• Metal-Organic Frameworks ovat metyyli-ionien ja orgaanisten molekyylien muodostamia yhdisteitä, niin että syntyy yksi-, kaksi- tai kolmiulotteinen hybridimateriaali. Nämä hybridirakenteet voivat olla huokoisia tai ei-huokoisia ja tarjoavat useita toimintoja.
• MOF: iden sonokemiallinen synteesi on lupaava tekniikka, koska metalli-orgaaniset kiteet tuotetaan erittäin tehokkaasti ja ympäristöystävällisiksi.
• MOF: iden ultraäänituotantoa voidaan pienentää lineaarisesti pienten näytteiden valmistelusta laboratoriossa täydelliseen kaupalliseen tuotantoon.

Metal Organic Runkorakenteet

Kiteiset metalli-orgaaniset kehykset kuuluvat suuren potentiaalin huokoisten materiaalien luokkaan, joita voidaan käyttää kaasun varastointiin, adsorptioon / erottamiseen, katalysaatioon, adsorbentteihin, magnetismiin, anturin suunnitteluun ja lääkkeenantoon. MOF: t muodostetaan tyypillisesti itsekokoonpanolla, jossa toissijaiset rakennusyksiköt (SBU) liittyvät orgaanisiin välikkeisiin (ligandeihin) monimutkaisten verkkojen luomiseksi. Orgaanisia välikkeitä tai metallisia SBU: ita voidaan muokata MOF: n huokoisuuden kontrolloimiseksi, mikä on ratkaisevaa sen funktionaalisille ominaisuuksille ja sen käyttökelpoisuudelle tiettyihin sovelluksiin.

MOF: n sonokemiallinen synteesi

Ultraääni säteilytys ja näin syntynyt kavitaatio ovat tunnettuja sen ainutlaatuisista vaikutuksista kemiallisiin reaktioihin, joita kutsutaan nimellä sonokemian. Kavitaatiokuplien väkivaltainen implisointi tuottaa paikallisia kuumia pisteitä, joilla on erittäin suuret transienttilämpötilat (5000 K), paineet (1800 atm) ja jäähtymisnopeudet (10¹⁰KS^-1) sekä iskun aaltoja ja tuloksena olevia nestemäisiä suihkukoneita. Näissä Cavitational kuumia pisteitä, kristallin muodostumista ja kasvua, esim. Ostwaldin kypsyttämistä, indusoidaan ja edistetään. Hiukkaskoko on kuitenkin rajoitettu, koska näillä kuumapisteillä on luonteenomaiset äärimmäiset jäähdytysnopeudet, mikä tarkoittaa, että reaktioväliaineen lämpötila putoaa millisekunteina.
Ultraääni tunnetaan synteettisesti MOF: itä nopeasti alla lievä prosessiolosuhteet, kuten liuotintakello huonelämpötila ja alle ympäristön paine. Tutkimukset ovat osoittaneet, että MOF: itä voidaan tuottaa kustannustehokkaasti at korkea tuotto sonokemiallisella reitillä. Lopuksi, sonokemiallisella MOF: n synteesi on vihreä, ympäristöystävällinen menetelmä.

MOF-5: n valmistus

Tutkimuksessa Wang et al. (2011), Zn₄O [1,4-benzenedicarboxylate]₃ syntetisoitiin kautta sonokemiallisella reitti. 1,36 g H₂BDC ja 4,84 g Zn (NO₃)₂· 6 H₂O liuotettiin inilially 160 ml: aan DMF: ää. Sitten seokseen lisättiin 6,33 g TEA: ta ultraäänirasvaatiolla. 2 tunnin kuluttua väritön saostuma kerättiin talteen ja pestiin DMF: llä. Kiinteä aine kuivattiin 90 ° C: ssa tyhjössä ja varastoitiin sitten tyhjiöeksikaattorissa.

Mikrohuokoisen MOF Cu: n valmistus₃BTC₂

Li et ai. (2009) raportoivat kolmiulotteisen (3-D) metalli-orgaanisen kehyksen (MOF) tehokkaasta ultraäänisynteesistä 3-D-kanavilla, kuten Cu₃BTC₂ (HKUST-1, BTC = bentseeni-1,3,5-trikarboksylaatti). Kupariasetaatin ja H: n reaktio₃BTC sekoitetussa DMF / EtOH / H-liuoksessa₂O: ta (3: 1: 2, tilavuus / tilavuus) ultraäänitutkimuksessa ympäristön lämpötila ja ilmakehän paine varten lyhyet reaktioajat (5-60 min) antoi Cu: n₃BTC₂ Sisään korkea tuotto (62,6-85,1%). Nämä Cu₃BTC₂ nanokiteiden mitat ovat kooltaan 10 - 200 nm, jotka ovat paljon pienempi kuin syntetisoitiin käyttäen tavanomaista solvotermistä menetelmää. Fysikaalis-kemiallisten ominaisuuksien, kuten BET-pinta-alan, huokostilavuuden ja vedyn varastointikapasiteetin, välillä ei ole merkittäviä eroja Cu₃BTC₂ nano- kiteet, jotka on valmistettu käyttäen ultraäänitekniikkaa ja mikrokiteitä, jotka on saatu käyttämällä parannettua solvotermistä menetelmää. Verrattuna perinteisiin synteettisiin tekniikoihin, kuten liuotindiffuusiotekniikkaan, hydrotermisiin ja solvotermisiin menetelmiin, ultraäänitekniikan menetelmä huokoisten MOF: ien rakentamiseksi todettiin olevan erittäin tehokas ja ympäristöystävällisempi.

Yksiulotteisen Mg (II) MOF: n valmistaminen

Tahmasian et ai. (2013) raportoivat tehokas, halpaja ympäristöystävällinen reitti 3D-supramolekyylisen metalli-orgaanisen kehyksen (MOF) tuottamiseksi MgII: n, {[Mg (HIDC): n (H₂O₂] ⋅1.5H₂}_N (H3L = 4,5-imidatsolidikarboksyylihappo) käyttämällä ultraäänellä avus- tettua reittiä.
Nanostrukturoitu {[Mg (HIDC) (H₂O₂] ⋅1.5H₂}_N syntetisoitiin seuraavalla tavalla sonokemiallisella reitti. Valmistetaan nanosidoituja {[Mg (HIDC) (H2O) 2] x1,5H₂O} n (1), 20 ml ligandin H liuosta₃IDC: tä (0,05 M) ja kaliumhydroksidia (0,1 M) sijoitettiin korkean tiheyden omaavaan ultraäänitutkimeen, jonka maksimiteho oli 305 W. Tähän liuokseen lisättiin tipoittain 20 ml magnesiumnitraatin vesiliuosta (0,05 M). Saadut saostumat suodatettiin pois, pestiin vedellä ja etanolilla ja kuivattiin ilmassa (> 300 ° C (saanto: C 24,84, H 3,22, N 11,67%).^-1) valitut kaistat: 3383 (w), 3190 (w), 1607 (br), 1500 (m), 1390 (s), 1242 (m), 820 (m), 652 (m)).
Alustavien reagenssien konsentraation vaikutuksen tutkimiseksi nanorakenteisen yhdisteen koolle ja morfologialle edellä kuvatut prosessit tehtiin seuraavien alkuperäisten reagenssien pitoisuusolosuhteissa: [HL2-] = [Mg2 +] = 0,025 M.

Sono-synteesi fluoresoivista mikrohuokoisista MOF: istä

Qiu et ai. (2008) löytyi a sonokemiallisella reitti fluoresoivan mikrohuokoisen MOF: n, Zn: n nopeasta synteesistä₃BTC₂⋅ 12H₂O (1) ja organoamiinien selektiivinen tunnistus käyttäen nanokiteitä 1. Tulokset osoittavat, että ultraääni Synteesi on yksinkertainen, tehokas, edullinen ja ympäristöystävällinen lähestymistapa nanomittakaavan MOF: ihin.
MOF 1 syntetisoitiin käyttäen ultraäänitekniikkaa yhdellä ympäröivä lämpötila ja ilmakehän paine eri reaktioajoista 5, 10, 30 ja 90 min, vastaavasti. Suorituskoe suoritettiin myös yhdisteen 1 syntetisoimiseksi hydrotermisellä menetelmällä ja rakenteet vahvistettiin IR-alkuaineanalyysillä ja röntgensädediffraktiokuvioiden Rietveld-analyysillä käyttäen WinPLOTR: tä ja Fullprof: tä¹³. Yllättäen sinkkiasetaattidihydraatin reaktio bentseeni-1,3,5-trikarboksyylihapolla (H₃BTC) 20%: ssa etanolia vedessä (tilavuus / tilavuus) ultraäänisisällä säteilytyksellä ympäröivässä lämpötilassa ja paineessa 5 minuutin ajan antoi 1 huomattavasti korkea tuotto (75,3%, perustuen H: ään₃BTC). Myös 1: n saanto kasvoi vähitellen 78,2%: sta 85,3%: iin lisäämällä reaktioaika 10 - 90 min. Tämä tulos viittaa siihen nopea synteesi MOF voidaan toteuttaa merkittävästi korkea tuotto käyttäen ultraäänitekniikkaa. Verrattuna saman yhdisteen MOF 1: n hydrotermiseen synteesiin, joka suoritetaan 140 ° C: ssa korkeassa paineessa 24 h, 12 ultraäänisynteesin todetaan olevan erittäin tehokas menetelmä, jolla on korkea saanto ja halpa.
Koska mitään tuotetta ei saatu sekoittamalla sinkkiasetaattia H3BTC: n kanssa samassa reaktioväliaineessa ympäristön lämpötilassa ja paineessa ultraäänen puuttuessa, sonication täytyy pelata tärkeä roolia MOF: n 1 muodostamisen aikana.

Ultraääniprosessit: alkaen laboratorio että teollinen asteikko

Sonokemialliset laitteet

Hielscher Ultrasonicsilla on pitkä kokemus tehokkaiden ja luotettavien ultraäänilaitteiden ja sonokemian reaktoreiden suunnittelusta ja valmistuksesta. Hielscher kattaa sovellusvaatimukset sen laajan valikoiman ultraäänilaitteita – pienestä lab laitteita yli penkki-top ja lentäjä ultrasonicators jopa full-teollisuusjärjestelmät sonokemialliseen tuotantoon kaupallisessa mittakaavassa. Suuri valikoima sonotrodeja, tehosteita, reaktoreita, virtauskanavia, melunvaimennuslaatikoita ja lisävarusteita mahdollistaa optimaalisen asennuksen konfiguroinnin sonokemiallisella reaktio. Hielscherin ultraäänilaitteet ovat hyvin lujatekoinen, rakennettu Kaikkina viikonpäivinä vuorokauden ympäri ja se tarvitsee vain hyvin vähän ylläpitoa.