Υπερήχων προετοιμασία των μεταλλικών-οργανικών πλαισίων (MOFs)
- Τα Μεταλλικά-Οργανικά Πλαίσια είναι ενώσεις που σχηματίζονται από ιόντα μετάλλων και οργανικά μόρια έτσι ώστε να δημιουργείται ένα μονοδιάστατο, δισδιάστατο ή τρισδιάστατο υβριδικό υλικό. Αυτές οι υβριδικές δομές μπορεί να είναι πορώδεις ή μη πορώδεις και να προσφέρουν πολλαπλές λειτουργίες.
- Η sonochemical σύνθεση των MOFs είναι μια πολλά υποσχόμενη τεχνική καθώς οι μεταλλικοί-οργανικοί κρύσταλλοι παράγονται πολύ αποτελεσματικά και φιλικά προς το περιβάλλον.
- Η υπερηχητική παραγωγή των MOFs μπορεί να κλιμακωθεί γραμμικά από την προετοιμασία μικρών δειγμάτων στο εργαστήριο έως την πλήρη εμπορική παραγωγή.
Μεταλλικά-οργανικά πλαίσια
Τα κρυσταλλικά μεταλλικά-οργανικά πλαίσια (MOFs) εμπίπτουν στην κατηγορία των πορωδών υλικών υψηλού δυναμικού, τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν στην αποθήκευση αερίου, προσρόφηση/διαχωρισμό, κατάλυση, ως προσροφητικά, στον μαγνητισμό, στο σχεδιασμό αισθητήρων και στην παράδοση φαρμάκων. Τα MOFs συνήθως σχηματίζονται από αυτοσυναρμολόγηση όπου οι δευτερεύουσες κτιριακές μονάδες (SBUs) συνδέονται με οργανικούς αποστάτες (συνδέτες) για τη δημιουργία σύνθετων δικτύων. Οι οργανικοί αποστάτες ή οι μεταλλικοί SBU μπορούν να τροποποιηθούν προκειμένου να ελεγχθεί το πορώδες του MOF, το οποίο είναι κρίσιμο όσον αφορά τις λειτουργίες του και τη χρησιμότητά του για συγκεκριμένες εφαρμογές.
Ηχοχημική σύνθεση MOFs
Υπερηχητική ακτινοβολία και έτσι δημιουργείται σπηλαίωση είναι γνωστά για τις μοναδικές επιδράσεις τους στις χημικές αντιδράσεις, γνωστές ως Ηχοχημεία. Η βίαιη κατάρρευση των φυσαλίδων σπηλαίωσης δημιουργεί τοπικά καυτά σημεία με εξαιρετικά υψηλές παροδικές θερμοκρασίες (5000 K), πιέσεις (1800 atm) και ρυθμούς ψύξης (1010Κς-1) καθώς και κρουστικά κύματα και προκύπτοντες πίδακες υγρού. Σε αυτά σπηλαίωση θερμά σημεία, η κρυσταλλική πυρήνωση και ανάπτυξη, π.χ. με ωρίμανση Ostwald, προκαλείται και προωθείται. Ωστόσο, το μέγεθος των σωματιδίων είναι περιορισμένο, δεδομένου ότι αυτά τα θερμά σημεία χαρακτηρίζονται από ακραίες ταχύτητες ψύξης, πράγμα που σημαίνει ότι η θερμοκρασία του μέσου αντίδρασης πέφτει μέσα σε χιλιοστά του δευτερολέπτου.
Ο υπέρηχος είναι γνωστό ότι συνθέτει MOFs γρήγορα υπό Ήπιος συνθήκες διεργασίας, όπως χωρίς διαλύτεςσε θερμοκρασία δωματίου και κάτω από πίεση περιβάλλοντος. Μελέτες έχουν δείξει ότι μπορούν να παραχθούν MOFs οικονομικά αποδοτικό σε υψηλή απόδοση μέσω sonochemical οδού. Τέλος, η sonochemical Η σύνθεση των MOFs είναι μια πράσινος, φιλική προς το περιβάλλον μέθοδο.
Προετοιμασία του MOF-5
Στη μελέτη των Wang et al (2011), Zn4O[1,4-βενζολοδικαρβοξυλικό]3 συντέθηκε μέσω sonochemical δρόμος. 1.36g Χ2BDC και 4.84g Zn (ΟΧΙ3)2·6H2O διαλύθηκαν ενδοφλοίως σε 160mL DMF. Στη συνέχεια, 6.43g TEA προστέθηκαν στο μείγμα υπό υπερηχητική ακτινοβολία. Μετά από 2 ώρες, το άχρωμο ίζημα συλλέχθηκε με διήθηση και πλύθηκε με DMF. Το στερεό ξηράνθηκε στους 90°C υπό κενό και στη συνέχεια αποθηκεύτηκε σε ξηραντήρα κενού.
Παρασκευή μικροπορώδους MOF Cu3(BTC)2
Li et al. (2009) αναφέρουν την αποτελεσματική υπερηχητική σύνθεση του τρισδιάστατου (3-D) μεταλλικού-οργανικού πλαισίου (MOF) με 3-D κανάλια, όπως το Cu3(BTC)2 (HKUST-1, BTC = βενζολο-1,3,5-τρικαρβοξυλικό). Η αντίδραση οξικού χαλκού και H3BTC σε μεικτό διάλυμα DMF/EtOH/H2O (3:1:2, v/v) υπό υπερηχητική ακτινοβολία σε θερμοκρασία περιβάλλοντος και ατμοσφαιρική πίεση για σύντομοι χρόνοι αντίδρασης (5-60 ́) έδωσε στον Cu3(BTC)2 Μέσα υψηλή απόδοση (62.6–85.1%). Αυτά τα Cu3(BTC)2 Οι νανοκρύσταλλοι έχουν διαστάσεις μεγέθους 10-200 nm, οι οποίες είναι πολύ Μικρότερο από αυτά που συντίθενται με τη συμβατική solvoθερμική μέθοδο. Δεν υπήρχαν σημαντικές διαφορές στις φυσικοχημικές ιδιότητες, π.χ. επιφάνεια BET, όγκος πόρων και χωρητικότητα αποθήκευσης υδρογόνου, μεταξύ Cu3(BTC)2 νανοκρύσταλλοι που παρασκευάζονται με τη μέθοδο υπερήχων και οι μικροκρύσταλλοι που λαμβάνονται με τη χρήση βελτιωμένης solvothermal μεθόδου. Σε σύγκριση με τις παραδοσιακές συνθετικές τεχνικές, όπως η τεχνική διάχυσης διαλύτη, υδροθερμικές και solvothermal μέθοδοι, η υπερηχητική μέθοδος για την κατασκευή πορωδών MOFs βρέθηκε να είναι ιδιαίτερα Αποδοτικός και πιο φιλικό προς το περιβάλλον.
Παρασκευή μονοδιάστατου mg(II) MOF
Tahmasian et al. (2013) έκθεση Αποδοτικός, χαμηλό κόστοςκαι φιλικό προς το περιβάλλον διαδρομή για την παραγωγή ενός 3D υπερμοριακού μεταλλικού-οργανικού πλαισίου (MOF) με βάση το MgII, {[Mg(HIDC)(H2O)2]⋅1.5H2O}N (H3L = 4,5-ιμιδαζολο-δικαρβοξυλικό οξύ) χρησιμοποιώντας μια υπερηχητικά υποβοηθούμενη οδό.
Νανοδομημένο {[Mg(HIDC)(H2O)2]⋅1.5H2O}N συντέθηκε μέσω των ακόλουθων sonochemical δρόμος. Για την παρασκευή νανομεγέθους {[Mg(HIDC)(H2O)2]⋅1.5H2O}n (1), 20 mL διαλύματος του συνδέτη 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) επιλεγμένες ζώνες: 3383 (W), 3190 (W), 1607 (BR), 1500 (M), 1390 (S), 1242 (M), 820 (M), 652 (M)).
Για τη μελέτη της επίδρασης της συγκέντρωσης των αρχικών αντιδραστηρίων στο μέγεθος και τη μορφολογία της νανοδομημένης ένωσης, οι παραπάνω διεργασίες έγιναν υπό τις ακόλουθες συνθήκες συγκέντρωσης των αρχικών αντιδραστηρίων: [HL2−] = [Mg2+] = 0,025 M.
Sono-σύνθεση φθορισμού μικροπορωδών MOFs
Οι Qiu et al. (2008) βρήκαν ένα sonochemical οδός ταχείας σύνθεσης φθορίζοντος μικροπορώδους MOF, Zn3(BTC)2⋅12 ώρες2O (1) και επιλεκτική ανίχνευση οργανοαμινών με χρήση νανοκρυστάλλων 1. Τα αποτελέσματα αποκαλύπτουν ότι υπερήχων σύνθεση είναι μια απλή, αποτελεσματική, χαμηλού κόστους και φιλική προς το περιβάλλον προσέγγιση των MOF νανοκλίμακας.
Το MOF 1 συντέθηκε χρησιμοποιώντας τη μέθοδο υπερήχων σε ένα περιβάλλον θερμοκρασία και ατμοσφαιρικός πίεση για διαφορετικούς χρόνους αντίδρασης 5, 10, 30 και 90 λεπτών, αντίστοιχα. Πραγματοποιήθηκε επίσης ένα πείραμα ελέγχου για τη σύνθεση της ένωσης 1 χρησιμοποιώντας την υδροθερμική μέθοδο και οι δομές επιβεβαιώθηκαν με IR, στοιχειακή ανάλυση και ανάλυση Rietveld των μοτίβων περίθλασης ακτίνων Χ σκόνης (XRD) χρησιμοποιώντας WinPLOTR και Fullprof13. Παραδόξως, η αντίδραση του διένυδρου οξικού ψευδαργύρου με βενζεν-1,3,5-τρικαρβοξυλικό οξύ (H3BTC) στο 20% της αιθανόλης στο νερό (v / v) υπό υπερηχητική ακτινοβολία σε θερμοκρασία περιβάλλοντος και πίεση για 5 λεπτά έδωσε 1 σε αξιοσημείωτα υψηλή απόδοση (75,3%, με βάση το H3BTC). Επίσης, η απόδοση του 1 αυξήθηκε σταδιακά από 78,2% σε 85,3% με αύξηση του χρόνου αντίδρασης από 10 σε 90 λεπτά. Το αποτέλεσμα αυτό υποδηλώνει ότι ταχεία σύνθεση του MOF μπορεί να πραγματοποιηθεί σε σημαντικό βαθμό υψηλή απόδοση χρησιμοποιώντας υπερηχητική μέθοδο. Σε σύγκριση με την υδροθερμική σύνθεση της ίδιας ένωσης MOF 1, η οποία διεξάγεται στους 140 ° C σε υψηλή πίεση για 24 ώρες,12 υπερήχων σύνθεση βρέθηκε να είναι μια εξαιρετικά αποτελεσματική μέθοδος με υψηλή απόδοση και χαμηλό κόστος.
Δεδομένου ότι κανένα προϊόν δεν ελήφθη με ανάμειξη οξικού ψευδαργύρου με H3BTC στο ίδιο μέσο αντίδρασης σε θερμοκρασία περιβάλλοντος και πίεση απουσία υπερήχων, Υπερήχηση πρέπει να παίξει ένα σημαντικός ρόλο κατά τη διάρκεια του σχηματισμού του MOF 1.

Υπερηχητικές διαδικασίες: Από εργαστήριο προς βιομηχανικός Κλίμακα
Ηχοχημικός εξοπλισμός
Hielscher Υπέρηχοι έχει μακροχρόνια εμπειρία στο σχεδιασμό και την κατασκευή ισχυρών και αξιόπιστων υπερήχων και sonochemical αντιδραστήρες. Hielscher καλύπτει τις απαιτήσεις εφαρμογής σας με το ευρύ φάσμα των συσκευών υπερήχων – από μικρό Εργαστηριακές συσκευές πέρα Πάγκος-Top και πιλότος υπερήχων μέχρι την πλήρη-βιομηχανικά συστήματα για την παραγωγή sonochemical σε εμπορική κλίμακα. Μια μεγάλη ποικιλία από sonotrodes, ενισχυτή, αντιδραστήρες, κυψέλες ροής, κουτιά ακύρωσης θορύβου και αξεσουάρ επιτρέπουν τη διαμόρφωση της βέλτιστης ρύθμισης για σας sonochemical αντίδραση. Οι συσκευές υπερήχων της Hielscher είναι πολύ Εύρωστος, κατασκευασμένο για 24/7 λειτουργία και χρειάζονται μόνο πολύ λίγη συντήρηση.

υπερήχων UIP1000hd με sonochemical αντιδραστήρα
Βιβλιογραφία/Αναφορές
- Dey, Chandan? Kundu, Tanay; Biswal, Bishnu Π.; Mallick, Arijit; Banerjee, Rahul (2014): Κρυσταλλικά μεταλλικά-οργανικά πλαίσια (MOFs): σύνθεση, δομή και λειτουργία. Acta Crystallographica Section B 70, 2014. 3-10.
- Χασέμι, Λίντα; Morsali, Αλί; Γιλμάζ, Veysel Τ.; Büyükgüngor, Orhan; Khavasi, Χαμίντ Ρεζά; Ashouri, Fatemeh; Bagherzadeh, Mojtaba (2014): Ηχοχημικές συνθέσεις δύο μεταλλικών-οργανικών πλαισίων μολύβδου (II) νανομεγέθους. εφαρμογή για κατάλυση και παρασκευή νανοσωματιδίων οξειδίου του μολύβδου (II). Εφημερίδα της μοριακής δομής 1072, 2014. 260-266.
- Li, Zong-Qun; Qiu, Ling-Guang; Xu, Tao; Γου, Γιουν; Γουάνγκ, Γουέι; Γου, Ζεν-Γιου; Jiang, Xia (2009): Υπερήχων σύνθεση του μικροπορώδους μετάλλου-οργανικού πλαισίου Cu3 (BTC) 2 σε θερμοκρασία και πίεση περιβάλλοντος: Μια αποτελεσματική και φιλική προς το περιβάλλον μέθοδος. Υλικά Επιστολές 63/1, 2009. 78-80.
- Qiu, Ling-Guang; Li, Zong-Qun; Γου, Γιουν; Γουάνγκ, Γουέι; Xu, Tao; Jiang, Xia (2008): Εύκολη σύνθεση νανοκρυστάλλων μικροπορώδους μεταλλικού-οργανικού πλαισίου με υπερηχητική μέθοδο και επιλεκτική ανίχνευση οργανοαμινών. Χημική επικοινωνία 2008, 3642–3644.
- Στοκ, Norbert; Biswas, Syam (2012): Σύνθεση μεταλλικών-οργανικών πλαισίων (MOFs): διαδρομές σε διάφορες τοπολογίες, μορφολογίες και σύνθετα MOF. Χημική ανασκόπηση 112/2, 2012. 933–969.
- Suslick, Kenneth S. (επιμ.) (1988): Υπέρηχοι: Οι χημικές, φυσικές και βιολογικές επιδράσεις του. VCH: Weinheim, Γερμανία. 1988.
- Tahmasian, Arineh; Morsali, Αλί; Joo, Sang Woo (2013): Ηχοχημικές συνθέσεις ενός μονοδιάστατου μεταλλικού-οργανικού πλαισίου Mg(II): ένας νέος πρόδρομος για την παρασκευή μονοδιάστατης νανοδομής MgO. Εφημερίδα των νανοϋλικών 2013.
- Thompson, Joshua Α.; Chapman, Karena W.; Koros, William J.; Jones, Christopher W.; Nair, Sankar (2012): Ωρίμανση Ostwald που προκαλείται από υπερήχους νανοσωματιδίων ZIF-8 και σχηματισμός σύνθετων μεμβρανών ZIF-8 / πολυμερούς. Μικροπορώδη και μεσοπορώδη υλικά 158, 2012. 292-299.
- Wang, LiPing; Xiao, Bin; Wang, GongYing; Wu, JiQian (2011): Σύνθεση πολυανθρακικής διόλης που καταλύεται από μεταλλικό-οργανικό πλαίσιο Zn4O[CO2-Γ6H4-ΣΊΑ2]3. Επιστήμη Κίνα Χημεία 54/9, 2011. 1468-1473.