Synthese und Reaktionschemie von nanoskaligen Mononatrium Titanat
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
Dieses Papier beschreibt die Synthese und Peroxid-Modifizierung von nanoskaligem Mononatrium Titanat (nMST), zusammen mit einer Ionenaustauschreaktion des Materials mit Au (III) -Ionen zu beladen. Das Syntheseverfahren wurde aus einem Sol-Gel-Verfahren abgeleiteten verwendet Mikrometergrße Mononatrium Titanat (MST), mit mehreren wichtigen Modifikationen erzeugen, einschließlich Reagenzkonzentrationen Verändern einer Partikel seed Schritt weggelassen, und ein nicht-ionisches Tensid Einführung Kontrolle zu erleichtern Partikelbildung und Wachstum. Das resultierende Material zeigt nMST kugelförmige Partikelmorphologie mit einer monodispersen Verteilung der Teilchendurchmesser in dem Bereich von 100 bis 150 nm. Die nMST Material gefunden wurde -1 eine Brunauer-Emmett-Teller (BET) -Oberfläche von 285 m 2 g zu haben, die höher ist als die mikrometergroßen MST mehr als eine Größenordnung ist. Der isoelektrische Punkt des nMST gemessen 3,34 pH-Einheiten, die eine pH-Einheit niedriger als die für den Mikrometergröße MST gemessen wird. Ter nMST Material gefunden wurde, als eine wirksame Ionenaustauscher unter schwach zur Herstellung von Au (III) -Austausch nanotitanate sauren Bedingungen zu dienen. Zusätzlich wurde die Bildung des entsprechenden peroxotitanate durch Reaktion des nMST mit Wasserstoffperoxid nachgewiesen.
Introduction
Titandioxid und Alkalimetalltitanaten sind in einer Vielzahl von Anwendungen wie beispielsweise Pigmente in Farben und Hautpflegemitteln und als Photokatalysatoren bei der Energieumwandlung und Nutzung weit verbreitet. 1-3 Sodium Titanate haben sich als wirksam erwiesen Materialien eine Reihe von Kationen zu entfernen, über einen weiten Bereich von pH-Bedingungen durch Kationenaustausch-Reaktionen. 4-7
Neben den Anwendungen gerade beschrieben, in Mikrometergröße Natriumtitanate und Natrium peroxotitanates haben gezeigt, auch als therapeutische Metall-Delivery-Plattform dienen vor kurzem. In dieser Anwendung therapeutischen Metallionen wie Au (III), Au (I) und Pt (II) für die Natriumionen von Mononatrium Titanat (MST). In vitro-Tests mit dem Edelmetall-ausgetauschten Titanate ausgetauscht zeigen Unterdrückung das Wachstum von Krebs und Bakterienzellen durch einen unbekannten Mechanismus. 8,9
Historisch gesehen, Natriumtitanate haben seinen erzeugt sowohl Sol-Gel und hydrothermalen Syntheseverfahren unter Verwendung von in feine Pulver mit Partikelgrößen resultieren mehreren hundert Mikrometern von wenigen reichen. 4,5,10,11 In jüngerer Zeit wurden synthetische Verfahren berichtet, dass nanoskaligem Titandioxid hergestellt, Metall- dotierten Titanoxiden, und eine Vielzahl von anderen Metall Titanate. Beispiele schließen Natrium Titanoxid-Nanoröhren (NaTONT) oder Nanodrähte durch Umsetzung von Titandioxid in überschüssigem Natriumhydroxid bei erhöhter Temperatur und Druck, 12-14 Natriumtitanat Nanofasern durch Umsetzung von Peroxotitansäure mit überschüssigem Natriumhydroxid bei erhöhter Temperatur und Druck, 15 und Natrium und Cäsium-Titanat-Nanofasern durch Delamination von säure ausgetauscht mikrometergroßen Titanate. 16
Die Synthese von nanoskaligen Natriumtitanate und Natrium peroxotitanates ist von Interesse, Ionenaustausch-Kinetik zu verbessern, die in der Regel von Film Diffusion oder Intrapartikel DIFFU gesteuert werdension. Diese Mechanismen werden weitgehend durch die Teilchengrße des Ionenaustauscher gesteuert. Zusätzlich als ein therapeutisches Metall Abgabeplattform, würde die Teilchengröße des Titanat-Material erwartet werden, signifikant die Natur der Wechselwirkung zwischen dem Metall-ausgetauschten Titanat und dem Krebs und Bakterienzellen zu beeinflussen. Beispielsweise Bakterienzellen, die typischerweise in der Größenordnung von 0,5 liegen – 2 um, müsste wahrscheinlich verschiedene Interaktionen mit mikrometergroßen Teilchen gegenüber Teilchen in Nanogröße. Zusätzlich wurden nicht-phagozytische eukaryotischen Zellen nur gezeigt, um Partikel internalisieren mit einer Größe von weniger als 1 Mikron. 17 Somit ist die Synthese von nanoskaligen Natrium Titanate auch von Interesse Metallabgabedüse und zelluläre Aufnahme vom Titanat Abgabeplattform zu erleichtern. Reduzieren der Größe von Natrium und Titanate peroxotitanates wird auch die effektive Kapazität in Metallion Trennungen erhöhen und photochemischen Eigenschaften des Materials zu verbessern. 16,18 </ sup> Dieses Papier beschreibt ein Protokoll zur Synthese von nanoskaligen Mononatrium Titanat (nMST) unter milden Sol-Gel-Bedingungen 19 Die Herstellung des entsprechenden Peroxid modifiziert nMST entwickelt. zusammen mit einer Ionenaustauschreaktion werden die nMST mit Au (III) zu laden ebenfalls beschrieben.
Protocol
Representative Results
Discussion
Das Vorhandensein von Fremdwasser, beispielsweise von unreinen Reagenzien, kann das Ergebnis der Reaktion verändern, was zu einer größeren oder polydisperse Teilchen. Daher sollte darauf Trockenreaktanten verwendet werden geachtet werden. Das Titanisopropoxid und Natriummethoxid sollten bei Nichtgebrauch in einem Exsikkator gelagert werden. Hochreines Isopropanol sollte auch für die Synthese eingesetzt werden.
Die Temperatur wurde gefunden aus einem Gel eine Schlüsselrolle bei der Umwan…
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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