DE102013017826A1 - Process for the preparation of a hydrotalcite - like surface material, products produced by the process and their uses - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft die Herstellung eines innovativen, nicht in der Natur vorkommenden Schicht-Hydrotalkit-ähnlichen Oberflächenmaterials (INNO-LDH-LSM). Auf der Trägerschicht (T) befindet sich ein festes Metall (M1) welches nach einer Halogenidbeschichtung (A) in der Lage ist, mit einem zweiten Metallion (M2) zu einer Hydrotalkit-ähnlichen Schicht zu reagieren. Zur Herstellung kann eine Metallhalogenidlösung zur M2-Schichtbildung benutzt werden oder es kann eine Halogenidbehandlung der festen Metalloberfläche (M1) vorgenommen werden. Die Zugabe eines Halogenidsalzes zur Metallionenlösung ist ebenfalls möglich.The invention relates to the production of an innovative, non-naturally occurring layer-hydrotalcite-like surface material (INNO-LDH-LSM). On the carrier layer (T) is a solid metal (M1) which after a halide coating (A) is capable of reacting with a second metal ion (M2) to form a hydrotalcite-like layer. For preparation, a metal halide solution for M2 layer formation may be used or a halide treatment of the solid metal surface (M1) may be performed. The addition of a halide salt to the metal ion solution is also possible.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung eines innovativen, nicht in der Natur vorkommenden Schicht-Hydrotalkit-ähnlichen Oberflächenmaterials (INNO-LDH-LSM). Die Trägerschicht besteht aus einem festen Metall (M1) welches nach einer Halogenidbeschichtung (A) in der Lage ist, mit einem zweiten Metallion (M2) zu einer Hydrotalkit-ähnlichen Schicht zu reagieren. Zur Herstellung kann eine Metallhalogenidlösung zur M2-Schichtbildung benutzt werden oder es kann eine Halogenidbehandlung der festen Metalloberfläche (M1) vorgenommen werden. Die Zugabe eines Halogenidsalzes zur Metallionenlösung ist ebenfalls möglich.The present invention relates to the production of an innovative, non-naturally occurring layer-hydrotalcite-like surface material (INNO-LDH-LSM). The support layer consists of a solid metal (M1) which after a halide coating (A) is capable of reacting with a second metal ion (M2) to form a hydrotalcite-like layer. For preparation, a metal halide solution for M2 layer formation may be used or a halide treatment of the solid metal surface (M1) may be performed. The addition of a halide salt to the metal ion solution is also possible.
Hintergrund und Stand der TechnikBackground and state of the art
Natürlich vorkommende Schicht-HydrotalkiteNaturally occurring layer hydrotalcites
Die natürlich vorkommenden Schicht-Hydrotalkite (LDH, Layered Double Hydroxides) haben für gewöhnlich folgende chemische Zusammensetzung:
Abhängig von der Zusammensetzung – nicht allein der Metallkombination sondern auch ihrem Verhältnis zueinander – und der Art des Anions tragen die natürlich vorkommenden LDHs unterschiedliche Namen je nachdem welcher der acht folgenden Gruppen sie zugeordnet werden:
- – Die in der Fougèrit-Gruppe natürlich vorkommenden ”grünen Ruß Minerale” sind sehr starke Reduktionsmittel, mit M2+ = Fe2+, M3+ = Fe3+ unterschiedlicher Verhältnisse und einigen O2– Substitutionen für OH– im Brucit.
- – Die zu der Hydrotalkit-Gruppe zählenden Minerale haben das Verhältnis M2+:M3+ = 3:1.
- – Die Minerale in der Cualstibit-Gruppe kennzeichnet eine Zwischenschicht von [Sb(OH)6]–.
- – Die zu der Quintinit-Gruppe zählenden Minerale haben das Verhältnis M2+:M3+ = 2:1.
- – Die Minerale in der Woodwardit-Gruppe haben unterschiedliche M2+:M3+ Verhältnisse und sind durch eine Zwischenschicht mit Sulfationen gekennzeichnet.
- – Die Minerale der Hydrocalumit-Gruppe haben M2+ = Ca2+ und M3+ = Al3+, mit Brucit-ähnlichen Schichten in denen das Ca:Al Verhältnis 2:1 beträgt und das Ca2+ koordiniert ist mit einer Zwischenschicht aus Wasser.
- – Die Glaucocerinit-Gruppe ist sowohl gekennzeichnet durch eine Zwischenschicht aus Sulfationen, wie auch einer Zwischenschicht aus Wassermolekülen.
- – Die Minerale in der Wermlandit-Gruppe besitzen Brucit-ähnliche Schichten mit Vorkommen kationischer Komplexe mit Anionen.
- - The naturally occurring in the Fougèrit group "green carbon black minerals" are very strong reducing agents, with M 2+ = Fe 2+ , M 3+ = Fe 3+ different ratios and some O 2- substitutions for OH - in brucite.
- - The minerals belonging to the hydrotalcite group have the ratio M 2+ : M 3+ = 3: 1.
- - The minerals in the Cualstibit group indicate an intermediate layer of [Sb (OH) 6 ] - .
- - The minerals belonging to the quintinite group have the ratio M 2+ : M 3+ = 2: 1.
- - The minerals in the woodwardite group have different M 2+ : M 3+ ratios and are characterized by an intermediate layer with sulfate ions.
- - The minerals of the hydrocalumite group have M 2+ = Ca 2+ and M 3+ = Al 3+ , with brucite-like layers in which the Ca: Al ratio is 2: 1 and Ca 2+ is coordinated with an intermediate layer of water.
- - The glaucocerinite group is characterized by an intermediate layer of sulfate ions as well as an intermediate layer of water molecules.
- - The minerals in the Wermlandite group have brucite-like layers with cationic complexes with anions.
Anwendung von Schicht-Hydrotalkiten (LDH)Application of layered hydrotalcites (LDH)
Aktuell besteht ein großes Interesse an LDH und LDH-ähnlichen Materialien[1], wegen des breiten Anwendungsfeldes und eines enormen Anwendungspotentials in vielfältigen wichtigen Gebieten wie beispielsweise der Elektrochemie, Katalyse, Polymerisation, Photochemie sowie im Umweltsektor und der Biomedizin.Currently, there is a lot of interest in LDH and LDH-like materials [1] , because of the broad field of application and enormous application potential in various important areas such as electrochemistry, catalysis, polymerization, photochemistry, the environmental sector and biomedicine.
In der Elektrochemie werden LDHs als Nanokomposit-Polymer-Elektrolyt verwendet[2]. LDHs zeigten für die Katalyse interessante Anwendungen für Säure-Base-Prozesse[3], Redox-Prozesse[4] sowie für die Herstellung kleiner Ausgangschemikalien[5]. Im Bereich der Polymerisation wurden die LDH und LDH-ähnlichen Materialien als Stabilisator im Polymer[6] und zur Hitzebeständigkeit der Polymere[7] eingesetzt. Gegenstand der LDH-Forschung ist die Steigerung der Lichtempfindlichkeit von Materialien für photochemische Prozesse[8]. LDHs wurden ebenfalls schon bei der Formulierung pharmazeutischer Produkte und bei Drug-Delivery-Systemen zur kontrollierten Freisetzung verwendet[9].
- [1]
Cavani et al., Catal. Today, 1991, 11, 173; Newman et. al., New J. Chem., 1998, 22 (2), 105; Rives, Layered Double Hydroxides: Presentand Future, Nova Science Publishers Inc., 2001, New York; Li et. al., Struct. Bond., 2005, 119 (1), 193; Evans et. al., Chem. Commun., 2006, 5, 485 - [2]
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- [1]
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Evans et. al., Chem. Commun., 2006, 5, 485 - [8th]
Shimizu et al., Inorg. Chem., 2006, 45 (25), 10240 - [9]
Gardner, Biomaterials, 1985, 6 (3), 153; Rahman et al., Catal. Today, 2004, 95 (1), 405
Synthese von LDHsSynthesis of LDHs
Abgesehen vom natürlichen Vorkommen von LDHs können sie auch relativ einfach mit gewöhnlicher Laborausstattung künstlich hergestellt werden.Apart from the natural occurrence of LDHs, they can also be artificially produced relatively easily with ordinary laboratory equipment.
Alle bekannten Herstellungsmethoden von LDHs wurden von
Simultanfällung, Ionen-Austausch-Methode, das Strukturgedächtnis nutzende Dehydratisierung, Hydrothermale Methode, Interkalation mit Auflösung und erneuter Simultanfällung, Salz Oxid/Hydroxid-Methode, Alterungs-Methode, Oberflächen-Methode und Matrizen-Methode.All known production methods of LDHs were from
Simultaneous precipitation, ion-exchange method, structural memory-utilizing dehydration, hydrothermal method, intercalation with dissolution and renewed simultaneous precipitation, salt oxide / hydroxide method, aging method, surface method and template method.
Von allen genannten Methoden ist die Simultanfällung die am häufigsten angewandte. Sie findet in einem Reaktionsgefäß statt, in dem sowohl die beiden Metalle als auch die Anionen oder organischen Anionen in ihrem gewünschten Verhältnis zu einer übersättigten Lösung gemischt wurden. Die Übersättigung wird pH-kontrolliert bei einem Level wo die meisten löslichen Hydroxide ausfallen. Das ausgefallene Produkt wird über Stunden oder Tage in wässriger Lösung thermisch zwischen 273 und 373 K behandelt. In einem zweiten Schritt wird das Produkt bei 10 bis 150 MPa autoklaviert. Bei der Simultanfällung wird entweder eine leichte Übersättigung oder eine hohe Übersättigung eingestellt. Die Methode mit leichter Übersättigung führt zu einem mehr reinem Produkt da eines der Metallsalze nur langsam zugeführt wird. Die Methode ist aber deutlich langsamer.Of all these methods, simultaneous precipitation is the most commonly used. It takes place in a reaction vessel in which both the two metals as well as the anions or organic anions have been mixed in their desired ratio to a supersaturated solution. The supersaturation is pH-controlled at a level where most of the soluble hydroxides precipitate. The precipitated product is thermally treated for hours or days in aqueous solution between 273 and 373 K. In a second step, the product is autoclaved at 10 to 150 MPa. Simultaneous precipitation sets either a slight supersaturation or a high supersaturation. The slightly supersaturated method results in a more pure product as one of the metal salts is added slowly. The method is much slower.
Die Ionen-Austausch-Methode wird dann verwendet, wenn das zwei- oder dreiwertige Metall in alkalischer Lösung nicht stabil ist und deswegen nicht simultan ausfällt. Aus diesem Grund muss das LDH in zwei Schritten hergestellt werden. Im ersten Schritt werden einwertige Anionen wie Chlorid, Nitrat oder Bromid verwendet, welche nachdem die Plättchen gebildet wurden durch Hydroxide oder andere ”Gäste” (zum Beispiel beim Drug-Delivery) ausgetauscht werden.The ion-exchange method is used when the divalent or trivalent metal is not stable in alkaline solution and therefore does not precipitate simultaneously. For this reason, the LDH must be produced in two steps. In the first step, monovalent anions such as chloride, nitrate or bromide are used, which are exchanged after the platelets have been formed by hydroxides or other "guests" (for example in drug delivery).
Bei der Dehydratisierung werden LDHs kalziniert um eingelagertes Wasser, Hydroxide und Anionen gänzlich zu entfernen und eine Mischoxidschicht zu erhalten. Kommt dieses Material in Kontakt mit Wasser und darin gelösten Anionen bilden sich die typischen Hydroxidschichten mit ihren spezifischen Anionen zurück.During dehydration, LDHs are calcined to completely remove intercalated water, hydroxides and anions and to obtain a mixed oxide layer. When this material comes in contact with water and anions dissolved in it, the typical hydroxide layers with their specific anions are formed.
Mit der Hydrothermalen Methode ist es sogar möglich organische Anionen einzulagern, die eigentlich nur eine geringe Affinität zeigen sich als Gäste in LDHs einzulagern. In diesem Fall werden unlöslich Metallhydroxide des Magnesiums oder Aluminiums verwendet um den Zwischenraum zweier Lagen zu besetzen, so dass die organischen Moleküle eindringen können.With the hydrothermal method, it is even possible to store organic anions, which actually have a low affinity to deposit as guests in LDHs. In this case, insoluble metal hydroxides of magnesium or aluminum are used to occupy the space between two layers, so that the organic molecules can penetrate.
Im Fall der Interkalation mit Auflösung und erneuter Simultanfällung ist es möglich aus kohlensauren LDHs Carboxylatschichten zu bilden. Dies wird ermöglicht durch Zufuhr einer wässrigen Lösung mit dem Carboxylat der Vorläufer und anschließender Ausfällung mit einer Base.In the case of intercalation with dissolution and renewed simultaneous precipitation, it is possible to form carboxylate layers from carbonate acid LDHs. This is made possible by feeding an aqueous solution with the carboxylate of the precursors and then precipitating with a base.
Die Salz Oxid/Hydroxid-Methode ermöglicht mittels beispielsweise einer Mischung aus Magnesiumhydroxid und Natriumaluminat die Herstellung einer LDH.The salt oxide / hydroxide method allows for example by means of a mixture of magnesium hydroxide and sodium aluminate to produce an LDH.
Bei den drei Wegen Alterungs-, Oberflächen- und Matrizen-Methode ist es möglich das Kristallwachstum mittels beispielsweise Schall oder Mikrowellen zu beeinflussen. Bei Oberflächenunterstützen LDHs findet man nicht nur die LDH-typischen Eigenschaftsvorteile vor, sondern auch die des unterstützenden Materials. Eines der wenigen Beispiele ist ein α-Al2O3 bei dem entweder Co+2, Ni2+ oder Zn2+ zugefügt wurden um ein M2+ LDH zu erhalten. Das Aluminium wird dann zum Donor der M3+ der LDH.In the three ways aging, surface and Matrizen method, it is possible to influence the crystal growth by means of, for example, sound or microwaves. In the case of surface-assisted LDHs, one not only finds the LDH-typical property advantages, but also that of the supporting material. One of the few examples is an α-Al 2 O 3 in which either Co +2 , Ni 2+ or Zn 2+ were added to obtain an M 2+ LDH. The aluminum then becomes the donor of the M 3+ of the LDH.
Bei der Matrizen-Methode nutzt man die Selbstorganisation von Aggregaten was oftmals zu anorganisch-organischen Kombinationen führt wobei der organische Teil anschließend entfernt wird (ex. Kalzination) um die LDH zu erhalten.In the matrix method one uses the self-assembly of aggregates which often leads to inorganic-organic combinations where the organic part is subsequently removed (ex. Calcination) to obtain the LDH.
Restrukturierung von Schicht-HydrotalkitenRestructuring of layered hydrotalcites
Neben der Herstellung von LDHs mit unterschiedlichen M2+, M3+ sowie Anionen ist es auch möglich die Struktur nach der Herstellung noch zu verändern. Es wird bei
- 1. Dehydratisierung (100–250°C):
[Me21-xMe3x(OH)2]x+(An–)x/nmH2O → [Me21-xMe3x(OH)2]x+(An–)x/n - 2. Dehydroxylierung (350–450°C):
[Me21-xMe3x(OH)2]x+(An–)x/n → [Me21-xMe3xO]x+(An–)x/n - 3. Abspaltung der Anionen (420–470°C):
[Me21-xMe3xO]x+(An–)x/n → Me21-xMe3xO1 + x/2(BOy) - 4. Oxidrückbildung (450–700°C):
Me21-xMe3xO1 + x/2(BOy) → Me2O + Me2Me32O4 + BOy
- 1. Dehydration (100-250 ° C):
[Me2 1-x Me3 x (OH) 2 ] x + (A n- ) x / nm H 2 O → [Me 2 1-x Me 3 x (OH) 2 ] x + (A n- ) x / n - 2. Dehydroxylation (350-450 ° C):
[Me2 1-x Me3 x (OH) 2 ] x + (A n- ) x / n → [Me 2 1-x Me 3 x O] x + (A n- ) x / n - 3. Cleavage of the anions (420-470 ° C):
[Me2 1-x Me3 x O] x + (A n- ) x / n → Me 2 1-x Me 3 x O 1 + x / 2 (BO y ) - 4. Oxide Recovery (450-700 ° C):
Me2 1-x O 1 + x Me3 x / 2 (BO y) → Me2O + Me2Me3 2 O 4 + BO y
Fenton-Reagens – EisenkatalyseFenton reagent - iron catalysis
Das Fenton-Reagens ist eine Lösung, die Wasserstoffperoxid und einen Eisenkatalysator enthält und regelmäßig zur Oxidation organischer Substrate in Abwässern zum Einsatz kommt. Einige Beispiele für organische Stoffe die zerstört werden sind Trichlorethen (TCE) und Tetrachlorethen (PCE). Das Fenton-Reagens wurde bereits 1890 von Henry Fenton zur Analyse entwickelt.The Fenton reagent is a solution that contains hydrogen peroxide and an iron catalyst, and is commonly used to oxidize organic substrates in wastewater. Some examples of organic substances that are destroyed are trichloroethene (TCE) and tetrachloroethene (PCE). The Fenton reagent was developed in 1890 by Henry Fenton for analysis.
Die Wirkung des Fenton-Reagens beruht auf dem Prozess, dass Eisen(II) durch Wasserstoffperoxid zu Eisen(III) oxidiert wird. In diesem Schritt (1) werden ein Hydroxylradikal und ein Hydroxylanion gebildet. Im zweiten Schritt wird das Eisen(III) wieder zu Eisen(II) reduziert auf dem sich dann ein Peroxydradikal und ein Proton bilden. Die gebildeten Radikale und besonders Hydroxylradikale sind sehr starke nicht-selektive Oxidantien was dazu führt, dass die Oxidation organischer Substrate sehr schnell und exotherm verläuft.
Jüngst wurden interessante Entdeckungen mit Eisenoxiden bei Nanomaterialien gemacht. Zum Beispiel beschreibt
Die Autoren meinen, dass der wesentliche Mechanismus, der für die antibakterielle Aktivität der Partikel verantwortlich ist, vermutlich auf oxidativen Stress beruht, der auf die Bildung von reaktiven Sauerstoffspezies (ROS = reactive oxygen species) zurückzuführen ist. ROS umfasst Superoxide Radikale (∘O2 –), Hydroxylradikale (∘OH), Wasserstoffperoxid (H2O2) sowie Singulettsauerstoff (1O2) und kann Proteine und Bakterien-DNA zerstören. In der betreffenden Studie könnten Metalloxide (FeO) die Quelle für ROS sein was schließlich zu der Hemmung der meisten pathogenen Bakterien führte. Ebenfalls wird in der Publikation vermutet, dass die geringe Größe von Eisenoxid giftig für Bakterien ist. Auf jeden Fall ist es interessant, dass kein Wasserstoffperoxid für die Bildung von ROS bei den Fe3O4 Nanopartikeln notwendig war im Gegensatz zu Fe2O3 Nanopartikeln. Weder Cui noch Behera waren aber schließlich in der Lage den katalytischen Mechanismus der bei ihrem Eisenoxid auftritt und zur Bildung von ROS in einer Fenton-ähnlichen Weise führt vollständig zu erklären und bei Behera konnte nicht eindeutig gesagt werden, ob es nicht allein an der Größe der Nanopartikel lag.The authors suggest that the key mechanism responsible for the antibacterial activity of the particles is believed to be due to oxidative stress due to the formation of reactive oxygen species (ROS). ROS includes superoxide radicals (∘O 2 - ), hydroxyl radicals (∘OH), hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) and singlet oxygen ( 1 O 2 ) and can destroy proteins and bacterial DNA. In the study in question, metal oxides (FeO) could be the source of ROS, which eventually led to the inhibition of most pathogenic bacteria. Also, the publication suggests that the small size of iron oxide is toxic to bacteria. In any case, it is interesting that no hydrogen peroxide was required for the formation of ROS in the Fe 3 O 4 nanoparticles, in contrast to Fe 2 O 3 nanoparticles. Neither Cui nor Behera, however, were finally able to fully explain the catalytic mechanism that occurs in their iron oxide and leads to the formation of ROS in a Fenton-like manner, and Behera could not clearly say whether it was not due to the size alone Nanoparticles lay.
Weiterer Stand der TechnikFurther state of the art
In allen gefundenen Beispielen der Literatur in denen an Silber mit LDHs geforscht wird, wurden stets Silber-Nanopartikel auf einem bereits zuvor hergestellten LDH gebildet. In keinem Fall wurde gezeigt, dass ein LDH auf einer silberhalogenidhaltigen Oberfläche gebildet wurde. Im einzigen gefunden Fall, indem Eisen und LDH im Zusammenhang mit antibakterieller Aktivität stehen, scheint mehr vom Magnesiumoxid abzuhängen insbesondere da kein Wasserstoffperoxid zum Starten der Fenton-Reaktion gegeben wurde.In all the examples of the literature in which silver is investigated with LDHs, silver nanoparticles were always formed on an LDH prepared in advance. In no case was it shown that an LDH was formed on a silver halide-containing surface. In the only case found, in which iron and LDH are related to antibacterial activity, more appears to depend on the magnesium oxide, especially since no hydrogen peroxide was added to start the Fenton reaction.
Die ErfindungThe invention
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines neuartigen Materials (INNO-LDH-LSM), enthaltend
ein Trägermaterial (T) aus einem beliebigen, festen Material,
eine auf dem Trägermaterial abgeschiedene Metallschicht (M1), wobei das Metall Silber ist, einer auf der Metallschicht (M1) befindlichen anionischen Schicht (A),
wobei das Anion ein Halogenid-Ion ist,
einer auf der anionischen Schicht befindlichen Metall-Hydroxid/Oxid Schicht (M2) wobei das Metall beliebig gewählt sein kann,
durch Benetzung des M1-beschichteten Trägermaterials (T) mit einer M2-halogenidhaltigen Lösung bei 0–100°C, insbesondere 5–75°C, vor allem 20–50°C bis 30 Tage, insbesondere bis 10 Tage
und anschließende Trocknung bis 1000°C, insbesondere bis 550°C unter Luftzutritt bis 50 Stunden das mittels dieses Verfahrens hergestellte Produkt sowie seine vielfältigen Verwendungen.The invention relates to a method for producing a novel material (INNO-LDH-LSM) containing
a carrier material (T) made of any solid material,
a metal layer (M1) deposited on the carrier material, the metal being silver, an anionic layer (A) located on the metal layer (M1),
wherein the anion is a halide ion,
a metal hydroxide / oxide layer (M2) on the anionic layer, wherein the metal can be chosen arbitrarily,
by wetting the M1-coated support material (T) with a solution containing M2 halide at 0-100 ° C., in particular 5-75 ° C., especially 20-50 ° C. to 30 days, in particular up to 10 days
and subsequent drying to 1000 ° C, in particular to 550 ° C with access of air to 50 hours, the product produced by this method and its multiple uses.
Die Erfindung beschreibt ein im Vergleich zu Beheras Fe3O4 gleichsam effizientes antibakterielles, fungizides und antivirales Material (INNO-LDH-LSM), was ebenfalls in der Lage ist ohne Zugabe von Wasserstoffperoxid und bereits bei Temperaturen oberhalb von 0°C ROS in einer Fenton-ähnlichen Weise in Wasser zu bilden. Das erfindungsgemäße Material besteht aus einer neuartigen, nicht natürlich vorkommenden, oberflächenunterstützten LDH auf einem Trägerstoff (
Neuartig ist vor allem, dass über Halogenidionen (A), insbesondere Chloridionen, die Beschichtung sehr edler Metalle auch mit unedlen Metallen möglich ist und ein LDH-ähnliches Material hergestellt werden kann. Das INNO-LDH-LSM wird entweder durch Zugabe einer Metallhalogenidlösung, insbesondere einer Metallchloridlösung, zur M2-Schichtbildung hergestellt oder durch Zugabe eines Halogenids, insbesondere salzartigen Halogenids, insbesondere Chloridsalzes, insbesondere Natriumchlorid zur Metallionenlösung hergestellt oder durch Behandlung des Metalls (M1) mit verdünnter Salzsäure hergestellt. Die Herstellung der INNO-LDH-LSM auf einem Trägerstoff (T1) geschieht einfach durch Benetzung eines M1-beschichteten Trägerstoffs (T-M1) zu einer M2-halogenidhaltigen Lösung. Nach der Behandlung wird die Lösung abgegossen und das nun erhaltene LDH-ähnliche Material unterliegt unterhalb 100°C einer spontanen Dehydroxylierung was zu einer Hydroxid/Oxid-Spezies führt. Diese wird mehrmals mit Wasser gewaschen und es entsteht das hoch effiziente INNO-LDH-LSM, das ohne Wasserstoffperoxid ROS in einer Fenton-ähnlichen Weise bildet. Es bedarf nur einer geringen Aktivierungsenergie um die Katalyse am Laufen zu halten und sie ist wie alle ROS katalytischen Reaktionen je effizienter desto mehr Sauerstoff verfügbar ist. Der Vorteil dieser Methode ist, dass jegliche Art Oberfläche, egal welcher Größe oder Form beschichtet werden kann, solange der Trägerstoff (T) getaucht oder besprüht werden kann. Nachdem das INNO-LDH-LSM hergestellt wurde ist es möglich entweder die Ionen-Austausch-Methode, die das Strukturgedächtnis nutzende Dehydratisierung oder die hydrothermale Methode anzuwenden um die Anionen zu tauschen, auch gegen organische Anionen.It is novel above all that it is possible to coat very noble metals with base metals by means of halide ions (A), in particular chloride ions, and to produce an LDH-like material. The INNO-LDH-LSM is prepared either by adding a metal halide solution, in particular a metal chloride solution for M2 layer formation or prepared by adding a halide, in particular salt-like halide, in particular chloride salt, in particular sodium chloride to the metal ion solution or by treating the metal (M1) with dilute Hydrochloric acid produced. The preparation of the INNO-LDH-LSM on a carrier (T1) is carried out simply by wetting an M1-coated carrier (T-M1) to an M2 halide-containing Solution. After treatment, the solution is poured off and the resulting LDH-like material undergoes spontaneous dehydroxylation below 100 ° C resulting in a hydroxide / oxide species. This is washed several times with water to give the highly efficient INNO-LDH-LSM which forms ROS in a Fenton-like manner without hydrogen peroxide. It only takes a small activation energy to keep the catalysis running and, like all ROS catalytic reactions, it is the more efficient the more oxygen is available. The advantage of this method is that any type of surface, no matter what size or shape can be coated, as long as the carrier (T) can be dipped or sprayed. After the INNO-LDH-LSM has been prepared, it is possible to use either the ion exchange method, the dehydration using the structural memory or the hydrothermal method to exchange the anions, even against organic anions.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher das Verfahren gemäß der Ansprüche 1 bis 4 sowie das mittels des Verfahrens hergestellten Materials des Anspruches 5.The present invention is therefore the method according to
Anwendungenapplications
Die Implementierung von INNO-LDH-LSM-beschichteten Trägermaterialien auf Werkstoffen wie Glas, Keramik, Plastik, Papier oder Holz ist möglich sowie auch die Beschichtung von Werkstoffen mit INNO-LDH-LSM. Eine Voraussetzung für die Aktivität der Schicht ist der Kontakt mit einer Flüssigkeit, insbesondere Wasser und Alkohole, und dem Substrat. Es ist möglich, dass eine vollständige Implementierung vorgenommen wird und erst über die Zeit durch Abrieb oder Verwitterung des Werkstoffs das aktive Material freigesetzt wird und erst dann seine antibakterielle, fungizide und antivirale Eigenschaft eintritt. Da Wasser und Alkohole katalytisch über ROS aktiviert werden ist es ebenfalls möglich Wasser oder Alkohol enthaltende Flüssigkeiten erst zu aktivieren und die aktivierte Flüssigkeit anschließend als aktives Reagens zu verwenden, z. B. für Pflanzenschutz, Saatbehandlung und andere landwirtschaftlichen Anwendungen oder zur Behandlung von Oberflächen, insbesondere im Medizinischen-, Life Science- und Reinigungsbereich, vor allem zur Behandlung von Verpackungen von Lebensmitteln.The implementation of INNO-LDH-LSM coated substrates on materials such as glass, ceramics, plastics, paper or wood is possible as well as the coating of materials with INNO-LDH-LSM. A prerequisite for the activity of the layer is the contact with a liquid, in particular water and alcohols, and the substrate. It is possible that a full implementation is made and only over time by abrasion or weathering of the material, the active material is released and only then enters its antibacterial, fungicidal and antiviral property. Since water and alcohols are catalytically activated via ROS, it is also possible to activate water or alcohol-containing liquids first and then to use the activated liquid as an active reagent, eg. As for crop protection, seed treatment and other agricultural applications or for the treatment of surfaces, especially in the medical, life science and cleaning, especially for the treatment of food packaging.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind daher auch die Verwendungen des erfindungsgemäß hergestellten Materials gemäß der Ansprüche 6 und 7 sowie die Verwendung von über das erfindungsgemäß hergestellte Material aktivierten Flüssigkeiten des Anspruches 8 gemäß der Ansprüche 9 und 10.The present invention therefore also relates to the uses of the material produced according to the invention as claimed in claims 6 and 7 and to the use of liquids of claim 8 activated according to the invention according to the invention as claimed in claims 9 and 10.
BeispieleExamples
Die nachfolgenden Beispiele illustrieren den Erfindungsgegenstand, ohne beschränkend wirken zu wollen. Der Fachmann auf dem Gebiet erkennt ohne weiteres Verfahrensvarianten und weitere Anwendungsmöglichkeiten ohne erfinderisch tätig werden zu müssen.The following examples illustrate the subject matter of the invention without wishing to be limiting. The person skilled in the art readily recognizes process variants and other possible uses without having to be inventive.
Beispiel 1:Example 1:
Beschichteter Trägerstoff (T-M1) in Gestalt von Kugeln zwischen 0,1 und 1 mm, beschichtete Glaspartikel der Größen 2, 14, 40 und 80 μm, beschichtete magnetische Eisenpartikel, beschichtete Graphit-Partikel/Stäbchen und Pulver.Coated carrier (T-M1) in the form of spheres between 0.1 and 1 mm, coated glass particles of sizes 2, 14, 40 and 80 μm, coated magnetic iron particles, coated graphite particles / rods and powder.
Jeweils 1 g des beschichteten Trägerstoffs (T-M1) wurde in Glaskolben getan und 5 mL einer Lösung (a–e) ausgesetzt.
- a) Fe(II)Cl2 Lösung (15 g/L)
- b) Ru(III)Cl3 Lösung (35 g/L, Wasser:Ethanol 1:3)
- c) Ca(II)Cl2 Lösung (30 g/L)
- d) HAu(III)Cl4 Lösung (4 g/L)
- e) H2Pt(IV)Cl6 Lösung (25 g/L)
- a) Fe (II) Cl 2 solution (15 g / L)
- b) Ru (III) Cl 3 solution (35 g / L, water: ethanol 1: 3)
- c) Ca (II) Cl 2 solution (30 g / L)
- d) HAu (III) Cl 4 solution (4 g / L)
- e) H 2 Pt (IV) Cl 6 solution (25 g / L)
Die Glaskolben wurden für Minuten geschüttelt, c) für zwei Tage. Das Produkt wurde mehrmals mit Wasser und Ethanol gewaschen und anschließend bei unterschiedlichen Temperaturen (15°C bis 550°C) getrocknet.The flasks were shaken for minutes, c) for two days. The product was washed several times with water and ethanol and then dried at different temperatures (15 ° C to 550 ° C).
Beispiel 2:Example 2:
Beschichteter Trägerstoff (T-M1) in Gestalt von beschichtetem Textil, mit Kupfer, Stahl, Titan, Aluminium oder Zink beschichtete Netze, Gitter sowie Bleche.Coated carrier (T-M1) in the form of coated textile, nets, grids and sheets coated with copper, steel, titanium, aluminum or zinc.
1 cm2 große Stücke jeder Probe wurden in je eine Glasflasche getan und zu jedem wurden 5 mL einer Fe(II)Cl2 Lösung (15 g/L) gegeben. Die Glasflaschen wurden für Minuten geschüttelt. Das Produkt wurde mehrmals mit Wasser und Ethanol gewaschen und anschließend bei 80°C bis 120°C getrocknet.1 cm 2 pieces of each sample were each made into a glass bottle and to each was added 5 mL of a Fe (II) Cl 2 solution (15 g / L). The glass bottles were shaken for minutes. The product was washed several times with water and ethanol and then dried at 80 ° C to 120 ° C.
Beispiel 3:Example 3:
INNO-LDH-LSM beschichtete Kugeln, Partikel, Pulver oder Stäbchen wurden in Farben und Lacke in einer Konzentration von 0,01 bis 50 wt% gemischt. Die modifizierten Farben und Lacke zeigten nach Auftragung und Trocknung auf unterschiedlichen Trägerstoffen antibakterielle und fungizide Eigenschaften.INNO-LDH-LSM coated spheres, particles, powders or sticks were mixed in paints and varnishes in a concentration of 0.01 to 50 wt%. The modified colors and paints showed after application and drying on different carriers antibacterial and fungicidal properties.
Beispiel 4:Example 4:
INNO-LDH-LSM beschichtete Kugeln, Partikel, Pulver oder Stäbchen wurden in Polymere vor oder nach ihrer Polymerisation in Konzentrationen zwischen 0,01 und 50 wt% gegeben. Die Kunststoffoberflächen zeigten antimikrobielle Aktivität an allen Flächen, an denen INNO-LDH-LSM Kontakt nach Außen hatte.INNO-LDH-LSM coated spheres, particles, powders or rods were in polymers or after its polymerization in concentrations between 0.01 and 50 wt%. The plastic surfaces showed antimicrobial activity on all surfaces where INNO-LDH-LSM had contact to the outside.
Beispiel 5:Example 5:
AgNO3 wurden in 3 mL deionisiertem Wasser gelöst. 0,25 g NaCl, NaBr oder NaI wurden dazugegeben. Mit Natriumchlorid wurde ein feines, weißes Pulver erhalten, mit Natriumbromid und Natriumjodid ein feines, hellgelbes Pulver. Die drei Pulver wurden jeweils mehrmals mit Wasser gewaschen bevor 5 mL einer Fe(II)Cl2 Lösung (15 g/L) zugegeben wurde. Nach Minuten Schütteln der Lösungen und anschließendem mehrmaligem Waschen der Pulver mit Wasser wurde das Pulver der Natriumchlorid enthaltenden Probe gelblich/bräunlich vorgefunden und die Pulver der anderen beiden Proben tief gelb.AgNO 3 was dissolved in 3 mL deionized water. 0.25 g of NaCl, NaBr or NaI was added. With sodium chloride, a fine, white powder was obtained, with sodium bromide and sodium iodide a fine, pale yellow powder. The three powders were each washed several times with water before 5 mL of a Fe (II) Cl 2 solution (15 g / L) was added. After shaking the solutions for several minutes and then washing the powders several times with water, the powder of the sample containing sodium chloride was found to be yellowish / brownish, and the powders of the other two samples turned deep yellow.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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