آماده سازی التراسونیک از چارچوب های فلزی آلی (MOFs)

• چارچوب های فلزی-آلی ترکیباتی هستند که از یون های فلزی و مولکول های آلی تشکیل می شوند به طوری که یک ماده هیبریدی یک، دو یا سه بعدی ایجاد می شود. این ساختارهای هیبریدی می توانند متخلخل یا غیر متخلخل باشند و عملکردهای چندگانه ای را ارائه دهند.
• سنتز سونوشیمیایی MOFs یک تکنیک امیدوارکننده است زیرا کریستال های فلزی-آلی بسیار کارآمد و سازگار با محیط زیست تولید می شوند.
• تولید اولتراسونیک MOFs را می توان به صورت خطی از آماده سازی نمونه های کوچک در آزمایشگاه تا تولید کامل تجاری افزایش داد.

چارچوب های فلزی-آلی

چارچوب های فلزی-آلی کریستالی (MOFs) در دسته مواد متخلخل با پتانسیل بالا قرار می گیرند که می توانند در ذخیره گاز، جذب/جداسازی، کاتالیز، به عنوان جاذب، در مغناطیس، طراحی حسگر و تحویل دارو استفاده شوند. MOF ها معمولا توسط خود مونتاژ تشکیل می شوند که در آن واحدهای ساختمانی ثانویه (SBUs) با فاصله دهنده های آلی (لیگاندها) متصل می شوند تا شبکه های پیچیده ایجاد کنند. فاصله دهنده های آلی یا SBU های فلزی را می توان به منظور کنترل تخلخل MOF اصلاح کرد، که از نظر عملکرد و کاربرد آن برای کاربردهای خاص بسیار مهم است.

سنتز سونوشیمیایی MOFs

تابش اولتراسونیک و در نتیجه تولید کاویتاسیون به دلیل اثرات منحصر به فرد آن بر واکنش های شیمیایی شناخته شده است که به عنوان شناخته می شود آوا شیمی. انفجار شدید حباب های حفره باعث ایجاد نقاط داغ موضعی با دمای گذرا بسیار بالا (5000 کلوین)، فشار (1800 اتمسفر) و نرخ خنک کننده (10) می شود¹⁰Ks^-1) و همچنین امواج ضربه ای و جت های مایع ناشی از آن. در این حفره ای نقاط داغ، هسته و رشد کریستال، به عنوان مثال توسط رسیدن استوالد، القا و ترویج می شود. با این حال، اندازه ذرات محدود است زیرا آن نقاط داغ با سرعت خنک کننده شدید مشخص می شوند، به این معنی که دمای محیط واکنش در میلی ثانیه کاهش می یابد.
سونوگرافی برای سنتز MOFها شناخته شده است سرعت تحت خفیف شرایط فرآیند، مانند بدون حلالدر دمای اتاق و زیر فشار محیط. مطالعات نشان داده است که MOFها می توانند تولید شوند مقرون به صرفه در بازده بالا از طریق مسیر سونوشیمیایی. در نهایت، سونوشیمیایی سنتز MOFs یک است سبز، روش سازگار با محیط زیست.

آماده سازی MOF-5

در مطالعه وانگ و همکاران (2011) ، روی₄O [1،4-بنزن دی کربوکسیلات]₃ از طریق سنتز شد سونوشیمیایی مسیر. 1.36 گرم ساعت_H2SBDC و 4.84 گرم روی (NO)₃)_H2S·6 ساعت_H2SO به صورت اینیلی در 160 میلی لیتر DMF حل شد. سپس 6.43 گرم TEA تحت تابش اولتراسونیک به مخلوط اضافه شد. پس از 2 ساعت رسوب بی رنگ به روش فیلتراسیون جمع آوری و با DMF شسته شد. جامد در دمای 90 درجه سانتیگراد در خلاء خشک شد و سپس در یک خشک کن خلاء ذخیره شد.

تهیه MOF Cu ریز متخلخل₃(بیت کوین)_H2S

لی و همکاران (2009) گزارش سنتز مافوق صوت کارآمد سه بعدی (3-D) چارچوب فلزی آلی (MOF) با کانال های 3 بعدی, مانند مس₃(بیت کوین)_H2S (HKUST-1 ، BTC = بنزن-1،3،5-تری کربوکسیلات). واکنش استات کاپریک و H₃BTC در محلول مخلوط DMF/EtOH/H_H2SO (3: 1: 2 ، v / v) تحت تابش اولتراسونیک در دمای محیط . فشار اتمسفر برای زمان واکنش کوتاه (5-60 دقیقه) مس داد₃(بیت کوین)_H2S در بازده بالا (62.6–85.1%). این مس₃(بیت کوین)_H2S نانو کریستال ها دارای ابعاد محدوده اندازه 10-200 نانومتر هستند که بسیار زیاد است کوچکتر نسبت به آنهایی که با استفاده از روش سولووترمال مرسوم سنتز می شوند. تفاوت معنی داری در ویژگی های فیزیکوشیمیایی مانند سطح BET، حجم منافذ و ظرفیت ذخیره هیدروژن بین مس وجود نداشت₃(بیت کوین)_H2S نانوکریستال ها با استفاده از روش اولتراسونیک تهیه شده و میکروکریستال ها با استفاده از روش حل ترمایی بهبودیافته به دست آمدند. در مقایسه با تکنیک های سنتزی سنتی، مانند روش انتشار حلال، روش های هیدروترمال و سولووترمال، روش اولتراسونیک برای ساخت MOFهای متخلخل بسیار زیاد بود کارآمد . سازگارتر با محیط زیست.

تهیه یک MOF یک بعدی Mg(II)

Tahmasian و همکاران (2013) گزارش می دهند کارآمد، کم هزینهو سازگار با محیط زیست برای تولید یک چارچوب فلزی-آلی سه بعدی فرامولکولی (MOF) بر اساس MgII، {[Mg(HIDC)(H)_H2SO)_H2S]⋅1.5 ساعت_H2SO}_N (H3L = 4،5-ایمیدازول-دی کربوکسیلیک اسید) با استفاده از یک مسیر اولتراسونیک کمک.
نانوساختار {[Mg(HIDC)(H_H2SO)_H2S]⋅1.5 ساعت_H2SO}_N از طریق موارد زیر سنتز شد سونوشیمیایی مسیر. برای تهیه نانو اندازه {[Mg(HIDC)(H2O)2]⋅1.5H_H2SO}n (1)، 20 میلی لیتر محلول لیگاند 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) باندهای منتخب: 3383 (W)، 3190 (W)، 1607 (BR)، 1500 (M)، 1390 (S)، 1242 (متر)، 820 (متر)، 652 (متر)).
به منظور بررسی اثر غلظت معرف های اولیه بر اندازه و مورفولوژی ترکیب نانوساختار، فرآیندهای فوق تحت شرایط غلظت معرف های اولیه انجام شد: [HL2−] = [Mg2+] = 0.025 M.

سنتز سونو MOFهای ریزمتخلخل فلورسنت

Qiu و همکاران (2008) یک سونوشیمیایی مسیر سنتز سریع MOF ریز متخلخل فلورسنت، روی₃(بیت کوین)_H2S⋅12 ساعت_H2SO (1) و سنجش انتخابی ارگانوآمین ها با استفاده از نانوکریستال های 1. نتایج نشان می دهد که اولتراسونیک سنتز یک رویکرد ساده، کارآمد، کم هزینه و سازگار با محیط زیست برای MOFهای در مقیاس نانو است.
MOF 1 با استفاده از روش اولتراسونیک در یک سنتز شد محیط دما و جوی فشار برای زمان های مختلف واکنش به ترتیب 5، 10، 30 و 90 دقیقه. همچنین یک آزمایش شاهد برای سنتز ترکیب 1 با استفاده از روش هیدروترمال انجام شد و ساختارها با استفاده از IR، آنالیز عنصری و آنالیز ریتولد الگوهای پراش پرتو ایکس پودری (XRD) با استفاده از WinPLOTR و Fullprof تأیید شدند¹³. با کمال تعجب، واکنش استات روی دی هیدرات با بنزن-1،3،5-تری کربوکسیلیک اسید (H₃BTC) در 20 درصد اتانول موجود در آب (v/v) تحت تابش اولتراسونیک در دما و فشار محیط به مدت 5 دقیقه 1 در یک قابل توجه داد بازده بالا (75.3٪، بر اساس H₃BTC). همچنین با افزایش زمان واکنش از 10 به 90 دقیقه، بازده 1 به تدریج از 2/78 درصد به 3/85 درصد افزایش یافت. این نتیجه نشان می دهد که سنتز سریع از MOF می تواند به طور قابل توجهی تحقق یابد بازده بالا با استفاده از روش اولتراسونیک. در مقایسه با سنتز هیدروترمال همان ترکیب MOF 1 ، که در دمای 140 درجه سانتیگراد در فشار بالا به مدت 24 ساعت انجام می شود ، سنتز اولتراسونیک 12 یک روش بسیار کارآمد با عملکرد بالا و کم هزینه.
از آنجا که هیچ محصولی با اختلاط استات روی با H3BTC در همان محیط واکنش در دما و فشار محیط در غیاب سونوگرافی به دست نیامده است، فراصوت باید یک بازی کند مهم نقش در طول تشکیل MOF 1.

فرآیندهای اولتراسونیک: از ازمایشگاه ها تا . مقیاس

تجهیزات سونوشیمیایی

Hielscher مافوق صوت دارای تجربه طولانی مدت در طراحی و ساخت ultrasonicators قدرتمند و قابل اعتماد و راکتورهای سونوشیمیایی. Hielscher را پوشش می دهد نیازهای نرم افزار خود را با طیف گسترده ای از دستگاه های اولتراسونیک – از کوچک دستگاه های آزمایشگاهی طول مراکز فن آوری . خلبان ultrasonicators تا کامل-سیستم های صنعتی برای تولید سونوشیمیایی در مقیاس تجاری. انواع زیادی از سونوترودها، تقویت کننده، راکتورها، سلول های جریان، جعبه های حذف نویز و لوازم جانبی اجازه می دهد تا تنظیمات بهینه را برای شما پیکربندی کنید سونوشیمیایی واکنش. دستگاه های مافوق صوت Hielscher را بسیار قوی، ساخته شده برای 24/7 عملیات و فقط به تعمیر و نگهداری بسیار کمی نیاز دارد.