Summary
Een ultrafijne aluminiumhydroxide nanodeeltjesuspensie werd bereid via de gecontroleerde titratie van [Al (H20)] 3+ met L-arginine tot pH 4,6 met en zonder kooi-effectbevestiging binnen mesoporeuze kanalen van MCM-41.
Abstract
Een waterige suspensie van nanogibbsite werd gesynthetiseerd via de titratie van aluminium aquazuur [Al (H20) 6 ] 3+ met L-arginine tot pH 4,6. Aangezien de hydrolyse van waterige aluminiumzouten bekend is om een breed scala aan producten te produceren met een breed scala van grootteverdelingen, zijn er een verscheidenheid van state-of-the-art instrumenten ( dwz 27 Al / 1H NMR, FTIR, ICP-OES , TEM-EDX, XPS, XRD en BET) werden gebruikt om de synthese producten en identificatie van bijproducten te karakteriseren. Het product, dat was samengesteld uit nanodeeltjes (10-30 nm), werd geïsoleerd onder toepassing van gel permeatie chromatografie (GPC) kolom techniek. Fourier transform infrarood (FTIR) spectroscopie en poeder röntgen diffractie (PXRD) identificeerde het gezuiverde materiaal als de gibbsite polymorf van aluminiumhydroxide. De toevoeging van anorganische zouten ( bijv . NaCl) geïnduceerde elektrostatische destabilisatie van de suspensie, waardoor de nanodeeltjes aan je worden geagglomereerdLd Al (OH) 3 neerslag met grote deeltjesgroottes. Door gebruik te maken van de hier beschreven nieuwe synthetische methode werd Al (OH) 3 gedeeltelijk geladen in het hoogbestelde mesoporeuze kader van MCM-41, met gemiddelde poriedimensies van 2,7 nm, waardoor een aluminosilicaatmateriaal met zowel octaedrische als tetrahedrale Al (Oh / T d = 1,4). Het totale Al-gehalte, gemeten met behulp van energie-dispersieve röntgenspektrometrie (EDX), was 11% w / w met een Si / Al-molverhouding van 2,9. Een vergelijking van bulk EDX met X-ray foto-elektronen spectroscopie (XPS) elementaire analyse leverde inzicht in de verdeling van Al binnen het aluminosilicaatmateriaal. Verder werd een hogere verhouding Si / Al waargenomen op het buitenoppervlak (3.6) in vergelijking met het bulk (2,9). Aanpassingen van O / Al-verhoudingen suggereren een hogere concentratie Al (O) 3 en Al (O) 4 groepen in de buurt van respectievelijk de kern en het externe oppervlak. De nieuw ontwikkelde synthese van Al-MCM-41 levert een reLatief hoog Al-gehalte, met behoud van de integriteit van het geordende siliciumdioxide kader en kan worden gebruikt voor toepassingen waarbij gehydrateerde of watervrije Al203 nanodeeltjes voordelig zijn.
Introduction
Materialen van aluminiumhydroxide zijn veelbelovende kandidaten voor een verscheidenheid aan industriële toepassingen, waaronder katalyse, farmaceutica, waterbehandeling en cosmetica. 1 , 2 , 3 , 4 Bij verhoogde temperaturen absorbeert aluminiumhydroxide een aanzienlijke hoeveelheid warmte tijdens ontleding om alumina (Al203) op te leveren, waardoor het een bruikbaar vlamvertragend middel is. 5 De vier bekende polymorfen van aluminiumhydroxide ( dwz gibbsite, bayeriet, nordstrandite en doyleiet) zijn onderzocht met behulp van berekenings- en experimentele technieken om ons begrip van de vorming en structuren daarvan te verbeteren 6 . De bereiding van nanoschaaldeeltjes is van bijzonder belang door hun potentie om kwantumeffecten en eigenschappen te verschillen die verschillen van die van deR bulk tegenhangers. Nanogibbsite deeltjes met afmetingen in de orde van 100 nm worden gemakkelijk bereid onder verschillende omstandigheden 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14 .
Het overwinnen van inherente uitdagingen in verband met het verminderen van de deeltjesgroottes verder is moeilijk; Daarom bestaan er maar een paar gevallen waar nanogibbsite deeltjes afmetingen hebben op de orde van 50 nm. 14 , 15 , 16 , 17 Naar ons beste weten is er geen melding gemaakt van nanogibbsite deeltjes kleiner dan 50 nm. Dit komt onder meer toe aan het feit dat nanodeeltjes zich doorgaans agglomereren door elektrostatische instabiliteitEn de hoge kans op de vorming van waterstofbindingen tussen de colloïdale deeltjes, vooral in polaire protische oplosmiddelen. Ons doel was om kleine Al (OH) 3 nanodeeltjes te synthetiseren door uitsluitend veilige ingrediënten en precursoren te gebruiken. In het huidige werk werd waterige deeltjesaggregatie geïnhibeerd door een aminozuur ( dat wil zeggen L-arginine) als buffer en stabilisator in te nemen. Bovendien wordt gemeld dat het guanidinium bevattende arginine de groei van aluminiumhydroxide deeltjes en aggregatie verhinderde om een waterige colloïdale suspensie te verschaffen met gemiddelde deeltjesgroottes van 10-30 nm. Hier wordt voorgesteld dat de amfotere en zwitterionische eigenschappen van arginine de oppervlakte-lading van aluminiumhydroxide nanodeeltjes gedurende de milde hydrolyse verzachten om de deeltjesgroei buiten 30 nm te ontmoedigen. Hoewel arginine niet in staat was de deeltjesgrootte onder 10 nm te verminderen, werden dergelijke deeltjes bereikt door gebruik te maken van het "kooi" -bevestigingseffect witHin de mesoporen van MCM-41. Karakterisering van het Al-MCM-41 samengesteld materiaal onthulde ultrafijne aluminiumhydroxide nanodeeltjes in het mesoporeuze silica, dat een gemiddelde poriegrootte van 2,7 nm heeft.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Al (OH) 3 nanodeeltjesynthese
- Los 1,40 g aluminiumchloride hexahydraat op in 5,822 g gedeïoniseerd water.
- Voeg 2,778 g L-arginine toe aan de waterige aluminiumchlorideoplossing onder magnetisch roeren. Voeg het L-arginine langzaam toe, zodat het toegevoegde arginine oplost en geen grote klompen of brokken vormt; Bovendien vermindert een langzame toevoeging lokale concentraties van alkaliniteit en verschaft de voorwaarden voor een meer beheersbare hydrolyse.
- Zodra alle arginine in de oplossing is opgelost, verwarm de oplossing gedurende 72 uur bij 50 ° C; Op dit moment kan de oplossing verschijnen als een bewolkte suspensie.
2. Neerslaan Al (OH) 3 met NaCl
- Bereid een GPC-kolom op die 49 is lang en 1,125 in diameter. Pak de gel in opeenvolgende stappen van het toevoegen van gel en laat water door de kolom stromen om te zorgen voor een goede verpakking, met een minimale ruimte tussen de gelkralen. Pak deGel tot ongeveer 80% van de kolom; De hoeveelheid gel verpakt varieert elke keer en beïnvloedt alleen de retentietijd van de gescheiden soorten.
- Voeg 10 ml van gesynthetiseerde Al (OH) 3 nanodeeltjesuspensie (bereid in stap 1.3) in de kolom door gebruik te maken van een HPLC-pomp met een injectorlus van 10 ml. Custom-maak de injectorlus met behulp van buizen met een externe diameter van ongeveer 0.125 in en een lengte die is gekalibreerd om 10 ml geïnjecteerd monster te leveren.
- Verzamel de kolom elutie in intervallen die correleren met de dri piek locatie. Sluit de GPC-uitgang aan op de ingang van een differentiële brekingsindex (dRI) detector.
OPMERKING: Aangezien gescheiden soorten uit de GPC komen, verschijnen ze op de dRI-detector als een piek en worden ze vervolgens verzameld in 125 ml flessen. De GPC-kolom produceert twee goed opgeloste pieken, die beide worden verzameld en geanalyseerd met grootte-uitsluiting chromatografie (SEC) en elementaire analyse (EA) om arginine van aluminium speels te onderscheidenCies. Het totale verzamelde volume hangt af van de grootte van de GPC-kolom, de totale hoeveelheid verpakkingsmateriaal die wordt gebruikt en de doorstroming van het gedeïoniseerd water dat gebruikt wordt om de kolom te elueren.- Verzamel de meerderheid van de piek 1 fractie gedurende 100 minuten bij een stroomsnelheid van 0,2 ml / min.
- Verzamel het eluent in 30 minuten intervallen zodra er een piek komt op de RI-detector van de GPC-kolom.
OPMERKING: Het wijzigen van het interval bereik zal de concentratie en zuiverheid van het resulterende gezuiverde piek 1 materiaal veranderen. Het is beter om eerst kleine intervallen van de piek te verzamelen om te bepalen welk gedeelte de hoogste concentratie en zuiverheid van piek 1 soorten voor een specifieke kolom bevat.
- Bereid 1 gew.% NaCl op.
- Voeg de bereide NaCl-oplossing druppelsgewijs toe aan 10 ml gezuiverde Al (OH) 3 nanodeeltjes; Het materiaal dat bereid is met gebruikmaking van NaCl-precipitatie wordt niet gebruikt voor verdere experimenten.
3. Bereiding van Al-MCM-41
- acOngeveer 1,0 g MCM-41 bij 120 ° C onder vacuüm gedurende 3 uur in een vacuümoven afsluiten.
- Bereid 50,0 g aluminiumchlorideoplossing door 9,6926 g AlCl3 · 6H20 met 40,3074 g gedeïoniseerd water te combineren.
- Voeg 0,7 g geactiveerde MCM-41 toe aan 50,0 g aluminiumchlorideoplossing (bereid in stap 3.2).
- Laat een voldoende mengtijd (1 uur) toe om de homogeniteit van de AlCl3 te verspreiden, verspreid over de MCM-41 kanalen.
- Voeg L-arginine aan het heterogene mengsel toe aan een Arg / Al molverhouding van 2,75 onder magnetisch roeren. Net als bij stap 1.2, voeg het arginine langzaam genoeg toe, zodat de onmiddellijk gevormde flocculaten het klumping van het arginine opnieuw oplossen en verminderen alvorens de toevoeging voort te zetten.
- Zodra het eenmaal homogeen is, verwarm het mengsel gedurende 72 uur bij 50 ° C.
- Filter de verkregen heterogene oplossing met behulp van een Buchner-trechter, onder vacuüm en uitgerust met kwalitatieve 90 mm filterpapiercirkels(Of andere passende filterpapieren).
- Was het gefilterde witte poeder met overmatig gedeïoniseerd water om te zorgen voor het verwijderen van niet gereageerd aluminiumchloride, arginine of in water oplosbare bijproducten van het geproduceerde Al-MCM-41 materiaal.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Nanogibbsite Synthesis
Nanogibbsite werd bereid door AlCl3 · 6H20 (14 gew.%) Met L-arginine te titreren tot een uiteindelijke Arg / Al molverhouding van 2,75. De synthese van nanogibbsite deeltjes werd gecontroleerd via SEC, die een veel gebruikte analysetechniek is voor gedeeltelijk gehydrolyseerde oplossingen van aluminiumchloride, die in staat zijn om vijf domeinen te onderscheiden die arbitrair zijn aangeduid als pieken 1, 2, 3, 4 en 5 1 . Hierbij rapporteren we dat nanogibbsite deeltjes met deeltjesgroottes van 10-30 nm componenten zijn van verschillende potentiële structuren die onder het piek 1 domein van typische SEC analyse ontlopen. Naar ons beste weten is de identificatie van moleculen die binnen SEC piek 1 ontlopen, nog niet beschreven in de literatuur. Powder röntgendiffractie (PXRD) en Fourier transform infrarood spectroscopie (FTIR) experimenten waren in staat om unambiguoIdentificeer de Al (OH) 3 structuur onduidelijk. Elutie uit de GPC kolom leverde een doorschijnende Al (OH) 3 suspensie met 99% zuiverheid (gebaseerd op Al-gehalte), een pH van 6,7, +8,9 mV zeta potentieel (elektroforetische mobiliteit en geleidbaarheid van 0,7 μm · cm / V · s en 0,7 mS / cm respectievelijk) en onopspoorbare hoeveelheden stikstof. Niet-stoichiometrische hoeveelheden chloride (Al: Cl-verhouding van 35: 1) anionen werden gedetecteerd na zuivering met GPC, wat de aanwezigheid van gedeeltelijk gehydrolyseerde kationische onzuiverheden met de stoichiometrie [Al (OH) xCl3 -x ] waarneert Is de molaire hydrolyseverhouding typisch in het bereik van 0-3), die waarschijnlijk verantwoordelijk zijn voor het positieve zeta-potentieel. Het poeder verkregen door vriesdrogen van de gezuiverde oplossing was niet oplosbaar in water. De verhouding zuurstof tot aluminium (3,3: 1) was in goede overeenstemming met Al (OH) 3 stoichiometrie. SEC analyse geeft aan dat de nanogibbsite deeltjes kunnen worden gesynthetiseerd bij een conversie snelheidVan 82%. Volgende karakterisering werd uitgevoerd op het GPC-gezuiverd materiaal.
kenschetsing
FTIR analyse bevestigde de gibbsite polymorfstructuur door de aanwezigheid van een karakteristieke OH-rek van 3.620 cm -1 , die kan worden onderscheiden van die van bayeriet (3.650 cm- 1 ) 2 , 3 . Verder waren andere gibbsite trillingsmodi zichtbaar uit de absorpties bij 3.617, 3.523, 3.453, 1.023, 970 en 918 cm -1 4 , 5 , 6 . Arginine werd niet gedetecteerd volgens de FTIR-methode. Statische lichtverstrooiingsanalyse van het monster met een Arg / Al molaire verhouding van 2,75 gaf aan dat de gemiddelde deeltjesgrootte in het bereik van 10-30 nm was. De berekende kristallietgrootte, berekend uit het XRD patroon met behulp van thE Scherrer vergelijking 7 , 8 , was ~ 8 nm, die in fatsoenlijke overeenstemming is met lichtverstrooiingsgegevens. Discrete deeltjes met diameters in het bereik van 5-15 nm werden waargenomen in TEM-afbeeldingen ( Figuur 1 ).
27 Al NMR werd gemeten voor monsters met Arg / Al molverhoudingen van 0, 2,25 en 2,75 ( Figuur 2 ). De resultaten geven aan dat Al-monomeer ( dat wil zeggen AlCl 3 ), dat een kenmerkend scherp signaal heeft op 0 ppm, hydrolyseert om Keggin clusters ( dwz Al 13-mer en Al 30-mer ) op te leveren bij een Arg / Al-verhouding van 2,25, Zoals blijkt uit hun karakteristieke 63- en 70-ppm signalen. De maximale concentratie van Keggin clusters werd gemeten bij een Arg / Al van 2,25, die in goede overeenstemming is met de SEC data. Bij een Arg / Al-verhouding van 2,75 vertoonde de 27 Al NMR spectra een enkel 0h signaal bij 8 ppm.
Sinds zijn ontdekking in 1992, heeft MCM-41 van groot wetenschappelijk en industrieel belang voor diverse toepassingen, zoals katalyse, drugsafgifte en scheidingen. In tegenstelling tot zeolieten kan de structuur van MCM-41-type materialen worden aangepast om uniforme poriëngroottes tussen 1,6-10 nm in diameter te hebben en hebben over het algemeen oppervlakoppervlakten in de orde van 1000 m 2 g -1 . Hier werd MCM-41, met een gemiddelde poriegrootte van 2,7 nm, gebruikt als ondersteunende "kooi" voor de beperkte groei van nanogibbsite deeltjes. Alvorens Al te laden werd MCM-41 geactiveerd bij 120 ° C om eventuele geadsorbeerde verontreinigingen ( bijv . Water, atmosferische gassen, enz. ) Van het siliciumdioxide oppervlak te verwijderen. Vervolgens werd aluminiumchlorideoplossing toegevoegd aan het zuiver siliciumachtige MCM-41 vaste stof en liet men evenwetten met Al3 + adsorptie metN de poriën van MCM-41 gedurende 1 uur. De langzame toevoeging van argininepoeder onder magnetische roering veroorzaakte lokale flokkulering, die voorafgaand aan verdere arginine-toevoeging moest verdwijnen. Productvorming in de bulkoplossing werd gecontroleerd onder toepassing van SEC analyse en 27 Al NMR, die aangaf dat het aluminiumchloride effectief werd omgezet in respectievelijk respectievelijk piek 1 en nanogibbsite soorten. Het verkregen Al-MCM-41 materiaal werd gefiltreerd en gewassen met overvloedige hoeveelheden water voorafgaand aan karakterisering.
Het 27 Al MAS NMR ( Figuur 3 ) van het bereide Al-MCM-41 materiaal demonstreert de aanwezigheid van zowel octaedrische (~ 2 ppm) als tetrahedrale (~ 57 ppm) Al-omgevingen die gewoonlijk worden waargenomen in mesoporeus silica gemodificeerd met Al-species 12 . De Oh / T d verhouding werd gemeten op 1,4. De bulk (EDX) elementaire samenstelling was 8,02% Al, 23,26% SI, en 68,70% O. De elementaire samenstelling van het oppervlak (XPS) bestond uit 6,13% Al, 21,75% Si en 66,36% O, wat suggereert dat er een kleinere gehalte aan Al op het oppervlak van de deeltjes is in vergelijking met het bulk tegenhanger. De Si / Al verhouding was 2,9 en 3,6, gemeten door respectievelijk EDX en XPS. De hogere verhouding van Si / Al waargenomen in XPS versus EDX analyse geeft aan dat een grotere fractie van Al in de poriën doordringde, in tegenstelling tot het opbouwen van het oppervlak. Chloride werd niet gedetecteerd in stoichiometrische concentraties onder toepassing van een van beide methoden.
Kleine hoek röntgendiffractie (SAXRD) patronen werden gemeten vóór en na Al laden en werden geïndexeerd op basis van zeshoekige symmetrie ( Figuur 4 ). De aanwezigheid van 100 (2,2 °), 110 (3,9 °), 200 (4,4 °) en 210 (5,8 °) roosterreflecties werden waargenomen in beide monsters, wat aangeeft dat significante veranderingen in de sterk geordende porositeit niet optreden als arEsult van Al invoeging. Brunauer-Emmett-Teller (BET) analyse van het oorspronkelijke MCM-41 materiaal leverde een BET oppervlak van 997 m2 / g, een porievolume van 0.932 cm3 / g en een poriënbreedte van 2,7 nm. BET-data na het transplantaat Al vertoonde een BET-oppervlak van 742 m2 / g (20,4% reductie), een poriënvolume van 0.649 cm3 / g (30,4% reductie) en een poriënbreedte van 2,1 nm (22,2% reductie). Bovendien verminderde de opname van Al binnen de poriën het totale N2 geadsorbeerd van 602 tot 419 cc / g. De N2 desorptiecurve (niet getoond) vertoonde een hysterese lus die typisch is voor uniforme mesoporositeit. 1 H MAS NMR werd ook gemeten vóór en na Al deeltjesgroei binnen de mesoporen. De introductie van Al veroorzaakte een downfield shift (~ 1 ppm) voor het overheersende 3.1-ppm signaal waargenomen in MCM-41. Een nieuw geïsoleerd signaal ontstond op 0,9 ppm, die werd toegewezen aan hydroxylprotonen die coördineren met aluminiumatomen, omdat het relatief ervaart Sterkere afscherming en wordt algemeen waargenomen in zure zeolietmaterialen van aluminium 15 , 16 , 17 .
27 Al nucleaire magnetische resonantie ( 27 Al NMR) en pH-metingen werden verkregen voor monsters met gevarieerde Arg / Al-verhoudingen ( Figuren 2 en 5 ). FTIR-ATR- en transmissie-elektronmicroscoop (TEM) -experimenten werden uitgevoerd voor nanogibbsite bereid met een Arg / Al molar ratio van 2,75 ( Figuren 1 en 6 ). Na het laden van Al in MCM-41 voidruimte, werden 27 Al MAS NMR, N2 adsorptie, SAXRD, 1 H MAS NMR en TEM analyses uitgevoerd om het bereide Al-MCM-41 materiaal te karakteriseren ( Figuren 3, 4 en 7 -10 ).
Load / 55423 / 55423fig1.jpg "/>
Figuur 1: TEM micrograaf van gezuiverd nano-Al (OH) 3 met een schaalbalk van 100 nm. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 2: Vloeistof 27 Al NMR van monsters met Arg / Al rantsoenen van 0 ( a ), 2,25 ( b ) en 2,75 ( c ). De hoofdpieken bij 0, 8, 63 en 70 ppm worden vermeld boven de respectieve piekposities. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 3: 27 Al MAS NMR spectrum van bereid nanogibbsite ( a ) en bereid Al-MCM-41 ( b ). De grote pieken bij 7,6, 2,4 en 56,9 ppm zijn gemerkt boven de respectieve piekposities. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 4: SAXRD diffractie patroon van MCM-41 ( a ) en Al-MCM-41 ( b ), met hun getabuleerde roosterreflecties en overeenkomstige d-afstand. De 110 en 200 reflecties worden 10X vergroot in het Al-MCM-41 diffractie patroon. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 5: Gemeten pH-waarden bij verschillende Arg / Al molverhoudingen. De pijlen wijzen op de monsters die zijn samengesteld uit Arg / Al-ratio's van 2,75 en 3,00, die een drastische stijging van de pH tonen na de verdere toevoeging van arginine voorbij het nanogibbsite bevattende Arg / Al 2,75 monster. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 6: FTIR-ATR absorptiespectrum van gezuiverd Al (OH) 3 poeder, met kenmerkende gibbsite vibraties gelabeld met hun wavenumber waarden. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 7: N 2 sorptie isothermen van MCM-41 en Al-MCM-41 verkregen via BET methode bij 77 K. De inzet is de bijbehorende BJH poriëngrootte verdeling. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 8: 1 H MAS NMR spectra van Al-MCM-41 ( a ) en MCM-41 ( b ). De dominante pieken bij 0,9, 3,1 en 4,2 ppm zijn gemerkt boven de respectieve piekposities. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 9: TEM micrografie van MCM-41. Schaalbalk = 100 nm. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 10: TEM micrografie van Al-MCM-41. Schaalbalk = 100 nm. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
De bereiding van een waterige aluminiumchlorideoplossing heeft het gebruik van een kristallijn hexahydraatzout van aluminiumchloride toegepast. Hoewel de watervrije vorm ook kan worden gebruikt, heeft het geen voorkeur door zijn significante hygroscopische eigenschappen, waardoor het moeilijk is om te werken met en de concentratie van aluminium te beheersen. Het is opmerkelijk dat aluminiumchlorideoplossing binnen enkele dagen van de bereiding gebruikt moet worden, omdat de [Al (H2O) 6 ] 3 + aquazuur over de gehele periode hydrolyseert om ongewenste bijproducten op te leveren die uiteindelijk de totale opbrengst en zuiverheid van de finale kunnen verminderen artikel. De hier beschreven synthetische methodologie werd uitgevoerd met een reeks aluminiumconcentraties (~ 0,8-3,1 gew.% Al). Bij de hogere Al-concentraties werd de beperking van de oplosbaarheid van arginine bereikt; Daarom kan de synthese niet doorgaan zoals bedoeld. Aan de andere kant leverden de lagere concentraties Al aan kleinere concentraties nano-Al (OH)
Zuivering van de bereide nanogibbsite suspensie werd succesvol uitgevoerd onder toepassing van een verscheidenheid van gelverpakkingshoeveelheden, verpakkingsmorfologieën en stromingssnelheden. Vanwege de kwetsbare plastic connectoren op onze kolom was de stromingsbegrenzing ongeveer 0,5 ml / min, met een meerderheid van de zuivering uitgevoerd bij 0,2 ml / min. De retentietijdVan nanogibbsite deeltjes varieerde op basis van de stromingssnelheid en hoeveelheid verpakkingsmateriaal. Het is absoluut noodzakelijk dat het kolomverpakkingsmateriaal langzaam verpakt wordt, wat betekent dat ongeveer 1 in verpakkingsmateriaal tegelijkertijd wordt toegevoegd en 0,2 ml / min bij 0,2 ml / min wordt toegevoegd om de gel goed te laten verpakken. Bovendien, na het toevoegen van ongeveer een halve kolomwaarde verpakkingsmateriaal, lieten we 24 uur water door de kolom stromen, waardoor de verpakkingsefficiëntie van de kolom aanzienlijk verbeterd werd. Een initiële run werd uitgevoerd om de retentietijd van de twee brekingspieken waargenomen ( dwz nanogibbsite en arginine) op de kolom te meten. Vervolgens werd de as-gesynthetiseerde oplossing gescheiden op de kolom en de twee pieken werden verzameld in intervallen van 10 of 30 minuten binnen de tijdsduur van de pieken. Het was dan nodig om de verschillende injectieflacons voor aluminium- en arginineconcentraties te analyseren om de soorten onder de specifieke piek te begrijpen. Door de grote hoeveelheid vanWater dat door de kolom stroomt, werd de verkregen gezuiverde oplossing significant verdund.
Voor het laden van Al in mesoporeus silica materiaal is het belangrijk om het materiaal vóór het experiment te activeren om oppervlakte-geadsorbeerde gas- en vloeibare onzuiverheden te verwijderen, waardoor maximale belasting in de poriën wordt gewaarborgd. Een grote verscheidenheid aan vaste poreuze materialen naast siliciumdioxide kunnen worden gebruikt als steun voor de gast nanogibbsite moleculen (bijvoorbeeld mesoporeuze koolstof, mesoporeuze overgangsmetaaloxiden, enz. ), Die de impact van de huidige synthetische methode aanzienlijk kunnen verhogen. Tijdens het verwarmingsproces is het ideaal om de temperatuur en de duur te behouden tot onder 80 ° C en minder dan 3-5 dagen, respectievelijk. Het verhogen van de verwarmingstemperatuur of tijd kan de aggregatie van nanogibbsite deeltjes veroorzaken en poriën kunnen blokkeren of het oppervlak met aluminium bedekken. De ontwikkelde methode behaalt een relatief hoge belasting van Al en een concentratie van oCtahedral Al in vergelijking met andere methoden.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
De auteurs hebben niets te onthullen.
Acknowledgments
De auteurs verlenen hun waardering aan Dr. Thomas J. Emge en Wei Liu van Rutgers University voor hun analyse en expertise in kleine hoekröntgendiffractie en poederröntgendiffractie. Bovendien erkennen de auteurs Hao Wang voor zijn steun met de N 2 adsorptie experimenten.
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).
