Facile Preparação de Partículas de Hidróxido de Alumínio Ultrafino com ou sem Mesoporous MCM-41 em Ambientes Ambientais
Summary
Uma suspensão de nanopartículas de hidróxido de alumínio ultrafino foi preparada através da titulação controlada de [Al (H2O)] 3+ com L-arginina até pH 4.6 com e sem confinamento de efeito de gaiola dentro de canais mesoporosos de MCM-41.
Abstract
Uma suspensão aquosa de nanogibbsite foi sintetizada através da titulação de ácido-alumínio [Al (H 2 O) 6 ] 3+ com L-arginina a pH 4,6. Uma vez que a hidrólise de sais de alumínio aquosos é conhecida por produzir uma vasta gama de produtos com uma vasta gama de distribuições de tamanhos, uma variedade de instrumentos de última geração ( isto é, 27 Al / 1H NMR, FTIR, ICP-OES , TEM-EDX, XPS, XRD e BET) para caracterizar os produtos de síntese e identificação de subprodutos. O produto, que era constituído por nanopartículas (10-30 nm), foi isolado utilizando a técnica de coluna de cromatografia de permeação em gel (GPC). A espectroscopia de infravermelho de transformada de Fourier (FTIR) e a difração de raios X em pó (PXRD) identificaram o material purificado como polimorfo de gibbsite de hidróxido de alumínio. A adição de sais inorgânicos ( eg , NaCl) induziu a desestabilização electrostática da suspensão, aglomerando assim as nanopartículas a yieLd Al (OH) 3 precipitado com grandes tamanhos de partícula. Utilizando o novo método sintético aqui descrito, Al (OH) 3 foi parcialmente carregado dentro da estrutura mesoporosa altamente ordenada de MCM-41, com dimensões médias dos poros de 2,7 nm, produzindo um material de aluminosilicato com Al (O h / Td = 1,4). O teor total de Al, medido utilizando espectrometria de raios X de dispersão de energia (EDX), foi 11% p / p com uma razão molar Si / Al de 2,9. Uma comparação de EDX em massa com a análise elementar de espectroscopia de fotoelétrons de raios-X de superfície (XPS) forneceu uma visão sobre a distribuição de Al dentro do material de aluminosilicato. Além disso, foi observada uma proporção mais elevada de Si / Al na superfície externa (3.6) em comparação com a massa (2.9). As aproximações das relações O / Al sugerem uma concentração mais alta de grupos Al (O) 3 e Al (O) 4 próximos ao núcleo e à superfície externa, respectivamente. A síntese recentemente desenvolvida de Al-MCM-41 produz umMantendo a integridade da estrutura de sílica ordenada e pode ser utilizado para aplicações em que as nanopartículas de Al2O3 hidratadas ou anidras são vantajosas.
Introduction
Materiais feitos de hidróxido de alumínio são candidatos promissores para uma variedade de aplicações industriais, incluindo catálise, produtos farmacêuticos, tratamento de água e cosméticos. 1 , 2 , 3 , 4 A temperaturas elevadas, o hidróxido de alumínio absorve uma quantidade substancial de calor durante a decomposição para produzir alumina (Al2O3), tornando-o um agente retardador de chama útil. 5 Os quatro polimorfos conhecidos de hidróxido de alumínio ( isto é , gibbsite, bayerita, nordstrandita e doyleite) foram investigados usando técnicas computacionais e experimentais para melhorar nossa compreensão da formação e suas estruturas 6 . A preparação de partículas em nanoescala é de particular interesse devido ao seu potencial para exibir efeitos quânticos e propriedades diferentes das doR em massa. As partículas de nanogibbsite com dimensões da ordem de 100 nm são facilmente preparadas sob várias condições 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14 .
Superar os desafios inerentes associados com a redução dos tamanhos de partículas é ainda mais difícil; Portanto, existem apenas alguns casos em que as partículas de nanogibbsite têm dimensões da ordem de 50 nm. 14 , 15 , 16 , 17 Até onde sabemos, não houve relatos de nanogibbsite partículas menores do que 50 nm. Em parte, isso é atribuído ao fato de que as nanopartículas tendem a se aglomerar devido à instabilidade eletrostáticaE a elevada probabilidade de formação de ligações de hidrogénio entre as partículas coloidais, especialmente em solventes próticos polares. Nosso objetivo foi sintetizar pequenas nanopartículas de Al (OH) 3 usando ingredientes e precursores exclusivamente seguros. No presente trabalho, a agregação de partículas aquosas foi inibida pela incorporação de um aminoácido ( isto é , L-arginina) como um tampão e estabilizador. Além disso, é relatado que a arginina contendo guanidínio impediu o crescimento e a agregação de partículas de hidróxido de alumínio para produzir uma suspensão coloidal aquosa com tamanhos de partícula médio de 10-30 nm. Propõe-se aqui que as propriedades anfotéricas e zwitteriónicas da arginina atenuaram a carga superficial de nanopartículas de hidróxido de alumínio durante a hidrólise suave para desfavorecer o crescimento de partículas para além de 30 nm. Embora a arginina não fosse capaz de reduzir o tamanho de partícula abaixo de 10 nm, tais partículas foram conseguidas tirando partido do efeito de confinamento de "gaiola"Hin os mesopores de MCM-41. A caracterização do material compósito Al-MCM-41 revelou nanopartículas de hidróxido de alumínio ultrafinas dentro da sílica mesoporosa, que tem um tamanho médio de poro de 2,7 nm.
Protocol
Representative Results
Discussion
A preparação de uma solução aquosa de cloreto de alumínio implicou a utilização de um sal de hexahidrato cristalino de cloreto de alumínio. Embora a forma anidra possa também ser utilizada, não é preferida devido às suas propriedades higroscópicas significativas, o que torna difícil trabalhar com e controlar a concentração de alumínio. É de notar que a solução de cloreto de alumínio deve ser utilizada dentro de vários dias de preparação, porque ao longo do tempo, o hidrato de ácido [Al (H 2…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Os autores estendem sua apreciação ao Dr. Thomas J. Emge e ao Wei Liu da universidade de Rutgers para sua análise e perícia na difração do raio X do ângulo pequeno e na difração de raio X do pó. Além disso, os autores reconhecem Hao Wang por seu apoio com as experiências de adsorção de N2.
Materials
| 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 |
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