) ile toplanan ve analiz edilen iki iyi çözülmüş tepe noktası üretirleri. Toplanan toplam hacim, GPC sütununun boyutuna, kullanılan toplam paketleme maddesinin miktarına ve kolonun ayrılması için kullanılan deiyonize suyun debisine bağlı olacaktır.- Pik 1 fraksiyonunun çoğunluğunu 0,2 mL / dakika akış oranında 100 dakika boyunca toplayın.
- Eluent'i, GPC sütununun RI detektöründe bir pik ortaya çıkınca 30 dakika aralıklarla toplayın.
NOT: Aralık aralığının değiştirilmesi sonuçtaki saflaştırılmış zirve 1 maddesinin konsantrasyonunu ve saflığını değiştirir. Belirli bir kolon için en yüksek konsantrasyon ve pik 1 türünün hangi bölümünü içerdiğini belirlemek için zirveden küçük aralıklar toplamak daha iyidir.
- Ağırlıkça% 1 NaCl hazırlayın.
- Hazırlanan NaCl solüsyonunu 10 mL saf Al (OH) 3 nanopartiküllerine damla damla ilave edin; NaCl çökeltme kullanılarak hazırlanan materyal daha deneyler için kullanılmaz.
3. Al-MCM-41'in hazırlanması
- ACVakumlu bir fırında 3 saat süreyle 120 ° C'de yaklaşık 1.0 g MCM-41'yi aktif hale getirin.
- 9.6926 g AlCl3.6H20 ile 40.3074 g deiyonize su birleştirilerek 50.0 g alüminyum klorür çözeltisi hazırlanır.
- 0,7 g aktif MCM-41'i, 50.0 g alüminyum klorür çözeltisine ilave edin (aşama 3.2'de hazırlanmıştır).
- MCM-41 kanalları boyunca yayılmış AlCl 3 homojenliğini sağlamak için yeterli karıştırma süresine (1 saat) izin verin.
- Manyetik karıştırma altında 2.75'lik bir Arg / Al molar oranına kadar heterojen karışıma L-arginin ilave edin. Adım 1.2'ye benzer şekilde, arjinini, eklemeye devam etmeden önce, anında oluşan çöplerin tekrar çözülüp indirgenmesini ve arjininin kümeleşmesini azaltmasını sağlayacak kadar yavaş yavaş ilave edin.
- Bir kez homojen hale getirildiğinde, karışım 50 ° C'de 72 saat ısıtılır.
- Elde edilen heterojen çözeltiyi vakum altında ve niteliksel 90 mm filtre kağıdı daireleriyle donatılmış bir Buchner hunisi kullanarak filtre edin(Veya uygun herhangi bir filtre kâğıdı).
- Üretilen Al-MCM-41 materyalinden reaksiyona girmemiş alüminyum klorür, arginin veya suda çözünür yan ürünlerin uzaklaştırılmasını sağlamak için filtrelenmiş beyaz tozu fazla miktarda deiyonize su ile yıkayın.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Nanogibsit Sentezi
Nanogibsit, AlCl3 · 6H20 (ağırlıkça% 14) L-arginin ile son bir Arg / Al mol oranının 2.75'e kadar titre edilmesiyle hazırlandı. Nanogibbsite parçacıkların sentezi, kısmen hidrolize edilmiş alüminyum klorür çözeltileri için yaygın olarak kullanılan bir analiz tekniği olan, zirveleri 1, 2, 3, 4 ve 5 1 olarak belirlenen beş alanı belirleyebilen SEC aracılığıyla izlenmiştir. Burada, 10-30 nm parçacık boyutlarına sahip nanogibbsite parçacıkların, tipik SEC analizinin zirve alanının altında elüte olan çeşitli potansiyel yapıların bileşenleri olduğunu bildirmekteyiz. Bildiğimiz kadarıyla, SEC peak 1 içerisinde elüte olan moleküllerin tanımlanması şimdiye kadar literatürde tanımlanmamıştır. Toz X-ışını kırınım (PXRD) ve Fourier dönüşümü kızılötesi spektroskopi (FTIR) deneyleri unambiguoBiz, Al (OH) 3 yapısını özdeşletiriz. GPC sütunundan elüsyon,% 99 saflık (Al muhtevasına dayalı), pH 6.7, +8.9 mV zeta potansiyeli (elektroforetik hareketlilik ve iletkenlik 0.7 μm.cm / V.s ve yarı saydam bir Al (OH) 3 süspansiyonu verdi. 0.7 mS / cm) ve az miktarda azot bulunur. Stoikiometri [Al (OH) x Cl3 -x ] ile kısmen hidrolize edilmiş katyonik safsızlıkların varlığını ortaya koyan GPC ile saflaştırmadan sonra, stoikometrik olmayan klorür klorür (Al: Cl oranı 35: 1) anyonları tespit edildi (burada x Muhtemelen pozitif zeta potansiyelinden sorumlu olan molar hidroliz oranı tipik olarak 0-3 arasındadır). Saflaştırılmış çözeltinin dondurularak kurutulmasıyla elde edilen toz su içinde çözülmez. Alüminyum oksijen oranına (3.3: 1) oksijen Al (OH) 3 stokiometrisi ile iyi uyum içindedir. SEC analizi, nanogibsit parçacıklarının bir dönüşüm oranında% 82'dir. Sonradan karakterizasyon GPC ile saflaştırılmış materyal üzerinde gerçekleştirildi.
niteleme
FTIR analizi, 3,620 cm "1'de bayerite (3,650 cm" 1 ) 2 , 3'ün ayırt edilebilen karakteristik bir OH gerginliğinin varlığı ile gibbsite polimorf yapısını doğrulamıştır. Ayrıca, 3,617, 3,523, 3,453, 1,023, 970 ve 918 cm "de absorpsiyonlardan diğer gibbsite titreşim modları belirgindir 4 , 5 , 6 . Arginin, FTIR yöntemi ile tespit edilmedi. Arg / Al molar oranı 2.75 olan numunenin statik ışık saçılım analizi, ortalama parçacık boyutunun 10-30 nm aralığında olduğunu belirtti. Hesaplanan kristalit boyutu, XRD paterninden hesaplananE Scherrer denklemi 7 , 8 , ~ 8 nm idi, bu da ışık saçılım verileri ile iyi bir uyum içindedir. TEM görüntülerde 5-15 nm aralığında çaplı ayrık parçacıklar gözlenmiştir ( Şekil 1 ).
27 Al NMR, Arg / Al molar oranları 0, 2.25 ve 2.75 olan numuneler için ölçüldü ( Şekil 2 ). Sonuçlar, 0.25'lik bir Arg / Al oranında Keggin kümeleri ( yani , Al 13-mer ve Al 30-mer ) vermek üzere hidrolize edilerek 0 ppm'de karakteristik keskin bir sinyali olan Al monomeri ( yani AlCl 3 ) Karakteristik 63 ve 70 ppm sinyalleri ile kanıtlandığı gibi. Keggin kümelerinin maksimum konsantrasyonu, SEC verileriyle iyi bir şekilde uyuşan 2.25 bir Arg / Al değerinde ölçülmüştür. 2.75'lik bir Arg / Al oranında, 27AI NMR spektrumu, 8 ppm'de tek bir O saat sinyali sergiledi.
1992'deki keşfinden bu yana, MCM-41, kataliz, ilaç dağıtımı ve ayrımlar gibi çeşitli uygulamalar için büyük bilimsel ve endüstriyel ilgi uyandırdı. Zeolitlerden farklı olarak, MCM-41 tipi malzemelerin yapısı, 1.6-10 nm çapında üniform gözenek boyutları sergileyecek şekilde uyarlanabilir ve genellikle 1.000 m 2 g -1 düzeyinde yüzey alanlarına sahip olabilir. Burada, ortalama gözenek boyutu 2.7 nm olan MCM-41, nanogibsit parçacıklarının sınırlandırılmış büyümesi için "kafes" desteği olarak kullanıldı. Al yüklemeden önce, silika yüzeyden herhangi bir adsorbe edilmiş kontaminantları ( örneğin su, atmosferik gazlar, vb. ) Çıkarmak için MCM-41, 120 ° C'de aktive edildi. Daha sonra, tamamen silisli MCM-41 katıya alüminyum klorür çözeltisi ilave edildi ve Al3 + adsorpsiyonu ile dengelenmeye bırakıldı.MCM-41'in gözenekleri 1 saat boyunca. Manyetik karıştırma altında arginin tozunun yavaş ilavesi lokal flokülasyona neden oldu ve bu da daha fazla arginin ilave edilmeden önce dağılmasına izin verildi. Kütle çözeltisindeki ürün oluşumu, SEC analizi ve 27 Al NMR kullanılarak izlendi; bu da, sırasıyla, alüminyum klorürün ağırlıklı olarak zirve pik 1 ve nanogibbsite türlerine etkili bir şekilde dönüştürüldüğünü belirtti. Elde edilen Al-MCM-41 materyali süzüldü ve karakterizasyon öncesinde bol miktarda su ile yıkandı.
Hazırlanan Al-MCM-41 maddesinin 27 Al MAS NMR'si ( Şekil 3 ) Al türevleri ile modifiye edilmiş mezo-gözenekli silisyumda yaygın olarak gözlenen hem oktahedral (~ 2 ppm) hem de tetrahedral (~ 57 ppm) Al ortamlarının varlığını göstermektedir 12 . O h / T d oranı 1.4'de ölçüldü. Dökme (EDX) element bileşimi% 8.02 Al,% 23.26 SI ve% 68.70 O. Yüzey (XPS) element bileşimi,% 6.13 Al,% 21.75 Si ve% 66.36 O'dan oluşmaktadır; bu da, partiküllerin yüzeyinde dökmeğe kıyasla daha küçük bir Al içeriğinin bulunduğunu göstermektedir karşılık. Si / Al oranı sırasıyla EDX ve XPS ile ölçüldüğünde 2.9 ve 3.6 idi. XPS'de EDX analizinde gözlemlenen Si / Al oranının yüksek olması, Al'ın daha büyük bir kısmının yüzey üzerine yapışmanın aksine gözeneklere nüfuz ettiğini göstermektedir. Her iki yöntemle de stokiyometrik konsantrasyonlarda klorür saptanmadı.
Küçük açılı X-ışını kırınımı (SAXRD) paternleri, Al yüklemesinden önce ve sonra ölçüldü ve altıgen simetriye dayalı olarak endekslendi ( Şekil 4 ). Her iki numunede de 100 (2.2 °), 110 ° (3.9 °), 200 ° (4.4 °) ve 210 ° (5.8 °) kafes yansımalarının varlığı gözlemlendi; bu da yüksek oranda gözeneklilikteki önemli değişikliklerin arAl yerleştirme esult. Orijinal MCM-41 maddesinin Brunauer-Emmett-Teller (BET) analizi, 997 m2 / g bir BET yüzey alanına, 0.932 cm3 / g gözenek hacmine ve 2.7 nm gözenek genişliğine ulaştı. Al graftlandıktan sonra BET verileri, 742 m2 / g (% 20.4 azalma), 0.649 cm3 / g gözenek hacmi (% 30.4 azalma) ve gözenek genişliği 2.1 nm (% 22.2 azalma) olan BET yüzey alanını ortaya koymuştur. Üstelik gözeneklere Al'nın dahil edilmesi, 602'den 419 cc / g'a adsorbe edilen toplam N2'yi azaltmıştır. N2 desorpsiyon eğrisi (gösterilmemiştir), düzgün mesopozoza tipik bir histerezis halkası sergilemiştir. 1 H MAS NMR, me gözeneklerde Al parçacıklarının büyümesinden önce ve sonra da ölçülmüştür. Al'ın piyasaya sürülmesi, MCM-41'de gözlemlenen baskın 3.1 ppm sinyal için aşağı doğru bir kaymaya (~ 1 ppm) neden oldu. Alüminyum atomları ile koordinasyonlu hidroksil protonlara atanan yeni, izole edilmiş bir sinyal 0.9 ppm'de ortaya çıktı, çünkü nispeten görüldü Daha güçlü koruyucu ve genellikle alüminyumdan üretilen asidik zeolit malzemelerinde gözlemlenir 15 , 16 , 17 .
Değişken Arg / Al oranlarına sahip numuneler için 27 Al nükleer manyetik rezonans ( 27 Al NMR) ve pH ölçümleri elde edildi ( Şekil 2 ve 5 ). Arg / Al molar oranı 2.75 ile hazırlanan nanogibsit için FTIR-ATR ve transmisyon elektron mikroskopu (TEM) deneyleri gerçekleştirildi ( Şekil 1 ve 6 ). Al'ı MCM-41 boşluğuna yükledikten sonra, hazırlanan Al-MCM-41 maddesini karakterize etmek için 27 Al MAS NMR, N2 adsorpsiyonu, SAXRD, 1 H MAS NMR ve TEM analizleri gerçekleştirildi ( Şekil 3, 4 ve 7 -10 ).
Load / 55423 / 55423fig1.jpg "/>
Şekil 1: 100 nm ölçek çubuğu ile saflaştınlmış nano-Al (OH) 3'ün TEM mikrografı. Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen tıklayınız.
Şekil 2: 0 ( a ), 2.25 ( b ) ve 2.75 ( c ) Arg / Al oranlı numunelerin Sıvı 27 Al NMR'i. 0, 8, 63 ve 70 ppm'lik ana tepeler, ilgili zirve konumlarının üstünde kaydedilmiştir. Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen tıklayınız.
Şekil 3: a ) ve hazırlanmış Al-MCM-41 ( b ) nin Al MAS NMR spektrumu. 7.6, 2.4 ve 56.9 ppm'deki ana tepeler, ilgili zirve pozisyonlarının yukarısında etiketlenmiştir. Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen tıklayınız.
Şekil 4: MCM-41 ( a ) ve Al-MCM-41 ( b ) 'nin SAXRD kırınım deseni, tablolanmış kafes yansımaları ve karşılık gelen d-aralığı ile. 110 ve 200 yansımaları, Al-MCM-41 kırınım modelinde 10X büyütülmüştür. Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen tıklayınız.
Şekil 5: Çeşitli Arg / Al molar oranlarında ölçülen pH değerleri. Oklar, 2.75 ve 3.00 Arg / Al oranlarından oluşan örneklere işaret etmektedir ve bunlar, nanogibsit içeren Arg / Al 2.75 örneğinin ötesine arginin ilavesinden sonra şiddetli bir pH artışı göstermektedir. Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen tıklayınız.
Şekil 6: Saflaştırılmış Al (OH) 3 tozunun FTIR-ATR absorpsiyon spektrumu, karakteristik gibbsite titreşimleri dalgalanma değerleri ile etiketlenmiştir. Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen tıklayınız.
Şekil 7: 77 K'de BET metodu ile elde edilen MCM-41 ve Al-MCM-41'in N2 emilim izotermleri. Yerleştirme, karşılık gelen BJH gözenek boyutu dağılımıdır. Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen tıklayınız.
Şekil 8: Al-MCM-41 ( a ) ve MCM-41 ( b ) 'nin 1 H MAS NMR spektrumu. 0,9, 3,1 ve 4,2 ppm'lik baskın pikler ilgili tepe pozisyonlarının üstünde etiketlenmiştir. Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen tıklayınız.
Şekil 9: MCM-41'in TEM mikrografısı. Ölçek çubuğu = 100 nm. Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen tıklayınız.
Şekil 10: Al-MCM-41'in TEM mikrografiği. Ölçek çubuğu = 100 nm. Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen tıklayınız.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Sulu bir alüminyum klorür çözeltisinin hazırlanması, alüminyum kloridin kristal halinde bir hekzahidrat tuzunun kullanılmasını gerektirdi. Susuz form da kullanılabilmesine rağmen, önemli higroskopik özelliklerinden dolayı tercih edilmemektedir; bu da, alüminyum konsantrasyonunu kontrol etmek ve kontrol etmek zorlaşmaktadır. Alüminyum klorür çözeltisinin hazırlığın birkaç gün içinde kullanılması gerektiğini dikkate alarak dikkatli olun çünkü zamanla [Al (H20) 6 ] 3 + aqua asit hidroliz ederek nihai ürünün toplam verimini ve saflığını nihai olarak azaltabilen istenmeyen yan ürünler elde edilir. ürün. Burada anlatılan sentetik metodoloji, bir dizi alüminyum konsantrasyonu ile (ağırlıkça ~% 0.8-3.1 Al) gerçekleştirildi. Daha yüksek Al konsantrasyonlarında, arginin çözünürlük sınırlamasına ulaşıldı; Bu nedenle, sentez amaçlandığı gibi ilerleyemedi. Öte yandan, Al'ın daha düşük konsantrasyonları daha düşük konsantrasyonlarda nano-Al (OH)
Hazırlanan nanogibssite süspansiyonunun saflaştırılması çeşitli jel paketleme miktarları, ambalaj morfolojileri ve akış hızları kullanılarak başarılı bir şekilde gerçekleştirildi. Kolonuzdaki kırılgan plastik konektörler nedeniyle, akış hızı sınırlaması yaklaşık 0,5 mL / dakika idi ve arıtmaların büyük bir kısmı 0,2 mL / dakika ile gerçekleştirilmiştir. Alıkonma süresiNanogibbsite parçacıkların akış hızı ve miktarına bağlı olarak değişen ambalaj malzemesi. Sütun paketleme malzemesinin yavaşça paketlenmesine izin verilmelidir, yani bir seferde yaklaşık 1 inç paketleme malzemesi eklenir ve jelin paketlenmesine izin vermek için yaklaşık 30 dakika 0.2 mL / dakikada su akır. Dahası, yarım sütun değerinde bir ambalaj malzemesi ilave edildikten sonra, sütunun 24 saat suyunun akmasına izin verdik, böylece sütunun paketleme verimliliği önemli derecede arttı. Sütun üzerindeki gözlenen iki refraktif tepe noktasının tutma süresini ( yani , nanogibbsite ve arginin) ölçmek için bir ilk çalıştırma gerçekleştirildi. Daha sonra, sentezlenmiş çözelti kolon üzerinde ayrılmış ve iki pik dorukların zaman aralığı içinde 10 veya 30 dakika aralıklarla toplanmıştır. Ardından özel zirve altındaki elüsyon türlerini anlamak için çeşitli viyallerden alüminyum ve arginin konsantrasyonlarını analiz etmek gerekiyordu. Büyük miktar nedeniyleSütun içinden akan su, elde edilen saflaştırılmış solüsyon önemli derecede seyreltildi.
Al'ı mezogözenekli silis malzemesine yüklemek için, deneyden önce malzemeyi aktif hale getirerek yüzey adsorbe edilen gaz ve sıvı safsızlıkları çıkararak gözenekler içinde maksimum yüklemeyi sağlamak önemlidir. Mevcut silikon metodolojinin etkisini belirgin şekilde arttırabilen konuk nanogibsit molekülleri ( örn. , Mezo-gözenekli karbon, mezo-gözenekli geçiş metali oksitleri, vb. ) Için destek olarak silika dışında çok çeşitli katı gözenekli malzemeler kullanılabilir. Isıtma işlemi sırasında sıcaklık ve süreyi sırasıyla 80 ° C'nin altında ve 3-5 günden daha az tutmak idealdir. Isıtma sıcaklığının veya süresinin artırılması, nanogibbsite parçacıkların bir araya gelmesine ve gözenekleri bloke edebilir veya yüzeyini alüminyum ile kaplayabilir. Geliştirilen metot, nispeten yüksek bir Al yüklemesi ve oDiğer yöntemlerle karşılaştırıldığında ctahedral Al.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Yazarların açıklayacak bir şeyi yok.
Acknowledgments
Yazarlar, küçük açılı X-ışını kırınımı ve toz X-ışını kırınımı konusundaki analizleri ve uzmanlıkları için Rutgers Üniversitesi'nden Dr. Thomas J. Emge ve Wei Liu'ya teşekkürlerini sunar. Yazarlar ayrıca Hao Wang'ı N 2 adsorpsiyon deneyleriyle desteklediği için onaylarlar.
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).
