Metalli-orgaanisten kehysten (MOF) ultraäänivalmistus

• Metalli-orgaaniset kehykset ovat yhdisteitä, jotka on muodostettu metalli-ioneista ja orgaanisista molekyyleistä siten, että syntyy yksi-, kaksi- tai kolmiulotteinen hybridimateriaali. Nämä hybridirakenteet voivat olla huokoisia tai ei-huokoisia ja tarjota moninaisia toimintoja.
• MOF: ien sonokemiallinen synteesi on lupaava tekniikka, koska metalli-orgaaniset kiteet tuotetaan erittäin tehokkaasti ja ympäristöystävällisesti.
• MOF: ien ultraäänituotanto voidaan skaalata lineaarisesti pienten näytteiden valmistuksesta laboratoriossa täydelliseen kaupalliseen tuotantoon.

metalli-orgaaniset kehykset

Kiteiset metalli-orgaaniset kehykset (MOF) kuuluvat korkean potentiaalin huokoisten materiaalien luokkaan, joita voidaan käyttää kaasun varastoinnissa, adsorptiossa / erottelussa, katalyysissä, adsorbentteina, magnetismissa, anturisuunnittelussa ja lääkkeen annostelussa. MOF: t muodostetaan tyypillisesti itsekokoonpanolla, jossa toissijaiset rakennusyksiköt (SBU) yhdistetään orgaanisiin välikappaleisiin (ligandeihin) monimutkaisten verkkojen luomiseksi. Orgaanisia välikappaleita tai metallisia SBU:ita voidaan muokata MOF:n huokoisuuden hallitsemiseksi, mikä on ratkaisevan tärkeää sen toimintojen ja hyödyllisyyden kannalta tietyissä sovelluksissa.

MOF: ien sonokemiallinen synteesi

Ultraäänisäteilytys ja sen aiheuttama kavitaatio tunnetaan hyvin sen ainutlaatuisista vaikutuksista kemiallisiin reaktioihin, joita kutsutaan sonokemiaksi. Kavitaatiokuplien raju implosio synnyttää paikallisia kuumia pisteitä, joiden lämpötilat (5000 K), paineet (1800 atm) ja jäähtymisnopeudet (10 %) ovat erittäin korkeat.¹⁰Ks^-1) sekä paineaallot ja niistä aiheutuvat nestesuihkut. Näissä kavitaatioiden kuumissa pisteissä käynnistetään ja edistetään kiteiden ydintymistä ja kasvua esimerkiksi Ostwaldin kypsymisen avulla. Hiukkaskoko on kuitenkin rajoitettu, koska näille kuumille pisteille on ominaista äärimmäinen jäähtymisnopeus, mikä tarkoittaa, että reaktiovälineen lämpötila laskee millisekunneissa.
Ultraäänen tiedetään syntetisoivan MOF:eja nopeasti miedoissa prosessiolosuhteissa, kuten liuotinvapaassa tilassa, huoneenlämmössä ja ympäristön paineessa. Tutkimukset ovat osoittaneet, että MOF:eja voidaan tuottaa kustannustehokkaasti ja suurella saannolla sonokemiallisella reitillä. Lisäksi MOF:ien sonokemiallinen synteesi on vihreä ja ympäristöystävällinen menetelmä.

MOF-5: n valmistus

Tutkimuksessa Wang et ai (2011), Zn₄O[1,4-bentseenidikarboksylaatti]₃ syntetisoitiin sonokemiallisella reitillä. 1,36 g H₂BDC ja 4,84 g Zn(EI₃)₂·6H₂O liuotettiin sisäisesti 160 ml:aan DMF:ää. Sitten seokseen lisättiin 6,43 g TEA: ta ultraäänisäteilytyksessä. 2 tunnin kuluttua väritön sakka kerätään suodattamalla ja pestään DMF: llä. Kiinteä aine kuivataan 90 °C:ssa tyhjiössä ja varastoidaan tyhjiöeksikkaattoriin.

Mikrohuokoisen MOF Cu: n valmistus₃(BTC)₂

(2009) raportoivat kolmiulotteisen (3-D) metalli-orgaanisen kehyksen (MOF) tehokkaasta ultraäänisynteesistä 3D-kanavilla, kuten Cu₃(BTC)₂ (HKUST-1, BTC = bentseeni-1,3,5-trikarboksylaatti). Kupariasetaatin ja H: n reaktio₃BTC DMF/EtOH/H-seoksessa₂O (3:1:2, v/v) ultraäänisäteilytyksessä ympäristön lämpötila ja ilmanpaine varten lyhyet reaktioajat (5–60 min) antoi Cu₃(BTC)₂ IN korkea saanto (62.6–85.1%). Nämä Cu₃(BTC)₂ Nanokiteiden mitat ovat 10–200 nm, mikä on paljon pienempi kuin tavanomaisella solvotermisellä menetelmällä syntetisoidut. Fysikaalis-kemiallisissa ominaisuuksissa, kuten BET-pinta-alassa, huokostilavuudessa ja vedyn varastointikapasiteetissa, ei ollut merkittäviä eroja Cu₃(BTC)₂ ultraäänimenetelmällä valmistetut nanokiteet ja mikrokiteet, jotka on saatu käyttämällä parannettua solvotermistä menetelmää. Verrattuna perinteisiin synteettisiin tekniikoihin, kuten liuottimien diffuusiotekniikkaan, hydrotermisiin ja solvotermisiin menetelmiin, ultraäänimenetelmän huokoisten MOF: ien rakentamiseksi todettiin olevan erittäin Tehokas ja Ympäristöystävällisempi.

Yksiulotteisen Mg(II)MOF:n valmistaminen

(2013) raportoivat Tehokas, Edullisiaja ympäristöystävällinen reitti tuottaa 3D-supramolekulaarinen metalli-orgaaninen kehys (MOF), joka perustuu MgII: een, {[Mg(HIDC)(H₂O)₂]⋅1,5H₂O}_n (H3L = 4,5-imidatsoli-dikarboksyylihappo) ultraäänellä avustettua reittiä käyttäen.
Nanorakenteinen {[Mg(HIDC)(H₂O)₂]⋅1,5H₂O}_n syntetisoitiin seuraavan sonokemiallisen reitin kautta. Nanokokoisten {[Mg(HIDC)(H2O)2]⋅1.5H₂O}n (1), 20 ml ligandin H liuosta₃IDC (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) Valitut kaistat: 3383 (W), 3190 (W), 1607 (BR), 1500 (M), 1390 (S), 1242 (M), 820 (M), 652 (M)).
Tutkittaessa alkureagenssien pitoisuuden vaikutusta nanorakenteisen yhdisteen kokoon ja morfologiaan edellä mainitut prosessit tehtiin seuraavassa alkureagenssien pitoisuustilassa: [HL2−] = [Mg2+] = 0,025 M.

Fluoresoivien mikrohuokoisten MOF: ien sonosynteesi

Qiu et al. (2008) löysivät sonokemiallisen reitin fluoresoivan mikrohuokoisen MOF:n, Zn₃(BTC)₂⋅12H₂O (1) ja organoamiinien selektiivinen aistiminen käyttämällä 1:n nanokiteitä. Tulokset osoittavat, että ultraäänisynteesi on yksinkertainen, tehokas, edullinen ja ympäristöystävällinen tapa tuottaa nanokokoisia MOF:eja.
MOF 1 syntetisoitiin ultraäänimenetelmällä ympäristön lämpötilassa ja ilmanpaineessa eri reaktioaikoina 5, 10, 30 ja 90 minuuttia. Kontrollikoe suoritettiin myös yhdisteen 1 syntetisoimiseksi hydrotermisellä menetelmällä, ja rakenteet vahvistettiin IR-, alkuaineanalyysillä ja jauheen röntgendiffraktiokuvioiden (XRD) Rietveld-analyysillä WinPLOTR- ja Fullprof-menetelmällä.¹³. Yllättäen sinkkiasetaattidihydraatin reaktio bentseeni-1,3,5-trikarboksyylihapon (H kanssa)₃BTC) 20 %:ssa etanolia vedessä (v/v) ultraäänisäteilytyksessä huoneenlämmössä ja -paineessa 5 minuutin ajan antoi 1:n huomattavan suurena saantona (75,3 %, H₃BTC). Myös 1:n saanto kasvoi asteittain 78,2 prosentista 85,3 prosenttiin, kun reaktioaikaa pidennettiin 10 minuutista 90 minuuttiin. Tämä tulos viittaa siihen, että MOF:n nopea synteesi voidaan toteuttaa huomattavan suurella saannolla sonikaation avulla. Verrattuna saman yhdisteen MOF 1:n hydrotermiseen synteesiin, joka suoritetaan 140 °C:ssa korkeassa paineessa 24 tunnin ajan, ultraäänisynteesi on erittäin tehokas menetelmä, jolla on korkea saanto ja alhaiset kustannukset.
Koska tuotetta ei saatu sekoittamalla sinkkiasetaattia ja H3BTC:tä samassa reaktiovälineessä ympäristön lämpötilassa ja paineessa ilman ultraääntä, voidaan päätellä, että ultraäänellä on tärkeä rooli MOF 1:n muodostumisessa.
 

Supramolekyylirakenteiden helppo synteesi sonikaation avulla – Lue lisää!

Löydä paras sonokemiallinen laitteisto prosessiinne!

Hielscher Ultrasonicsilla on pitkäaikainen kokemus tehokkaiden ja luotettavien ultraäänilaitteiden ja sonokemiallisten reaktoreiden suunnittelusta ja valmistuksesta. Hielscher kattaa sovellusvaatimuksesi laajalla valikoimallaan ultraäänilaitteita – pienestä Lab-laitteet ohi Penkki-Top ja lentäjä ultraäänilaitteet jopa täysi-Teolliset järjestelmät kaupallisessa mittakaavassa tapahtuvaa sonokemiallista tuotantoa varten. Suuri valikoima sonotrodeja, boostereita, reaktoreita, virtauskennoja, melunvaimennuslaatikoita ja lisävarusteita mahdollistaa optimaalisen kokoonpanon konfiguroinnin sonokemiallisia reaktioita varten. Hielscherin sonikaattorit ovat erittäin vankkoja, ne on rakennettu 24/7-käyttöön ja ne tarvitsevat vain vähän huoltoa.