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.
التخليق الكيميائي للأطر العضوية العضوية
التشعيع بالموجات فوق الصوتية وبالتالي ولدت التجويف معروفة جيدا بآثارها الفريدة على التفاعلات الكيميائية ، والمعروفة باسم سونوكيمياء. يولد الانفجار الداخلي العنيف لفقاعات التجويف نقاطا ساخنة موضعية ذات درجات حرارة عابرة عالية للغاية (5000 كلفن) ، وضغوط (1800 ضغط جوي) ، ومعدلات تبريد (1010كانساس-1) وكذلك موجات الصدمة والنفاثات السائلة الناتجة. في هذه التجويف يتم تحفيز النقاط الساخنة ، ونواة البلورة ونموها ، على سبيل المثال عن طريق نضج أوستوالد ، وتعزيزها. ومع ذلك ، فإن حجم الجسيمات محدود لأن تلك النقاط الساخنة تتميز بمعدلات تبريد شديدة مما يعني أن درجة حرارة وسط التفاعل تنخفض في غضون أجزاء من الثانية.
من المعروف أن الموجات فوق الصوتية توليف الأطر الفلزية العضوية سرعه تحت متوسط شروط العملية، مثل خالية من المذيباتفي درجة حرارة الغرفة وتحت الضغط المحيط. وقد أظهرت الدراسات أنه يمكن إنتاج الأطر الفلزية العضوية فعالة من حيث التكلفة في غلة عالية عبر طريق سونوكيميكال. وأخيرا، فإن سونوكيميكال توليف الأطر الفلزية العضوية هو أخضر، طريقة صديقة للبيئة.
إعداد MOF-5
في دراسة وانغ وآخرون (2011) ، الزنك4O[1،4-بنزينديكاربوكسيلات]3 تم تصنيعه عبر سونوكيميكال مسار. 1.36غ ح2BDC 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 توليفه عبر ما يلي سونوكيميكال مسار. لتحضير حجم نانوي {[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 et al. (2008) أ سونوكيميكال طريق التوليف السريع للفلورسنت الصغير الذي يسهل اختراقه ، الزنك3(بيتكوين)2⋅12 ساعة2O (1) والاستشعار الانتقائي للأمينات العضوية باستخدام بلورات نانوية من 1. تكشف النتائج أن الموجات فوق الصوتية تركيب هو نهج بسيط وفعال ومنخفض التكلفة وصديق للبيئة للأطر الفلزية العضوية النانوية.
تم تصنيع MOF 1 باستخدام طريقة الموجات فوق الصوتية في المحيطه درجة الحرارة و الغلاف الجوي الضغط لأوقات رد فعل مختلفة من 5 و 10 و 30 و 90 دقيقة على التوالي. كما أجريت تجربة تحكم لتخليق المركب 1 باستخدام الطريقة الحرارية المائية ، وتم تأكيد الهياكل بواسطة الأشعة تحت الحمراء وتحليل العناصر وتحليل Rietveld لأنماط حيود الأشعة السينية للمسحوق (XRD) باستخدام 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 المحيطة والضغط لمدة 5 دقائق أعطى 1 في بشكل ملحوظ غلة عالية (75.3٪ ، بناء على H3بيتكوين). أيضا ، زاد عائد 1 تدريجيا من 78.2٪ إلى 85.3٪ مع زيادة وقت رد الفعل من 10 إلى 90 دقيقة. تشير هذه النتيجة إلى أن التوليف السريع من MOF يمكن أن تتحقق بشكل كبير غلة عالية باستخدام طريقة الموجات فوق الصوتية. بالمقارنة مع التخليق الحراري المائي لنفس المركب MOF 1 ، والذي يتم تنفيذه عند 140 درجة مئوية عند ضغط عال لمدة 24 ساعة ،12 تم العثور على التوليف بالموجات فوق الصوتية لتكون طريقة عالية الكفاءة مع إنتاجية عالية و تكلفة منخفضة.
نظرا لأنه لم يتم الحصول على أي منتج عن طريق خلط أسيتات الزنك مع H3BTC في نفس وسط التفاعل عند درجة الحرارة المحيطة والضغط في غياب الموجات فوق الصوتية ، صوتنة يجب أن تلعب مهم دور أثناء تشكيل وزارة المالية 1.
معدات سونوكيميكال
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 لإنتاج سونوكيمييك على نطاق تجاري. مجموعة كبيرة ومتنوعة من sonotrodes ، معزز ، مفاعلات ، خلايا التدفق ، صناديق إلغاء الضوضاء والملحقات تسمح لتكوين الإعداد الأمثل ل سونوكيميكال رد فعل. أجهزة الموجات فوق الصوتية Hielscher هي جدا متين، بنيت ل 24/7 التشغيل وتحتاج فقط إلى القليل جدا من الصيانة.
يمكن تصنيع الأطر المعدنية العضوية بشكل فعال عبر طريق الموجات فوق الصوتية
الموجات فوق الصوتية UIP1000hd مع مفاعل سونوكيماوي
الأدب / المراجع
- داي ، شاندان. كوندو ، تاناي ؛ بيسوال ، بيشنو ب. ؛ ماليك ، أريجيت ؛ بانيرجي ، راهول (2014): الأطر المعدنية العضوية البلورية (MOFs): التوليف والهيكل والوظيفة. أكتا كريستالوغرافيكا القسم ب 70 ، 2014. 3-10.
- الهاشمي ، ليدا. مرسلي, علي; يلماز ، فيسيل ت. ؛ بويوكغونغور, أورهان; خفاسي, حميد رضا; عاشوري, فاطمة; باقر زاده، مجتبى (2014): التوليفات السونوكيميائية لإطارين عضويين عضويين من الرصاص الثنائي بحجم النانو ؛ تطبيق لتحفيز وتحضير جسيمات أكسيد الرصاص الثنائي النانوية. مجلة التركيب الجزيئي 1072 ، 2014. 260-266.
- لي ، تسونغ تشون ؛ تشيو ، لينغ غوانغ ؛ شو ، تاو. وو ، يون ؛ وانغ ، وي ؛ وو ، تشن يو ؛ جيانغ ، شيا (2009): التوليف بالموجات فوق الصوتية للإطار المعدني العضوي الصغير الذي يسهل اختراقه Cu3 (BTC) 2 عند درجة الحرارة والضغط المحيطين: طريقة فعالة وصديقة للبيئة. رسائل المواد 63/1 ، 2009. 78-80.
- تشيو ، لينغ غوانغ ؛ لي ، تسونغ تشون ؛ وو ، يون ؛ وانغ ، وي ؛ شو ، تاو. جيانغ ، شيا (2008): التوليف السهل للبلورات النانوية لإطار معدني عضوي صغير يسهل اختراقه بطريقة الموجات فوق الصوتية والاستشعار الانتقائي للأمينات العضوية. الاتصالات الكيميائية 2008 ، 3642-3644.
- ستوك ، نوربرت. بيسواس ، سيام (2012): توليف الأطر المعدنية العضوية (MOFs): الطرق إلى مختلف طوبولوجيا الأطر الفلزية العضوية والأشكال والمركبات. المجلة الكيميائية 112/2 ، 2012. 933–969.
- سوسليك ، كينيث س. (محرر) (1988): الموجات فوق الصوتية: آثارها الكيميائية والفيزيائية والبيولوجية. VCH: فاينهايم ، ألمانيا. 1988.
- طهماسيان ، أرينه ؛ مرسلي, علي; جو ، سانغ وو (2013): التوليفات السونوكيميائية لإطار معدني عضوي أحادي البعد Mg(II): مقدمة جديدة لإعداد البنية النانوية أحادية البعد MgO. مجلة المواد النانوية 2013.
- طومسون ، جوشوا أ. ؛ تشابمان ، كارينا دبليو ؛ كوروس ، وليام ج. ؛ جونز ، كريستوفر دبليو ؛ ناير ، سانكار (2012): نضج أوستوالد الناجم عن السونات للجسيمات النانوية ZIF-8 وتشكيل أغشية ZIF-8 / بوليمر مركبة. المواد الصغيرة التي يسهل اختراقها والمسامية 158 ، 2012. 292-299.
- وانغ ، ليبينغ ؛ شياو ، بن. وانغ ، غونغ يينغ ؛ وو ، جيتشيان (2011): تخليق ديول البولي كربونات المحفز بواسطة الإطار المعدني العضوي Zn4O[CO2-ج6H4-CO2]3. علوم الكيمياء الصينية 54/9 ، 2011. 1468-1473.