• Metal-Organic Frameworks er forbindelser dannet af metalioner og organiske molekyler, således at en en-, to, eller tre-dimensionelle hybrid materiale skabes. Disse hybride strukturer kan være porøs eller ikke-porøs og tilbyde mangfoldige funktionaliteter.
• Den sonochemical syntese af MOFs er en lovende teknik som de metalfrie organiske krystaller produceres meget effektiv og miljøvenlig.
• Den ultrasoniske produktion af MOFs kan være lineært opskaleres fra fremstillingen af ​​små prøver i laboratoriet til fuld kommerciel produktion.

Metal-organiske Frameworks

Krystallinske metal-organiske rammer (MOF) falder ind under kategorien af ​​højt potentiale porøse materialer, som kan anvendes i gasoplagring, adsorption / separation, katalyse, som adsorbenter, i magnetisme, sensor design, og drug delivery. MOFs dannes typisk ved selv-samling, hvor sekundære konstruktionsenheder (SBUs) få forbindelse med organiske afstandsstykker (ligander) til at skabe komplekse netværk. De organiske afstandsholdere eller den metalliske SBU'er kan modificeres for at styre porøsiteten af ​​det MOF, hvilket er afgørende med hensyn til dets funktionaliteter og dets anvendelighed til særlige anvendelser.

Sonochemical Syntese af MOFs

Ultralydsbestråling og derved genererede kavitation er kendt for sine unikke virkninger på kemiske reaktioner, der er kendt som sonochemistry. Den voldsomme implosion af kavitationsbobler genererer lokaliserede hot spots med overordentlig høje forbigående temperaturer (5000 K), tryk (1800 atm) og afkølingshastigheder (10¹⁰ks^-1) Samt chokbølger og resulterende væskestråler. på disse cavitational hot spots, den krystalkernedannelse og vækst, f.eks af Ostwald-modning, induceres og fremmes. Imidlertid partikelstørrelsen begrænset, da disse hot spots er karakteriseret ved ekstreme afkølingshastigheder betyder, at temperaturen af ​​reaktionsmediet falder inden millisekunder.
Ultralyd er kendt for at syntetisere MOFs hurtigt Under Mild procesbetingelser, såsom opløsningsmiddelfrived stuetemperatur og under omgivelsernes tryk. Undersøgelser har vist, at MOFs kan fremstilles omkostningseffektivt PÅ højt udbytte via sonochemical rute. Endelig sonochemical syntese af MOFs er en grøn, Miljøvenlig metode.

Fremstilling af MOF-5

I undersøgelsen af ​​Wang et al (2011), Zn₄O [1,4-benzendicarboxylat]₃ blev syntetiseret via sonochemical rute. 1,36 g H₂BDC og 4,84 g Zn (NO₃)₂· 6H₂O blev inilially opløst i 160 ml DMF. Derefter 6,43 g TEA sattes til blandingen under ultralydsbestråling. Efter 2 timer farveløse bundfald blev opsamlet ved fi ltrering og vasket ved DMF. Det faste stof blev tørret ved 90 ° C i vakuum og derefter opbevaret i en vakuumdesikkator.

Fremstilling af mikroporøst MOF Cu₃BTC₂

Li et al. (2009) beskriver effektiv ultralyd syntese af tredimensionale (3-D) metal-organiske ramme (MOF) med 3-D-kanaler, såsom Cu₃BTC₂ (HKUST-1, BTC = benzen-1,3,5-tricarboxylat). Omsætningen af ​​cupriacetat og H₃BTC i en blandet opløsning af DMF / EtOH / H₂O (3: 1: 2, vol / vol) under ultrasonisk bestråling ved omgivelsestemperatur og atmosfærisk tryk til korte reaktionstider (5-60 min) med Gave₃BTC₂ I højt udbytte (62,6-85,1%). disse Cu₃BTC₂ nano-krystaller har dimensioner på et størrelsesområde 10-200 nm, som er meget mindre end dem syntetiseret under anvendelse af konventionel solvothermal metode. Der var ingen signifikante forskelle i fysisk-kemiske egenskaber, f.eks BET-overfladeareal, porevolumen, og hydrogen lagerkapacitet, mellem Cu₃BTC₂ fremstillet ved anvendelse af ultralyd metode nano-krystaller og mikrokrystallerne opnået ved anvendelse af forbedrede solvothermal metode. Sammenlignet med traditionelle syntetiske teknikker, såsom opløsningsmiddel diffusionsteknik, hydrotermisk og solvothermal metoder, fandtes den ultrasoniske fremgangsmåde til konstruktion af porøse MOFs at være yderst effektiv og mere miljøvenlige.

Fremstilling af en One-Dimensional Mg (II) MOF

Tahmasian et al. (2013) rapport en effektiv, lavpris, og miljøvenligt rute for at frembringe en 3D supramolekylært metal-organiske ramme (MOF) baseret på MGII, {[Mg (HIDC) (H₂O₂] ⋅1.5H₂den}_N (H3L = 4,5-imidazol-dicarboxylsyre) ved anvendelse af en ultrasonisk-assisteret rute.
Nanostrukturerede {[Mg (HIDC) (H₂O₂] ⋅1.5H₂den}_N blev syntetiseret via den følgende sonochemical rute. Til fremstilling nanostørrelse {[Mg (HIDC) (H2O) 2] ⋅1.5H₂O} n (1), 20 ml af en opløsning af liganden H₃IDC (0,05 M) og kaliumhydroxid (0,1 M) blev anbragt et high-density ultralydssonde med en maksimal effekt på 305 W. I denne opløsning 20 ml af en vandig opløsning af magnesiumnitrat (0,05 M) blev tilsat dråbevis. De opnåede præcipitater blev filtreret fra, vasket med vand andethanol, og lufttørret (smp> 300 ° C (Fundet:... C, 24,84, H 3,22, N 11,67%) IR (cm^-1) udvalgte bånd: 3383 (w), 3190 (w), 1607 (br), 1500 (m), 1390 (s), 1242 (m), 820 (m), 652 (m)).
Til undersøgelse af virkningen af ​​koncentrationen af ​​de oprindelige reagenser på størrelse og morfologi af nanostruktureret forbindelse blev de ovennævnte fremgangsmåder sker under følgende koncentration tilstand indledende reagenser: [HL2-] = [Mg2 +] = 0,025 M.

Sono-Syntese af fluorescerende mikroporøse MOFs

Qiu et al. (2008) fundet en sonochemical rute til hurtig syntese af fluorescerende mikroporøs MOF, Zn₃BTC₂⋅ 12H₂O (1) og selektiv afføling af organoaminer anvender nanokrystaller af 1. Resultaterne afslører, at ultralyd syntese er en enkel, effektiv, billig og miljøvenlig tilgang til nanoskala MOFs.
MOF 1 blev syntetiseret ved anvendelse af ultralyd metode på en omgivende temperatur og atmosfærisk tryk for forskellige reaktionstider på 5, 10, 30, og 90 min. Et kontrolforsøg blev også udført for at syntetisere forbindelse 1 under anvendelse af hydrotermiske fremgangsmåde, og strukturerne blev bekræftet ved IR, elementaranalyse og Rietveld analyse af pulveret røntgendiffraktion (XRD) mønstre ved hjælp WinPLOTR og Fullprof¹³. Overraskende omsætningen af ​​zinkacetatdihydrat med benzen-1,3,5-tricarboxylsyre (H₃BTC) i 20% ethanol i vand (v / v) under ultrasonisk bestråling ved omgivende temperatur og tryk i 5 min gav 1 i en bemærkelsesværdig højt udbytte (75,3%, baseret på H₃BTC). Også udbyttet af 1 steg gradvist fra 78,2% til 85,3% med stigende reaktionstiden fra 10 til 90 min. Dette resultat tyder på, at hurtig syntese af MOF kan realiseres i en signifikant højt udbytte ved brug af ultrasonisk metode. Sammenlignet med hydrotermisk syntese af den samme forbindelse MOF 1, som udføres ved 140 ° C ved højt tryk i 24 h, 12 ultralyd syntese vist sig at være en meget effektiv metode med højt udbytte og lavpris.
Eftersom intet produkt blev opnået ved blanding zinkacetat med H3BTC i det samme reaktionsmedium ved omgivende temperatur og tryk i fravær af ultralyd, Lydbehandling skal spille en vigtig rolle under dannelsen af ​​MOF 1.

Ultrasonic processer: Fra Lab til Industriel vægt

Sonokemisk udstyr

Hielscher Ultralyd har mangeårig erfaring inden for design og fremstilling af kraftige og pålidelige ultrasonicators og sonochemical reaktorer. Hielscher dækker din ansøgning krav med sin brede vifte af ultralyds-enheder – fra små lab-enheder Over Bench-top og Pilot ultrasonicators op til ALS-industrielle systemer til sonochemical produktion på kommerciel skala. En lang række sonotroder, booster, reaktorer, flow celler, støjreduktion kasser og tilbehør gør det muligt at configurate den optimale opsætning for dit sonochemical reaktion. Hielscher s ultralyds-enheder er meget Robust, Bygget til Døgnet rundt drift og behøver kun meget lidt vedligeholdelse.