Synthèse et Réaction Chimie des nanoparticules monosodique titanate
Summary
The surfactant mediated sol-gel synthesis of nanosized monosodium titanate is described, along with preparation of the corresponding peroxide modified material. An ion-exchange reaction with Au(III) is also presented.
Abstract
Ce document décrit la synthèse et le peroxyde-modification de taille nanométrique monosodique titanate (MNST), avec une réaction d'échange d'ions pour charger le matériel avec ions Au (III). Le procédé de synthèse a été dérivée à partir d'un procédé sol-gel utilisée pour produire micronique monosodique titanate (MST), avec quelques modifications clés, y compris la modification des concentrations de réactifs, en omettant une étape d'ensemencement des particules, et l'introduction d'un agent tensio-actif non ionique pour faciliter le contrôle de la formation des particules et leur croissance. Le matériau résultant présente NMST morphologie des particules de forme sphérique présentant une distribution monodisperse de diamètres de particules dans la gamme de 100 à 150 nm. Le matériau MNST a été trouvé pour avoir une Brunauer-Emmett-Teller (BET) superficie de 285 m 2 g -1, ce qui est plus d'un ordre de grandeur plus élevé que le micronique MST. Le point isoélectrique de la NMST mesurée 3,34 unité de pH, ce qui est une unité de pH inférieure à celle mesurée pour la taille du micron MST. Til a été constaté NMST matériau pour servir d'échangeur d'ions efficace dans des conditions faiblement acides pour la préparation d'une Au (III) -Echange NanoTitanate. En outre, la formation de la peroxotitanate correspondant a été démontrée par la réaction de l'NMST avec du peroxyde d'hydrogène.
Introduction
Dioxyde de titane et de métaux alcalins titanates sont largement utilisés dans une variété d'applications telles que des pigments dans la peinture et soins de la peau et comme photocatalyseurs dans la conversion d'énergie et l'utilisation. 1-3 titanates de sodium se sont révélés être des matériaux efficaces pour éliminer une gamme de cations sur une large gamme de conditions de pH grâce à des réactions d'échange de cations. 7/4
En plus des applications viennent d'être décrits, ont été récemment montré micronique titanates de sodium et peroxotitanates de sodium pour servir également en tant que plate-forme de distribution de métal thérapeutique. Dans cette application, les ions métalliques thérapeutiques tels que Au (III), Au (I) et Pt (II) sont échangés contre les ions sodium de monosodium titanate (MST). Les tests in vitro avec les titanates échangé des métaux nobles indiquent suppression de la croissance du cancer et les cellules bactériennes par un mécanisme inconnu. 8,9
Historiquement, les titanates de sodium ont soiten utilisant à la fois produit sol-gel et des techniques de synthèse hydrothermale conduisant à des poudres fines ayant des tailles de particules allant de quelques dizaines à plusieurs centaines de microns. 4,5,10,11 Plus récemment, des procédés de synthèse ont été rapportés qui a produit nanométrique dioxyde de titane, métal- les oxydes de titane dopé, et une variété d'autres titanates métalliques. Des exemples comprennent des nanotubes de sodium d'oxyde de titane (NaTONT) ou des nanofils par réaction de dioxyde de titane dans de l'hydroxyde de sodium en excès à température et pression élevées, le titanate 14/12 sodium nanofibres par réaction de l'acide peroxotitanique avec de l'hydroxyde de sodium en excès à une température élevée et de pression, 15 et de sodium et le césium nanofibres par délaminage de titanates micrométriques acide échange titanate. 16
La synthèse des titanates de sodium et nanométriques peroxotitanates de sodium est intéressant pour améliorer la cinétique d'échange d'ions, qui sont habituellement contrôlés par diffusion du film ou diffu intraparticulairesion. Ces mécanismes sont principalement contrôlées par la taille des particules de l'échangeur d'ions. En outre, en tant que plate-forme de distribution de métal thérapeutique, serait prévu la taille des particules du matériau à base de titanate d'effet significatif sur la nature de l'interaction entre le titanate un échange de métal et le cancer et les cellules bactériennes. Par exemple, des cellules bactériennes, qui sont typiquement de l'ordre de 0,5 à 2 um, seraient susceptibles d'avoir des interactions avec différentes particules de la taille du micron par rapport aux particules de taille nanométrique. En outre, les cellules eucaryotes non-phagocytaires On a montré que seulement internaliser les particules ayant une taille inférieure à 1 micron. 17 Ainsi, la synthèse des titanates de sodium de nanoparticules est également intéressante pour faciliter la livraison de métal et l'absorption cellulaire de la plate-forme de livraison de titanate. Réduire la taille des titanates de sodium et peroxotitanates permettra également d'augmenter la capacité effective dans les séparations d'ions métalliques et améliorer les propriétés photochimiques de la matière. 16,18 </ sup> Ce document décrit un protocole développé pour synthétiser nanométriques monosodique titanate (MNST) dans des conditions de sol-gel doux 19 La préparation du peroxyde correspondant modifiée MNST. avec une réaction d'échange d'ions pour charger le NMST de Au (III) sont également décrits.
Protocol
Representative Results
Discussion
La présence d'eau étrangère, par exemple à partir de réactifs impurs, peut modifier le résultat de la réaction, ce qui conduit à des particules polydispersées plus grandes ou plus. Par conséquent, des précautions doivent être prises pour assurer réactifs secs sont utilisés. L'isopropylate de titane et du méthylate de sodium doivent être conservés dans un dessiccateur lorsqu'ils ne sont pas en cours d'utilisation. Isopropanol haute pureté doit également être utilisé pour la synthèse….
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors thank the Laboratory Directed Research and Development program at the Savannah River National Laboratory (SRNL) for funding. We thank Dr. Fernando Fondeur for collection and interpretation of the FT-IR spectra and Dr. John Seaman of the Savannah River Ecology Laboratory for the use of the DLS instrument for particle size measurements. We also thank the Dr. Daniel Chan of the University of Washington and the National Institute of Health (Grant #1R01DE021373-01), for funding experiments investigating the ion exchange reactions with Au(III). The Savannah River National Laboratory is operated by Savannah River Nuclear Solutions, LLC for the Department of Energy under contract DE-AC09-08SR22470.
Materials
| Titanium(IV) isopropoxide | Sigma Aldrich | 377996 | 99.999% trace metals basis |
| Isopropyl alcholol, 99.9% | Sigma Aldrich | 650447 | HPLC grade (Chomasolv) |
| Sodium methoxide in methanol | Sigma Aldrich | 156256 | 25 wt% |
| Triton X-100 | Sigma Aldrich | T9284 | BioXtra |
| hydrogen tetrachloroaurate(III) trihydrate | Sigma Aldrich | G4022 | ACS reagent grade |
| hydrogen peroxide (30 wt%) | Fisher | H325 | Certified ACS |
| 10-mL syringes | Fisher | 14-823-16E | |
| Dual channel syringe pump | Cole Parmer | EW-74900-10 | Or equivalent programmable dual channel syringe pump |
| Tygon tubing 1/8 inch ID, 1/4 inch OD | Cole Parmer | EW-0640776 | |
| Tygon tubing 1/16 inch ID, 1/8 inch OD | Cole Parmer | EW-0740771 | |
| 0.1-µm Nylon filter | Fisher | R01SP04700 | |
| Labquake shaker rotisserie | Thermo Scientific | 4002110Q |
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