Фациальная подготовка сверхтонких частиц гидроксида алюминия с или без мезопористого МСМ-41 в окружающих средах
概要
Супертонкая суспензия наночастиц гидроксида алюминия была получена путем контролируемого титрования [Al (H 2 O)] 3+ с L-аргинином до рН 4,6 с и без удержания клеток-клеток в мезопористых каналах MCM-41.
Abstract
Водную суспензию наногиббсита синтезировали титрованием алюминиевой аквакислоты [Al (H 2 O) 6 ] 3+ с L-аргинином до рН 4,6. Поскольку известно, что гидролиз водных алюминиевых солей дает широкий спектр продуктов с широким диапазоном распределений по размерам, используются самые современные приборы ( например, 27 Al / 1 H ЯМР, FTIR, ICP-OES , TEM-EDX, XPS, XRD и BET) были использованы для характеристики продуктов синтеза и идентификации побочных продуктов. Продукт, который состоял из наночастиц (10-30 нм), выделяли с использованием метода колонки с гельпроникающей хроматографией (ГПХ). Инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье (FTIR) и дифракция рентгеновских лучей на порошке (PXRD) идентифицировали очищенный материал в виде полиморфной модификации гидроксида алюминия гиббсита. Добавление неорганических солей ( например , NaCl) индуцирует электростатическую дестабилизацию суспензии, тем самым агломерируя наночастицы с yie1d Al (OH) 3 с крупными размерами частиц. Используя описанный здесь новый синтетический метод, Al (OH) 3 был частично загружен внутри высокоупорядоченного мезопористого каркаса МСМ-41 со средними размерами пор 2,7 нм, образуя алюмосиликатный материал как с октаэдрическим, так и с тетраэдрическим Al (O h / Т d = 1,4). Общее содержание Al, измеренное с помощью энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (EDX), составило 11% мас. / Мас. При молярном соотношении Si / Al 2,9. Сравнение объемного EDX с элементным анализом поверхностной рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (XPS) обеспечило понимание распределения Al в алюмосиликатном материале. Более того, на внешней поверхности (3.6) наблюдалось более высокое отношение Si / Al по сравнению с объемной массой (2.9). Аппроксимация соотношений O / Al показывает более высокую концентрацию групп Al (O) 3 и Al (O) 4 вблизи ядра и наружной поверхности, соответственно. Недавно разработанный синтез Al-MCM-41 даетСодержащего латентно высокий Al, при сохранении целостности упорядоченного каркаса из диоксида кремния и может быть использовано для применений, в которых предпочтительными являются гидратированные или безводные наночастицы Al 2 O 3 .
Introduction
Материалы, изготовленные из гидроксида алюминия, являются перспективными кандидатами на различные промышленные применения, в том числе в области катализа, фармацевтики, водоподготовки и косметики. 1 , 2 , 3 , 4 При повышенных температурах гидроксид алюминия поглощает значительное количество тепла во время разложения с получением глинозема (Al 2 O 3 ), что делает его полезным огнезащитным агентом. 5 Изучены четыре известных полиморфа гидроксида алюминия ( например , гиббсит, байерит, нордстрандит и дойлейт) с использованием вычислительных и экспериментальных методов, чтобы улучшить наше понимание образования и его структур 6 . Получение наноразмерных частиц представляет особый интерес благодаря их способности проявлять квантовые эффекты и свойства, отличные от свойств этих частицR навалом. Частицы Nanogibbsite с размерами порядка 100 нм легко подготавливаются в различных условиях 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14 .
Трудно преодолеть неотъемлемые проблемы, связанные с уменьшением размера частиц; Поэтому существует лишь несколько случаев, когда частицы наногибсита имеют размеры порядка 50 нм. 14 , 15 , 16 , 17 Насколько нам известно, не было сообщений о наногибситальных частицах размером менее 50 нм. Частично это объясняется тем, что наночастицы склонны к агломерации из-за электростатической неустойчивостиИ высокая вероятность образования водородных связей между коллоидными частицами, особенно в полярных протонных растворителях. Наша цель состояла в синтезе небольших наночастиц Al (OH) 3 с использованием исключительно безопасных ингредиентов и прекурсоров. В настоящей работе ингибирование водной частицы ингибировалось включением аминокислоты ( т.е. L-аргинина) в качестве буфера и стабилизатора. Кроме того, сообщается, что содержащий гуанидиний аргинин предотвращает рост и агрегацию частиц гидроксида алюминия с получением водной коллоидной суспензии со средним размером частиц 10-30 нм. Здесь предлагается, чтобы амфотерные и цвиттерионные свойства аргинина уменьшали поверхностный заряд наночастиц гидроксида алюминия во время мягкого гидролиза, чтобы препятствовать росту частиц за пределами 30 нм. Хотя аргинин не был способен к уменьшению размера частиц менее 10 нм, такие частицы достигались за счет использования эффекта «удержания клетки» сHin мезопоры MCM-41. Характеристика композиционного материала Al-MCM-41 показала ультратонкие наночастицы гидроксида алюминия в мезопористом кремнеземе со средним размером пор 2,7 нм.
Protocol
Representative Results
Discussion
Приготовление водного раствора хлорида алюминия приводило к использованию кристаллической гексагидратной соли хлорида алюминия. Хотя безводная форма также может быть использована, она не является предпочтительной из-за ее значительных гигроскопических свойств, которые затрудняют …
開示
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Авторы выражают благодарность доктору Томасу Дж. Эджу и Вэй Лю из Университета Рутгерса за их анализ и экспертизу в области малоугловой дифракции рентгеновских лучей и порошковой дифракции рентгеновских лучей. Кроме того, авторы признают Хао Ванга за его поддержку экспериментами по адсорбции N 2 .
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 |
参考文献
- Laden, K. . Antiperspirants and Deodorants. , (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).
