التحضير بالموجات فوق الصوتية للأطر المعدنية العضوية (MOFs)
- الأطر المعدنية العضوية هي مركبات تتكون من أيونات المعادن والجزيئات العضوية بحيث يتم إنشاء مادة هجينة أحادية أو ثنائية أو ثلاثية الأبعاد. يمكن أن تكون هذه الهياكل الهجينة مسامية أو غير مسامية وتوفر وظائف متعددة.
- يعد التخليق الكيميائي للأطر العضوية العضوية تقنية واعدة حيث يتم إنتاج البلورات المعدنية العضوية بكفاءة عالية وصديقة للبيئة.
- يمكن توسيع نطاق الإنتاج بالموجات فوق الصوتية للأطر الفلزية العضوية خطيا من إعداد عينات صغيرة في المختبر إلى الإنتاج التجاري الكامل.
الأطر المعدنية العضوية
تندرج الأطر المعدنية العضوية البلورية (MOFs) ضمن فئة المواد المسامية عالية الإمكانات ، والتي يمكن استخدامها في تخزين الغاز ، والامتزاز / الفصل ، والتحفيز ، كممتزات ، في المغناطيسية ، وتصميم أجهزة الاستشعار ، وتوصيل الدواء. تتشكل الأطر الفلزية العضوية عادة عن طريق التجميع الذاتي حيث يتم توصيل وحدات البناء الثانوية (SBUs) بالفواصل العضوية (الروابط) لإنشاء شبكات معقدة. يمكن تعديل الفواصل العضوية أو وحدات SBU المعدنية من أجل التحكم في مسامية MOF ، وهو أمر بالغ الأهمية فيما يتعلق بوظائفها وفائدتها لتطبيقات معينة.
مسبار نوع Sonicators – هنا طراز HIELSCHER UP400St – تيسير تخليق البنى النانوية مثل موفس .
التخليق الكيميائي للأطر العضوية العضوية
يشتهر التشعيع بالموجات فوق الصوتية والتجويف الناتج عنه بتأثيراته الفريدة على التفاعلات الكيميائية، والمعروفة باسم الكيمياء الصوتية. يولد الانفجار الداخلي العنيف لفقاعات التجويف بقعًا ساخنة موضعية ذات درجات حرارة عابرة عالية للغاية (5000 كلفن) وضغط (1800 ضغط جوي) ومعدلات تبريد (1010كانساس-1) وكذلك موجات الصدمة والنفاثات السائلة الناتجة. وعند هذه البقع الساخنة التجاويفية، يتم تحفيز وتعزيز تنوي البلورات ونموها، على سبيل المثال عن طريق إنضاج أوستوالد. ومع ذلك، يكون حجم الجسيمات محدودًا نظرًا لأن هذه البقع الساخنة تتميز بمعدلات تبريد قصوى مما يعني أن درجة حرارة وسط التفاعل تنخفض في غضون أجزاء من الثانية.
ومن المعروف أن الموجات فوق الصوتية تقوم بتوليف موفس بسرعة في ظل ظروف عملية معتدلة، مثل خلوها من المذيبات، وفي درجة حرارة الغرفة وتحت الضغط المحيط. وقد أظهرت الدراسات أنه يمكن إنتاج موفس MOFs بطريقة فعالة من حيث التكلفة وبمردود عالٍ عبر الطريق السونوكيميائي. وأخيراً، يعد التوليف الكيميائي الصوتي الكيميائي للمواليد الموزاييكانيكية طريقة صديقة للبيئة وصديقة للبيئة.
إعداد MOF-5
في دراسة وانغ وآخرون (2011) ، الزنك4O[1،4-بنزينديكاربوكسيلات]3 تم تصنيعه عبر الطريق الكيميائي الصوتي. 1.36 جم H2BDC و 4.84g الزنك (NO3)2·6H2تم إذابة O بشكل غير طبيعي في 160 مل DMF. ثم تمت إضافة 6.43 جرام شاي إلى الخليط تحت التشعيع بالموجات فوق الصوتية. بعد 2 ساعة تم جمع الراسب عديم اللون عن طريق الترشيح وغسله بواسطة DMF. تم تجفيف المادة الصلبة عند 90 درجة مئوية في فراغ ثم تخزينها في مجفف فراغ.
إعداد MOF النحاس الصغيرة التي يسهل اختراقها3(بيتكوين)2
Li et al. (2009) تقرير التوليف بالموجات فوق الصوتية الفعال للإطار المعدني العضوي ثلاثي الأبعاد (3-D) (MOF) مع قنوات 3-D ، مثل Cu3(بيتكوين)2 (HKUST-1 ، BTC = بنزين -1،3،5-ثلاثي الكربوكسيلات). تفاعل خلات النحاس و H3BTC في محلول مختلط من DMF / EtOH / H2O (3: 1: 2 ، v / v) تحت التشعيع بالموجات فوق الصوتية في درجة الحرارة المحيطة و ضغط جوي من أجل أوقات رد فعل قصيرة (5-60 دقيقة) أعطى النحاس3(بيتكوين)2 في غلة عالية (62.6–85.1%). هذه النحاس3(بيتكوين)2 بلورات النانو لها أبعاد تتراوح من 10 إلى 200 نانومتر ، وهي كثيرة أصغر من تلك التي تم تصنيعها باستخدام طريقة solvothermal التقليدية. لم تكن هناك فروق ذات دلالة إحصائية في الخواص الفيزيائية والكيميائية ، على سبيل المثال مساحة سطح BET ، وحجم المسام ، وسعة تخزين الهيدروجين ، بين النحاس3(بيتكوين)2 بلورات النانو المحضرة باستخدام طريقة الموجات فوق الصوتية والبلورات الدقيقة التي تم الحصول عليها باستخدام طريقة Solvothermal المحسنة. بالمقارنة مع التقنيات الاصطناعية التقليدية ، مثل تقنية نشر المذيبات ، والطرق الحرارية المائية والحرارية ، وجد أن طريقة الموجات فوق الصوتية لبناء الأطر العضوية المسامية عالية كفاءه و أكثر صداقة للبيئة.
تحضير محلول مغم(II) أحادي البعد
Tahmasian et al. (2013) تقرير كفاءه, تكلفة منخفضةو صديقة للبيئة الطريق لإنتاج إطار عضوي معدني فوق جزيئي 3D (MOF) على أساس MgII ، {[Mg (HIDC) (H2O)2]⋅1.5H2O}N (H3L = 4،5-إيميدازول-حمض ثنائي الكربوكسيل) باستخدام طريق بمساعدة الموجات فوق الصوتية.
بنية نانوية {[Mg(HIDC)(H2O)2]⋅1.5H2O}N تم تصنيعه عبر المسار الكيميائي الصوتي التالي. لتحضير {[Mg(HIDC)(H2O)2]⋅ 1.5H2O}n (1)، 20 مل من محلول الربيطة H3IDC (0.05M) and potassium hydroxide (0.1 M) was positioned a high-density ultrasonic probe with a maximum power output of 305 W. Into this solution 20 mL of an aqueous solution of magnesium nitrate (0.05M) was added dropwise. The obtained precipitates were filtered off, washed with water andethanol, and air-dried (m.p.> 300ºC. (Found: C, 24.84; H, 3.22; N, 11.67%.). IR (cm-1) نطاقات مختارة: 3383 (عرضا)، 3190 (عرضا)، 1607 (راديو)، 1500 (م)، 1390 (ق)، 1242 (م)، 820 (م)، 652 (م)).
لدراسة تأثير تركيز الكواشف الأولية على حجم ومورفولوجيا المركب النانوي ، تم إجراء العمليات المذكورة أعلاه تحت ظروف التركيز التالية للكواشف الأولية: [HL2−] = [Mg2+] = 0.025 M.
سونو توليف الأطر العضوية الصغيرة الفلورية المسامية
وجد Qiu وآخرون (2008) طريقًا كيميائيًا صوتيًا للتخليق السريع لمورف موف الفلورسنت الدقيق المسامي، Zn3(بيتكوين)2⋅12 ساعة2O (1) والاستشعار الانتقائي للأمينات العضوية باستخدام بلورات نانوية من 1. تكشف النتائج أن التخليق بالموجات فوق الصوتية هو نهج بسيط وفعال ومنخفض التكلفة وصديق للبيئة لموفرات الموفرات النانوية.
تم تخليق موف 1 باستخدام طريقة الموجات فوق الصوتية في درجة حرارة محيطة وضغط جوي لأوقات تفاعل مختلفة من 5 و10 و30 و90 دقيقة على التوالي. كما أُجريت تجربة تحكم أيضًا لتخليق المركب 1 باستخدام الطريقة الحرارية المائية، وتم التأكد من الهياكل باستخدام الأشعة تحت الحمراء والتحليل العنصري وتحليل ريتفلد لأنماط حيود مسحوق الأشعة السينية (XRD) باستخدام برنامج WinPLOTR و Fullprof13. والمثير للدهشة أن تفاعل ثنائي هيدرات أسيتات الزنك مع حمض البنزين -1،3،5-ثلاثي الكربوكسيل (H3BTC) في 20٪ من الإيثانول في الماء (v/v) تحت التشعيع بالموجات فوق الصوتية في درجة الحرارة والضغط المحيطين لمدة 5 دقائق، أعطت 1 في إنتاجية عالية بشكل ملحوظ (75.3٪، استنادًا إلى H3BTC). كما زاد ناتج 1 تدريجيًا من 78.2% إلى 85.3% مع زيادة وقت التفاعل من 10 إلى 90 دقيقة. تشير هذه النتيجة إلى أنه يمكن تحقيق التوليف السريع لمركب موف بإنتاجية عالية بشكل ملحوظ باستخدام الصوتيات. بالمقارنة مع التوليف الحراري المائي لنفس المركب موف 1، الذي يتم تنفيذه عند 140 درجة مئوية عند ضغط مرتفع لمدة 24 ساعة، وجد أن التوليف بالموجات فوق الصوتية طريقة عالية الكفاءة مع إنتاجية عالية وتكلفة منخفضة.
بما أنه لم يتم الحصول على أي منتج عن طريق خلط أسيتات الزنك مع H3BTC في نفس وسط التفاعل في درجة الحرارة والضغط المحيطين في غياب الموجات فوق الصوتية، يمكن استنتاج أن الصوتيات تلعب دورًا مهمًا أثناء تكوين موف 1.
تخليق سهل للهياكل فوق الجزيئية باستخدام الصوتنة – اقرأ أكثر!
اعثر على أفضل المعدات الكيميائية الصوتية للمعالجة الخاصة بك!
Hielscher الفوق صوتيات لديها خبرة طويلة في تصميم وتصنيع الموجات فوق الصوتية قوية وموثوق بها والمفاعلات سونوكيميائية. Hielscher يغطي متطلبات التطبيق الخاص بك مع مجموعة واسعة من أجهزة الموجات فوق الصوتية – من الصغيرة أجهزة المختبر اكثر مقعد أعلى و طيار الموجات فوق الصوتية تصل إلى كامل-الأنظمة الصناعية للإنتاج الكيميائي الصوتي على نطاق تجاري. تتيح مجموعة كبيرة ومتنوعة من الأقطاب الصوتية والمعززات والمفاعلات وخلايا التدفق وصناديق إلغاء الضوضاء والملحقات تكوين الإعداد الأمثل للتفاعل الكيميائي الصوتي الخاص بك. أجهزة Hielscher للموجات الصوتية قوية للغاية ومصممة للتشغيل على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع ولا تحتاج إلا إلى صيانة قليلة جدًا.
يمكن تخليق الأطر المعدنية العضوية بفعالية عن طريق المسار الكيميائي الصوتي
الأدب / المراجع
- Alireza Zirehpour, Ahmad Rahimpour, Mathias Ulbricht (2017): Nano-sized metal organic framework to improve the structural properties and desalination performance of thin film composite forward osmosis membrane. Journal of Membrane Science, Volume 531, 2017. 59-67.
- Maryam Jouyandeh, Henri Vahabi, Mohammad Reza Saeb, Christian Serre (2021): Amine-functionalized metal–organic frameworks/epoxy nanocomposites: Structure-properties relationships. Journal of Applied Polymer Science, Volume138, Issue39, October 15, 2021.
- Farideh Abbasloo, Seyed Abdolmajid Khosravani, Mehrorang Ghaedi, Kheibar Dashtian, Ebrahim Hosseini, Leila Manzouri, Seyed Sajjad Khorramrooz, Asghar Sharifi, Ramin Jannesar, Farzad Sadri (2018): Sonochemical-solvothermal synthesis of guanine embedded copper based metal-organic framework (MOF) and its effect on oprD gene expression in clinical and standard strains of Pseudomonas aeruginosa. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 42, 2018. 237-243.
- Qiu, Ling-Guang; Li, Zong-Qun; Wu, Yun; Wang, Wei; Xu, Tao; Jiang, Xia (2008): Facile synthesis of nanocrystals of a microporous metal–organic framework by an ultrasonic method and selective sensing of organoamines. Chemical Communication 2008, 3642–3644.