Nanoboyutlu Monosodyum Titanate Sentezi ve Reaksiyon Kimya
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
Bu çalışma, Au (III) iyonları ile malzemenin yüklenmesi, bir iyon-değişim reaksiyonu ile, sentez ve nanoboyutlu monosodyum titanat peroksit modifikasyonu (Nmst) tarif etmektedir. Sentez yöntemi, reaktif konsantrasyonunu değiştiren bir partikül tohumu aşamasının atlanması ve kontrolünü kolaylaştırmak için iyonik olmayan bir yüzey aktif madde sokulması dahil olmak üzere çeşitli önemli değişiklikler ile mikron büyüklüğünde monosodyum titanat (MST) üretilmesi için kullanılan bir sol-jel işlemi türetildi partikül oluşumu ve büyümesi. Elde edilen Nmst malzemesi 100 ile 150 nm aralığı içinde parçacık çaplarının bir tek dağılımlı dağılımı olan küresel şekilli parçacık morfolojisi sergiler. Nmst malzemesi mikron boyutunda MST daha yüksek bir büyüklük sırasına göre daha 285 m2 g-1, bir Brunauer-Emmett-Teller (BET) bir yüzey alanına sahip olduğu bulunmuştur. Nmst izoelektrik noktası mikron boyut MST için ölçülen daha pH birimi daha düşüktür 3.34 pH birimi, ölçülen. TO malzeme Au (III) 'ün-değişimi nanotitanate hazırlanması için zayıf asidik koşullar altında etkili bir iyon değiştiricisi olarak görev bulunmuştur Nmst. Buna ek olarak, karşılık gelen peroxotitanate oluşumu hidrojen peroksit ile Nmst reaksiyonu ile gösterilmiştir.
Introduction
Titan dioksit ve alkali metal titanatlar yaygın olarak boya ve cilt bakım ürünleri pigment olarak ve enerji dönüşümü ve kullanımında fotokatalizörlerin olarak çeşitli uygulamalar kullanılmaktadır. 1-3 sodyum titanatlar katyonların bir dizi kaldırma etkili malzemeler olduğu gösterilmiştir katyon değiştirme reaksiyonları ile pH koşullarının geniş bir aralıkta. 4-7
Yukarıda açıklanan uygulamalara ek olarak, mikron büyüklüğünde sodyum titanatlar ve sodyum peroxotitanates en son da terapötik metal elde etme platformu olarak gösterilmiştir. Bu uygulamada, örneğin Au (III) 'ün, Au (I)' in, Pt (II) olarak terapötik metal iyonları monosodyum titanat sodyum iyonları (MST) için değiştirilir. In vitro testler asal metal değişimli titanatlar olan bastırılmasını göstermektedir bilinmeyen bir mekanizma ile kanser ve bakteriyel hücrelerin büyümesi. 8,9
Tarihsel olarak, sodyum titanatlar olmak varen sol-jel ve bir kaç birkaç yüz mikron arasında değişen ebatlarda ince tozlar elde hidrotermal sentez teknikleri kullanarak üretilen. 4,5,10,11 Daha yakın zamanda, sentetik metotlar nanoboyutlu titanyum dioksit üretilen bildirilmiştir, metal- katkılı titanyum oksitler, ve diğer metal titanatlar çeşitli. Örnekler, sodyum, titanyum oksit nanotüpler (NaTONT) ya da nanotelleri, yüksek sıcaklık ve basınçta, fazla sodyum hidroksit içinde titanyum dioksit reaksiyonu ile, yüksek sıcaklık ve basınçta, 15 ve sodyum de aşırı sodyum hidroksid ile peroksotitanik asitin reaksiyonu sureti ile 12-14 sodyum titanat nanolifler içerir ve asit ile-yer değiştirilmiş mikron boyutunda titanatlann delaminasyonu ile nanolifler sezyum titanat. 16
nanoboyutlu sodyum titanatlar ve sodyum peroxotitanates sentezi genellikle filmin difüzyon veya intraparticle DIFFU tarafından kontrol edilen iyon değişim kinetiğinin, geliştirmek için ilgi çekicidirsion. Bu mekanizmalar, büyük ölçüde, iyon değiştirici parçacık boyutu ile kontrol edilir. Buna ek olarak, tedavi edici bir metal taşıyıcı platformu olarak, titanat malzemenin parçacık boyutu önemli ölçüde metal alışverişinde titanat ve kanser ve bakteri hücreleri arasındaki etkileşimin doğasını etkileyecek beklenir. Örneğin, 0.5 mertebesinde tipik olarak bakteri hücreleri, – 2 um, nano boyutlu parçacıkların karşı mikron boyutlu parçacıklar farklı etkileşimler olasılıkla olurdu. Buna ek olarak, fagositik olmayan ökaryotik hücreler sadece, böylece en az 1 mikron. 17 partikül büyüklüğü içselleştirme gösterilmiştir, nanoboyutlu sodyum titanatlar sentezi de titanat dağıtım platformdan metal elde etme ve hücresel alımını kolaylaştırmak için ilgi çekmektedir. Sodyum titanatlar ve peroxotitanates boyutunu küçültme da metal iyonu ayrımları etkili kapasitesini artırmak ve malzemenin fotokimyasal özelliklerini artıracaktır. 16,18 </ sup> Bu makale hafif sol-jel koşullarında nanoboyutlu monosodyum titanat (Nmst) sentezlemek için geliştirilen bir protokol tanımlamaktadır 19 Nmst modifiye ilgili peroksit hazırlanmasını.; Au ile Nmst (III) yüklemek için bir iyon değişim reaksiyonu ile de tarif edilmektedir.
Protocol
Representative Results
Discussion
gereksiz Suyun varlığı, saf olmayan reaktifler, örneğin, reaksiyon sonucu değiştirebilir daha büyük ya da daha fazla çok yönlü dağılmış parçacıkların yol açar. Bu nedenle, bakım kuru reaktifler kullanılmasını sağlamak için önlemler alınmalıdır. Titanyum izopropoksit ve sodyum metoksit kullanılmadığı zaman bir kurutucuda saklanmalıdır. Yüksek saflıkta izopropanol, aynı zamanda sentez için kullanılmalıdır.
Sıcaklık formu parçacık bir jel ürünü …
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 |
References
- O’Regan, B., Grätzel, M. A low-cost, high-efficiency solar cell based on dye-sensitized colloidal TiO2 films. Nature. 353, 737-740 (1991).
- Frank, A. J., Kopidakis, N., van de Lagemaat, J. Electrons in nanostructured TiO2 solar cells: transport, recombination and photovoltaic properties. Coord. Chem. Rev. 248 (13-14), 1165-1179 (2004).
- Mor, G. K., Varghese, O. K., Paulose, M., Shankar, K., Grimes, C. A. A review on highly ordered, vertically oriented TiO2 nanotube arrays: fabrication, material properties, and solar energy applications. Sol. Energy Mater. Sol. Cells. 90 (14), 2011-2075 (2006).
- Dosch, R. G. . Use of titanates in decontamination of defense waste. Report RS-8232-2/50318. , (1978).
- Sylvester, P., Clearfield, A. The removal of strontium from simulated Hanford tank wastes containing complexants. Sep. Sci. Technol. 34 (13), 2539-2551 (1999).
- Manna, B., Dasgupta, M., Ghosh, U. C. Crystalline hydrous titanium(IV) oxide (CHTO): an arsenic(III) scavenger from natural water. J. Water Supply Res. T. 53, 483-495 (2004).
- Elvington, M. C., Click, D. R., Hobbs, D. T. Sorption behavior of monosodium titanate and amorphous peroxotitanate materials under weakly acidic conditions. Sep. Sci. Technol. 45 (1), 66-72 (2010).
- Wataha, J. C., et al. Titanates deliver metal ions to human monocytes. J. Mater. Sci.: Mater. Med. 21 (4), 1289-1295 (2010).
- Chung, W. O., et al. Peroxotitanate- and monosodium metal-titanate compounds as inhibitors of bacterial growth. J. Biomed. Mater. Res., Part A. 97 (3), 348-354 (2011).
- Hobbs, D. T., et al. Strontium and actinide separations from high level nuclear waste solutions using monosodium titanate 1. Simulant testing. Sep. Sci. Technol. 40 (15), 3093-3111 (2005).
- Ramirez-Salgdo, J., Djrado, E., Fabry, P. Synthesis of sodium titanate composites by sol-gel method for use in gas potentiometric sensors. J. Eur. Ceram. Soc. 24 (8), 2477-2483 (2004).
- Yang, J., et al. Study on composition, structure and formation process of nanotube Na2Ti2O4(OH)2. Dalton Trans. 2003 (20), 3898-3901 (2003).
- Chen, W., Guo, X., Zhang, S., Jin, Z. TEM study on the formation mechanism of sodium titanate nanotubes. J. Nanopart. Res. 9 (6), 1173-1180 (2007).
- Meng, X., Wang, D., Liu, J., Zhang, S. Preparation and characterization of sodium titanate nanowires from brookite nanocrystallites. Mater. Res. Bull. 39 (14-15), 2163-2170 (2004).
- Yada, M., Goto, Y., Uota, M., Torikai, T., Watari, T. Layered sodium titanate nanofiber and microsphere synthesized from peroxotitanic acid solution. J. Eur. Ceram. Soc. 26 (4-5), 673-678 (2006).
- Stewart, T. A., Nyman, M., deBoer, M. P. Delaminated titanate and peroxotitanate photocatalysts. Appl. Catal. B. 105 (1-2), 69-76 (2011).
- Rejman, J., Oberle, V., Zuhorn, I. S., Hoekstra, D. Size-dependent internalization of particles via the pathways of clathrin- and caveolae-mediated endocytosis. Biochem. J. 377 (1), 159-169 (2004).
- Hobbs, D. T., Taylor-Pashow, K. M. L., Elvington, M. C. Formation of nanosized metal particles on a titanate carrier. US patent application. , (2015).
- Elvington, M. C., Tosten, M., Taylor-Pashow, K. M. L., Hobbs, D. T. Synthesis and characterization of nanosize sodium titanates. J. Nanopart. Res. 14, 1114 (2012).
- Duff, M. C., Hunter, D. B., Hobbs, D. T., Fink, S. D., Dai, Z., Bradley, J. P. Mechanisms of strontium and uranium removal from high-level radioactive waste simulant solutions by the sorbent monosodium titanate. Environ. Sci. Technol. 38 (19), 5201-5207 (2004).
- Puangpetch, T., Sreethawong, T., Chavadej, S. Hydrogen production over metal-loaded mesoporous-assembled SrTiO3 nanocrystal photocatalysts: effects of metal type and loading. Int. J. Hydrogen Energy. 35 (13), 6531-6540 (2010).
- Fan, X., et al. Facile method to synthesize mesoporous multimetal oxides (ATiO3, A = Sr, Ba) with large specific surface areas and crystalline pore walls. Chem. Mater. 22 (4), 1276-1278 (2010).
- Rossmanith, R., et al. Porous anatase nanoparticles with high specific area prepared by miniemulsion technique. Chem. Mater. 20 (18), 5768-5780 (2008).
- Wu, Y., Zhang, Y., Xu, J., Chen, M., Wu, L. One-step preparation of PS/TiO2 nanocomposite particles via miniemulsion polymerization. J. Colloid Interface Sci. 343 (1), 18-24 (2010).
- Jiang, C., Ichihara, M., Honmaa, I., Zhou, H. Effect of particle dispersion on high rate performance of nano-sized Li4Ti5O12 anode. Electrochim. Acta. 52 (23), 6470-6475 (2007).
- Bouras, P., Stathatos, E., Lianos, P. Pure versus metal-ion-doped nanocrystalline titania for photocatalysis. Appl. Catal. B. 73 (1-2), 51-59 (2007).
- Bonino, R., et al. Ti-Peroxo species in the TS-1/H2O2/H2O system. J. Phys. Chem. B. 108 (11), 3573-3583 (2004).
- Bordiga, S., et al. Resonance Raman effects in TS-1: the structure of Ti(IV) species and reactivity towards H2O, NH3 and H2O2: an in situ study. Phys. Chem. Chem. Phys. 2003 (5), 4390-4393 (2003).
- Vacque, V., Sombret, B., Huvenne, J. P., Legrand, P., Suc, S. Characterization of the O-O peroxide band by vibrational spectroscopy. Spectrochim. Acta Part A. 53 (1), 55-66 (1997).
