Home » Sinteza si caracterizarea gelurilor mezoporoase de silice

Sinteza si caracterizarea gelurilor mezoporoase de silice

Înapoi

Tip proiect: Proiect de mobilităţi (România-Ungaria 2016-2018) în cadrul acordului de colaborare bilaterală încheiat între Academia Română şi Academia Ungară de Ştiinţe

Titlu proiect: Sinteza si caracterizarea gelurilor mezoporoase de silice

Director de Proiect, Institutul de Chimie “Coriolan Drăgulescu”, Timisoara, Romania:Dr. Putz Ana-Maria.

Director de Proiect, Wigner Research Centre for Physics, Institute for Solid State Physics and Optics, Hungarian Academy of Sciences: Dr. Almásy László

Durata proiectului: 3 ani (2016-2018)

Entităţile finantatoare: Academia Română şi Academia Ungară de Ştiinţe

Echipa Wigner: Dr. Len Adél, Dr. Dudás Zoltán-Imre

Echipa ICT: Dr.Cecilia Savii, Dr. Catălin Ianăşi, Dr. Sorina Ilieş, Drd. Roxana Nicola, Chim. Elena-Mirela Picioruş.

Rezumatul proiectului:

Materialele mezoporoase sintetizate prin templatare supramoleculară şi porozitate planificată sunt de interes pentru dezvoltarea acestora pentru un domeniu larg de aplicaţie, incluzăndu-l şi pe ce de sisteme de eliberare de medicamente. Lichidele ionice sunt o clasă relativ nouă de agenţi de templatare neconvenţională, având potenţial în obţinerea de materiale mezoporoase de silice cu porozitate controlată. Funcţie de lungimea lanţului alchilic al surfactantului sau a lichidului ionic, se pot obţine variate grade de ordonare. Pori ordonaţi cubic sau hexagonal, se obţin folosind agenţi de templatare cu lanţuri alchilice lungi, în timp ce lanţurile alchilice scurte sau polimerii, duc la formarea unei structuri haotice, a porilor ce adesea prezintă astfel o structură fractală. Parametrii acestora (ce reflectă densitatea şi umplerea spaţiului în gelul solid) depind în mare măsură de procesul de agregare folosit. Tehnicile de difracţie prin împraştiere la unghi mic, fie cu neutroni fie cu raze X, sunt metode importante de caracterizare a structurilor ordonate poroase, în intervalul de mezoporozitate, folosite în investigarea fazei solide a structurii nanoporoase obţinute prin metoda sol-gel, şi redă o informaţie directă despre exponenţii fractali caracteristici. Prezentul proiect are două ţinte: în primul rând obţinerea de noi materiale cu porozitate croită, folosind ca şi agenţi de templatare, diferite clase, fie de surfactanţi convenţionali, fie de lichide ionice, şi apoi să explorăm capabilitatea complexă a tehnicilor de difracţie prin împrăştiere la unghi mic (tehnica SANS) sau a difracţiei prin împrăştiere a razelor X (tehnica SAXS), pentru a evalua structura materialelor obţinute şi a înţelege principiile şi mecanismele de formare a porozităţii.

Obiectivele proiectului:

(i) Sinteza sol-gel şi sono-cataliza de materiale hibride mezoporoase pe bază de silice;

(ii) Caracterizarea proprietătilor lichidelor ionice entrapate în nanopori, comparativ cu lichidele ionice simple, neentrapate, prin spectroscopie IR şi analiză termică;

.

(iii) Caracterizarea structurală a materialelor de silice mezoporoasă obţinută, fie prin metode de laborator tradiţionale, precum: microscopia electronică, metoda adsorbţiei-desorbţiei cu azot, XRD, etc.

(iv) Investigarea morfologiei silicei mezoporoase obţinute, în special a gradului de ordonare al porilor, folosind tehnicile SANS şi SAXS. Sarcinile sunt împărţite între cele două laboratoare, precum urmează: echipa din România se ocupă de sinteza materialelor şi de o parte din caracterizarea fizico-chimică, în timp ce echipa din Ungaria se ocupă de caracterizarea structurală folosind metodele de difracţie (cu neutroni sau cu electroni prin împraştiere la unghi mic). Investigaţiile de microscopie electronică, se vor realiză în laboratoare din ambele ţări.

Rezultatele proiectului:

Sinteza de silice mezoporoasă folosind lichide ionice (IL)piridinice şi imidazolice

În aceste sinteze am folosit ca şi precursor pentru silice, alături de tetraetoxisilan (TEOS), trimetoxisilanul (MTMS-ul), tetrafluoroboratul de N-butil-3-methilpiridină ([bmPy][BF4]) ca şi cosolvent şi agent de templare, păstrând constant raportul molar al reactanţilor şi variing concentraţia de lichid ionic folosit în sinteză. Alte serii de matrici de silice au fost obţinute prin metoda so-gel în cataliză acidă, folosind numai TEOS-ul ca şi precursor de silice, şi tetrafluoroboratul de 1-butil-3-metilimidazol [BMIM][BF4] pentru o serie de sinteze şi clorura de 1-butil-3-metilimidazol ([BMIM][Cl]) pentru o a doua serie de sinteze, folosind un raport molar constant pentru ceilalţi reactanţi şi variind-se doar concentraţia de IL. Probele au fost caracterizate atât în forma de xerogel cât şi în forma calcinată, iar morfologia acestora în ceea ce priveşte porozitatea şi structura s-au determinat folosind metodele SANS, a adsorbţiei desorbţiei cu azot, IR şi analiza termogravimetrică. Pentru a investiga stabilitatea termică a materialelor, s-a folosit metoda analizei termogravimetrice. În timpul tratamentului termic, descompunerea IL entrapat în matricea de silice, începe cu 100ºC mai devreme comparativ cu IL simplu. Într-un prim studiu am demostrat că adăugarea de mici cantităţi de IL în mediul de reacţie, duce la încetinirea reacţiei de policondensare şi duce la formarea de particule de mărimi mai mari. Mai departe, am variat concentraţiile de IL într-un interval şi mai larg, dorind să obţinem o compoziţie, posibil optimă, pentru a obţine o porozitate şi mai ridicată şi o distribuţie îngustă a mărimii porilor. Informaţiile obţinute din SANS au redat morfologia şi au demostrat efectul de catalizator al IL cât şi cel de agent de templatare. Din curbele SANS a celor două serii de probe imidazolice, a rezultat că cele două IL produc structuri marcant diferite în xerogelurile rezultate. Cel mai hidrofob dintre cele două lichide ionice folosite, [BMIM][BF4], dă o aparenţă de neomogenitate cu o mărime caracteristică de 5-10 nm, în timp ce cel mai hidrofil dintre acestea, şi anume, [BMIM][Cl] produce structuri mai omogene, la această lungime de scală, şi sunt prezenţi numai pori mari şi agregate caracteristice xerogelurilor simple rezultate din TEOS, cu mărimi caracteristice de peste 50 nm. Această informaţie, alături de alte metode caracterizare, ne permit să croim fin proprietăţile materialelor, în ceea ce priveşte porozitatea, stabilitatea şi validitatea pentru aplicaţii ulterioare ca şi sisteme de eliberare de medicamente. Proprietăţile fizico-chimice ale IL se schimbă în urma entrapării în nanopori, datorită interacţiei cationilor/anionilor lichidelor ionice cu pereţii porilor. Aplicarea acestor metode de difracţie facilitează înţelegerea mecanismelor formării gelurilor, şi ne vor ajuta în selectarea de condiţii potrivite de sinteză, pentru controlarea porozităţii.

Publicaţii:

Putz A.M., Len A., Ianăşi C., Savii C., Almásy L., Ultrasonic preparation of mesoporous silica using pyridinium ionic liquid, Korean J. Chem. Eng. 33 (3) 749-754, 2016.

Putz A.M., Wang K., Len A., Plocek J., Bezdicka P., Kopitsa G. P., Khamova T. V., Ianăşi C., Săcărescu L., Mitróová Z., Savii C., Yan M., Almásy L.,Mesoporous silica obtained with methyltriethoxysilane as co-precursor in alkaline medium, Appl. Surf. Sci., 424(3) 275-281, 2017.

Almásy L., Putz A.M., Len A., Plestil J., Savii C., Small-angle scattering investigation of silica xerogels and sonogels prepared with ionic liquid pyridinium tetrafluoroborate, Proc. Appl. Ceram. 11(3) 229-233, 2017.

English Webmail