Ultrazvuková příprava kovo-organických struktur (MOFs)
- Kovo-organické rámce jsou sloučeniny vytvořené z kovových iontů a organických molekul tak, aby byl vytvořen jedno-, dvourozměrný nebo trojrozměrný hybridní materiál. Tyto hybridní struktury mohou být porézní nebo neporézní a nabízejí rozmanité funkce.
- Sonochemická syntéza MOF je slibnou technikou, protože kovo-organické krystaly jsou produkovány velmi efektivně a šetrně k životnímu prostředí.
- Ultrazvuková výroba MOF může být lineárně škálována od přípravy malých vzorků v laboratoři až po plnou komerční výrobu.
Kovo-organické konstrukce
Krystalické kovo-organické struktury (MOFs) spadají do kategorie porézních materiálů s vysokým potenciálem, které lze použít při skladování plynu, adsorpci/separaci, katalýze, jako adsorbenty, při magnetismu, návrhu senzorů a dodávání léčiv. MOF jsou obvykle tvořeny samouspořádáním, kde se sekundární stavební jednotky (SBU) spojí s organickými distančními vložkami (ligandy) a vytvoří složité sítě. Organické distanční vložky nebo kovové SBU mohou být modifikovány tak, aby kontrolovaly pórovitost MOF, což je zásadní z hlediska jeho funkcí a užitečnosti pro konkrétní aplikace.
Sonochemická syntéza MOF
Ultrazvukové ozařování a tím generované kavitace jsou dobře známé pro své jedinečné účinky na chemické reakce, známé jako Sonochemie. Prudká imploze kavitačních bublin vytváří lokalizovaná horká místa s mimořádně vysokými přechodovými teplotami (5000 K), tlaky (1800 atm) a rychlostmi ochlazování (1010ks-1), jakož i rázové vlny a výsledné trysky kapaliny. Na těchto kavitační horká místa, nukleace a růst krystalů, např. Ostwaldovým zráním, je indukována a podporována. Velikost částic je však omezená, protože tyto horké skvrny se vyznačují extrémními rychlostmi ochlazování, což znamená, že teplota reakčního média klesá během milisekund.
Je známo, že ultrazvuk syntetizuje MOF rychle pod Trochu procesní podmínky, jako je Bez rozpouštědelu pokojová teplota a pod položkou Okolní tlak. Studie ukázaly, že MOF lze vyrábět Nákladově efektivní u vysoký výnos sonochemickou cestou. A konečně, sonochemické syntéza MOF je zelený, metoda šetrná k životnímu prostředí.
Příprava MOF-5
Ve studii Wanga a kol. (2011) Zn4O[1,4-benzendikarboxylát]3 byl syntetizován pomocí sonochemické cesta. 1,36 g H2BDC a 4,84 g Zn (NE3)2·6H2O byly iniliálně rozpuštěny ve 160 ml DMF. Poté bylo do směsi přidáno 6,43 g TEA pod ultrazvukovým ozářením. Po 2 hodinách byla bezbarvá sraženina zachycena filtrací a promyta DMF. Pevná látka byla sušena při teplotě 90 °C ve vakuu a poté skladována ve vakuovém exsikátoru.
Příprava mikroporézního MOF Cu3(BTC)2
Li et al. (2009) uvádějí účinnou ultrazvukovou syntézu trojrozměrného (3-D) kov-organického rámce (MOF) s 3-D kanály, jako je Cu3(BTC)2 (HKUST-1, BTC = benzen-1,3,5-trikarboxylát). Reakce octanu měďnatého a H3BTC ve směsném roztoku DMF/EtOH/H2O (3:1:2, v/v) při ultrazvukovém ozáření při Teplotě a tlak vzduchu pro krátké reakční časy (5–60 min) dal Cu3(BTC)2 V vysoký výnos (62.6–85.1%). Tyto Cu3(BTC)2 Nanokrystaly mají rozměry v rozmezí velikostí 10–200 nm, což je mnohem více menší než ty, které byly syntetizovány konvenční solvotermickou metodou. Nebyly zjištěny žádné významné rozdíly ve fyzikálně-chemických vlastnostech, např. ploše povrchu BET, objemu pórů a kapacitě pro skladování vodíku, mezi Cu3(BTC)2 Nanokrystaly připravené ultrazvukovou metodou a mikrokrystaly získané vylepšenou solvotermickou metodou. Ve srovnání s tradičními syntetickými technikami, jako je technika difúze rozpouštědla, hydrotermální a solvotermální metody, bylo zjištěno, že ultrazvuková metoda pro konstrukci porézních MOF je vysoce vysoká. Efektivní a šetrnější k životnímu prostředí.
Příprava jednorozměrného Mg(II) MOF
Tahmasian et al. (2013) uvádějí Efektivní, Nízké nákladya Šetrný k životnímu prostředí cesta k vytvoření 3D supramolekulárního kovo-organického rámce (MOF) založeného na MgII, {[Mg(HIDC)(H2O)2]⋅1,5H2O}N (H3L = 4,5-imidazol-dikarboxylová kyselina) ultrazvukem asistovanou cestou.
Nanostrukturované {[Mg(HIDC)(H2O)2]⋅1,5H2O}N byl syntetizován pomocí následujícího sonochemické cesta. Příprava nanočástic {[Mg(HIDC)(H2O)2]⋅1,5H2O}n (1), 20 ml roztoku ligandu 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) Vybraná pásma: 3383 (W), 3190 (W), 1607 (Br), 1500 (M), 1390 (S), 1242 (M), 820 (M), 652 (M)).
Pro studium vlivu koncentrace výchozích činidel na velikost a morfologii nanostrukturované sloučeniny byly výše uvedené procesy provedeny za následujících podmínek koncentrace počátečních činidel: [HL2−] = [Mg2+] = 0,025 M.
Sono-syntéza fluorescenčních mikroporézních MOF
Qiu et al. (2008) zjistili, že sonochemické cesta pro rychlou syntézu fluorescenčního mikroporézního MOF, Zn3(BTC)2⋅12H2O (1) a selektivní snímání organoaminů pomocí nanokrystalů 1. Výsledky ukazují, že ultrazvuk syntéza je jednoduchý, efektivní, levný a ekologický přístup k MOF v nanoměřítku.
MOF 1 byl syntetizován ultrazvukovou metodou na okolní teplota a atmosférický tlak pro různé reakční doby 5, 10, 30 a 90 min. Byl také proveden kontrolní experiment pro syntézu sloučeniny 1 pomocí hydrotermální metody a struktury byly potvrzeny IR, elementární analýzou a Rietveldovou analýzou vzorů práškové rentgenové difrakce (XRD) pomocí programů WinPLOTR a Fullprof13. Překvapivě reakce dihydrátu octanu zinečnatého s benzen-1,3,5-trikarboxylovou kyselinou (H3BTC) ve 20% etanolu ve vodě (v / v) pod ultrazvukovým ozařováním při okolní teplotě a tlaku po dobu 5 minut dal 1 v pozoruhodně vysoký výnos (75,3 %, na základě H3BTC). Také výtěžek 1 se postupně zvyšoval ze 78,2 % na 85,3 % se zvyšující se reakční dobou z 10 na 90 minut. Tento výsledek naznačuje, že rychlá syntéza MOF může být realizován ve významném vysoký výnos pomocí ultrazvukové metody. Ve srovnání s hydrotermální syntézou stejné sloučeniny MOF 1, která se provádí při 140 °C při vysokém tlaku po dobu 24 hodin,12 se ultrazvuková syntéza jeví jako vysoce účinná metoda s vysokým výtěžkem a Nízké náklady.
Vzhledem k tomu, že smícháním octanu zinečnatého s H3BTC ve stejném reakčním médiu při teplotě a tlaku okolí za nepřítomnosti ultrazvuku nebyl získán žádný produkt, sonikace Musí hrát důležitý úloha při tvorbě MOF 1.
Ultrazvukové procesy: Od laboratoř k industriální Škála
Sonochemické vybavení
Hielscher Ultrasonics má dlouholeté zkušenosti s návrhem a výrobou výkonných a spolehlivých ultrazvukových a sonochemických reaktorů. Hielscher pokrývá vaše požadavky na aplikaci se svou širokou škálou ultrazvukových zařízení – od malých Laboratorní přístroje přes Stolní a pilot ultrasonicators až do plného-Průmyslové systémy pro sonochemickou výrobu v komerčním měřítku. Široká škála sonotrod, posilovačů, reaktorů, průtokových článků, boxů pro potlačení hluku a příslušenství umožňuje nakonfigurovat optimální nastavení pro vaše sonochemické reakce. Hielscherova ultrazvuková zařízení jsou velmi Robustní, postaveno pro 24/7 provoz a vyžadují jen velmi malou údržbu.
Kovo-organické Framworks lze účinně syntetizovat sonochemickou cestou
Ultrazvukový přístroj UIP1000hd řekl: se sonochemickým reaktorem
Literatura/Odkazy
- Dey, Chandan; ,Tanay; Biswal, Bishnu P.; Mallick, Arijit; Banerjee, Rahul (2014): Krystalické kovo-organické struktury (MOFs): syntéza, struktura a funkce. Acta Crystallographica, oddíl B 70, 2014. 3-10.
- Hášimí, Lída; Morsali, Ali; Yilmaz, Veysel T.; Büyükgüngor, Orhan; Khavasi, Hamid Reza; Ashouri, Fatemeh; Bagherzadeh, Mojtaba (2014): Sonochemické syntézy dvou nano-velkých kovo-organických struktur olova; aplikace pro katalýzu a přípravu nanočástic oxidu olovnatého. Časopis molekulární struktury 1072, 2014. 260-266.
- Li, Zong-Qun; Qiu, Ling-Guang; Xu, Tao; Wu, Yun; Wang, Wei; Wu, Zhen-Yu; Jiang, Xia (2009): Ultrazvuková syntéza mikroporézního kovově-organického rámce Cu3(BTC)2 při okolní teplotě a tlaku: Účinná a ekologická metoda. Materiály Dopisy 63/1, 2009. 78-80.
- Qiu, Ling-Guang; Li, Zong-Qun; Wu, Yun; Wang, Wei; Xu, Tao; Jiang, Xia (2008): Snadná syntéza nanokrystalů mikroporézní kovo-organické struktury ultrazvukovou metodou a selektivní snímání organoaminů. Chemická komunikace 2008, 3642–3644.
- Stock, Norbert; Biswas, Syam (2012): Syntéza metal-organických struktur (MOFs): cesty k různým topologiím, morfologiím a kompozitům MOF. Chemický přehled 112/2, 2012. 933–969.
- Suslick, Kenneth S. (ed.) (1988): Ultrazvuk: jeho chemické, fyzikální a biologické účinky. VCH: Weinheim, Německo. 1988.
- Tahmasian, Arineh; Morsali, Ali; Joo, Sang Woo (2013): Sonochemické syntézy jednorozměrného kovo-organického rámce Mg(II): nový prekurzor pro přípravu jednorozměrné nanostruktury MgO. Časopis nanomateriálů 2013.
- Thompson, Joshua A.; Chapmanová, Karena W.; Koros, William J.; Jones, Kryštof W.; Nair, Sankar (2012):Sonikací vyvolané Ostwaldovo zrání nanočástic ZIF-8 a tvorba kompozitních membrán ZIF-8 / polymer. Mikroporézní a mezoporézní materiály 158, 2012. 292-299.
- Wang, LiPing; Xiao, Koš; Wang, Kung-jing; Wu, JiQian (2011): Syntéza polykarbonátu diolu katalyzovaného kovo-organickým rámcem Zn4O[CO2-C6H4-CO2]3. Věda Čínská chemie 54/9, 2011. 1468-1473.