Ултразвукова подготовка на металорганични рамки (MOF)

• Метало-органичните рамки са съединения, образувани от метални йони и органични молекули, така че да се създаде едно-, дву- или триизмерен хибриден материал. Тези хибридни структури могат да бъдат порести или непорести и предлагат разнообразни функционалности.
• Сонохимичният синтез на MOF е обещаваща техника, тъй като металоорганичните кристали се произвеждат много ефективно и екологично.
• Ултразвуковото производство на MOF може да бъде линейно увеличено от подготовката на малки проби в лабораторията до пълното търговско производство.

метало-органични рамки

Кристалните металорганични рамки (MOF) попадат в категорията на порести материали с висок потенциал, които могат да се използват за съхранение на газ, адсорбция/разделяне, катализа, като адсорбенти, в магнетизма, проектирането на сензори и доставката на лекарства. MOF обикновено се формират чрез самосглобяване, при което вторичните строителни единици (SBU) се свързват с органични дистанционни елементи (лиганди), за да създадат сложни мрежи. Органичните дистанционери или металните SBU могат да бъдат модифицирани, за да се контролира порьозността на MOF, което е от решаващо значение по отношение на неговите функционалности и полезността му за конкретни приложения.

Сонохимичен синтез на MOF

Ултразвуково облъчване и генерираното по този начин Кавитация са добре известни с уникалните си ефекти върху химичните реакции, известни като Сонохимия. Силната имплозия на кавитационни мехурчета генерира локализирани горещи точки с изключително високи преходни температури (5000 K), налягане (1800 атм) и скорост на охлаждане (10¹⁰Кс^-1), както и ударни вълни и произтичащите от тях течни струи. При тези кавитационен горещи точки, зародяването и растежът на кристалите, например чрез узряването на Оствалд, се индуцират и насърчават. Размерът на частиците обаче е ограничен, тъй като тези горещи точки се характеризират с екстремни скорости на охлаждане, което означава, че температурата на реакционната среда пада в рамките на милисекунди.
Известно е, че ултразвукът синтезира MOF Бързо под Лека условия на процеса, като например без разтворителив стайна температура и под Налягане на околната среда. Проучванията показват, че могат да се произвеждат MOF рентабилно в висок добив по сонохимичен път. И накрая, Сонохимичен синтезът на MOF е зелен, екологичен метод.

Приготвяне на MOF-5

В проучването на Wang et al (2011), Zn₄O[1,4-бензендикарбоксилат]₃ е синтезиран чрез Сонохимичен път. 1.36гр Ч₂BDC и 4.84g Zn(NO₃)₂·6Ч₂o бяха инициално разтворени в 160 ml DMF. След това към сместа се добавят 6,43 g TEA при ултразвуково облъчване. След 2 часа безцветната утайка се събира чрез филтрация и се измива с ДМФ. Твърдото вещество се суши при 90°C във вакуум и след това се съхранява във вакуумен ексикатор.

Приготвяне на микропорест MOF Cu₃(БТК)₂

Li et al. (2009) съобщават за ефективен ултразвуков синтез на триизмерна (3-D) метал-органична рамка (MOF) с 3-D канали, като Cu₃(БТК)₂ (HKUST-1, BTC = бензен-1,3,5-трикарбоксилат). Реакцията на меден ацетат и Н₃BTC в смесен разтвор на DMF/EtOH/H₂O (3:1:2, v/v) при ултразвуково облъчване при Температура на околната среда и атмосферно налягане за кратко време за реакция (5–60 мин) дава Ку₃(БТК)₂ В висок добив (62.6–85.1%). Тези Cu₃(БТК)₂ нанокристалите имат размери от 10–200 nm, които са много Малки от тези, синтезирани по конвенционален солвотермален метод. Няма значителни разлики във физикохимичните свойства, например площта на BET, обема на порите и капацитета за съхранение на водород между Cu₃(БТК)₂ нанокристали, получени по ултразвуков метод, и микрокристалите, получени чрез подобрен солвотермален метод. В сравнение с традиционните синтетични техники, като техника на дифузия с разтворител, хидротермални и солвотермални методи, ултразвуковият метод за изграждане на порести MOF е силно Ефикасен и по-екологично.

Приготвяне на едномерен Mg(II) MOF

Tahmasian et al. (2013) съобщават за Ефикасен, ниска ценаи екологично чист за създаване на 3D супрамолекулярна металорганична рамка (MOF) на базата на MgII, {[Mg(HIDC)(H₂O)₂]⋅1.5H₂O}_N (H3L = 4,5-имидазол-дикарбоксилна киселина) чрез използване на ултразвуков асистиран път.
Наноструктурирани {[Mg(HIDC)(H₂O)₂]⋅1.5H₂O}_N е синтезиран чрез следното Сонохимичен път. За приготвяне на наноразмери {[Mg(HIDC)(H2O)2]⋅1.5H₂O}n (1), 20 ml разтвор на лиганда 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) Избрани ленти: 3383 (W), 3190 (W), 1607 (BR), 1500 (m), 1390 (s), 1242 (m), 820 (m), 652 (m)).
За изследване на ефекта на концентрацията на първоначалните реагенти върху размера и морфологията на наноструктурираното съединение, горните процеси са извършени при следното условие за концентрация на изходните реагенти: [HL2−] = [Mg2+] = 0,025 M.

Соно-синтез на флуоресцентни микропорести MOF

Qiu et al. (2008) откриват Сонохимичен път за бърз синтез на флуоресцентни микропорести MOF, Zn₃(БТК)₂⋅12 часа₂O (1) и селективно засичане на органоамини с помощта на нанокристали от 1. Резултатите разкриват, че ултразвуков Синтез е прост, ефективен, евтин и екологичен подход към наноразмерните MOF.
MOF 1 е синтезиран с помощта на ултразвуков метод при Околната среда температура и атмосферен налягане за различно време на реакция съответно 5, 10, 30 и 90 минути. Проведен е и контролен експеримент за синтезиране на съединение 1 с помощта на хидротермалния метод, а структурите са потвърдени чрез IR, елементен анализ и анализ на Rietveld на моделите на прахообразна рентгенова дифракция (XRD) с помощта на WinPLOTR и Fullprof¹³. Изненадващо, реакцията на цинков ацетат дихидрат с бензен-1,3,5-трикарбоксилна киселина (Н₃БТ) в 20% етанол във вода (v/v) при ултразвуково облъчване при температура и налягане на околната среда в продължение на 5 минути дава 1 в забележително висок добив (75,3 %, въз основа на H₃BTC). Също така, добивът на 1 постепенно се увеличава от 78,2% на 85,3% с увеличаване на времето за реакция от 10 на 90 минути. Този резултат предполага, че бърз синтез на МФ може да се реализира в значителна степен висок добив с помощта на ултразвуков метод. В сравнение с хидротермалния синтез на същото съединение MOF 1, който се извършва при 140°C при високо налягане в продължение на 24 часа,12 ултразвуковият синтез се оказва високоефективен метод с висок добив и ниска цена.
Тъй като не е получен продукт чрез смесване на цинков ацетат с H3BTC в една и съща реакционна среда при температура и налягане на околната среда при липса на ултразвук, ултразвук трябва да играе важен роля по време на формирането на MOF 1.

Ултразвукови процеси: От лаборатория да промишлен Мащаб

Сонохимично оборудване

Hielscher Ultrasonics има дългогодишен опит в проектирането и производството на мощни и надеждни ултразвукови уреди и сонохимични реактори. Hielscher отговаря на вашите изисквания за приложение с широката си гама от ултразвукови устройства – от малки лабораторни устройства над пейка-плот и летец ултразвукови апарати до пълни-Индустриални системи за сонохимическо производство в търговски мащаб. Голямо разнообразие от сонотроди, бустер, реактори, проточни клетки, кутии за шумопотискане и аксесоари позволяват да конфигурирате оптималната настройка за вашия Сонохимичен Реакция. Ултразвуковите устройства на Hielscher са много Як, създаден за 24/7 експлоатация и се нуждаят само от много малко поддръжка.