ધાતુ–કાર્બનિક માળખાં (MOFs) ની અલ્ટ્રાસોનિક તૈયારી

• ધાતુ–કાર્બનિક માળખાં એ ધાતુના આયનો અને કાર્બનિક અણુઓમાંથી બનતાં સંયોજનો છે, જેમાં એક-, દ્વિ- અથવા ત્રિ-પરિમાણીય સંકર પદાર્થ રચાય છે. આ સંકર રચનાઓ છિદ્રાળુ અથવા બિનછિદ્રાળુ હોઈ શકે છે અને વિવિધ પ્રકારની કાર્યક્ષમતાઓ પ્રદાન કરે છે.
• MOFs નું સોનોકેમિકલ સંશ્લેષણ એક આશાસ્પદ તકનીક છે, કારણ કે ધાતુ–કાર્બનિક સ્ફટિકોનું ઉત્પાદન ખૂબ કાર્યક્ષમ અને પર્યાવરણને અનુકૂળ રીતે થાય છે.
• MOFs ના અલ્ટ્રાસોનિક ઉત્પાદનનું પ્રમાણ પ્રયોગશાળામાં નાના નમૂનાઓની તૈયારીથી સંપૂર્ણ વ્યાવસાયિક ઉત્પાદન સુધી રેખીય રીતે વધારી શકાય છે.

ધાતુ–કાર્બનિક માળખાં

સ્ફટિકીય ધાતુ–કાર્બનિક માળખાં (MOFs) ઊંચી સંભાવના ધરાવતા છિદ્રાળુ પદાર્થોની શ્રેણીમાં આવે છે, જેનો ઉપયોગ વાયુ સંગ્રહ, અધિશોષણ/અલગીકરણ, ઉત્પ્રેરણ, અધિશોષકો તરીકે, ચુંબકત્વ, સંવેદકની રચના અને ઔષધ વિતરણમાં થઈ શકે છે. MOFs સામાન્ય રીતે સ્વસંયોજન દ્વારા બને છે, જેમાં ગૌણ રચનાત્મક એકમો (SBUs) કાર્બનિક અંતરકારકો (લિગેન્ડ્સ) સાથે જોડાઈને જટિલ જાળાં બનાવે છે. MOF ની છિદ્રાળુતા નિયંત્રિત કરવા માટે કાર્બનિક અંતરકારકો અથવા ધાત્વિક SBUs માં ફેરફાર કરી શકાય છે; આ છિદ્રાળુતા તેની કાર્યક્ષમતાઓ અને ચોક્કસ ઉપયોગો માટેની ઉપયોગિતાની દૃષ્ટિએ નિર્ણાયક છે.

MOFs નું સોનોકેમિકલ સંશ્લેષણ

અલ્ટ્રાસોનિક વિકિરણ અને તેનાથી ઉત્પન્ન થતું કેવિટેશન રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ પર થતી તેમની વિશિષ્ટ અસરો માટે જાણીતાં છે; આ અસરો સોનોકેમિસ્ટ્રી તરીકે ઓળખાય છે. કેવિટેશનના પરપોટાઓનું તીવ્ર અંતઃસ્ફોટન અત્યંત ઊંચા ક્ષણિક તાપમાન (5000 K), દબાણ (1800 atm) અને શીતલન દર (10¹⁰Ks^-1) ધરાવતા સ્થાનિક ઉષ્ણ બિંદુઓ તેમજ આઘાત તરંગો અને તેના પરિણામે પ્રવાહીના જેટ પ્રવાહો ઉત્પન્ન કરે છે. કેવિટેશનથી ઉત્પન્ન થતા આ ઉષ્ણ બિંદુઓ પર સ્ફટિકનું કેન્દ્રકન અને વૃદ્ધિ, ઉદાહરણ તરીકે ઓસ્ટવાલ્ડ પરિપક્વન દ્વારા, પ્રેરિત થાય છે અને તેને વેગ મળે છે. જોકે, કણનું કદ મર્યાદિત રહે છે, કારણ કે આ ઉષ્ણ બિંદુઓ અત્યંત ઊંચા શીતલન દર ધરાવે છે, એટલે કે પ્રતિક્રિયા માધ્યમનું તાપમાન મિલિસેકન્ડોમાં ઘટી જાય છે.
અલ્ટ્રાસાઉન્ડ દ્રાવક વિના, ઓરડાના તાપમાને અને આસપાસના દબાણ હેઠળ જેવી હળવી પ્રક્રિયા પરિસ્થિતિઓમાં ઝડપથી MOFs નું સંશ્લેષણ કરવા માટે જાણીતું છે. અભ્યાસોએ દર્શાવ્યું છે કે સોનોકેમિકલ પદ્ધતિ દ્વારા ઊંચી ઉપજ સાથે ખર્ચની દૃષ્ટિએ અસરકારક રીતે MOFs નું ઉત્પાદન કરી શકાય છે. અંતે, MOFs નું સોનોકેમિકલ સંશ્લેષણ એક હરિત, પર્યાવરણને અનુકૂળ પદ્ધતિ છે.

MOF-5 ની તૈયારી

Wang અને સહલેખકોના અભ્યાસમાં (2011), સોનોકેમિકલ પદ્ધતિ દ્વારા સંશ્લેષિત સંયોજન હતું: Zn₄O[1,4-benzenedicarboxylate]₃ . શરૂઆતમાં 1.36g H₂BDC અને 4.84g Zn(NO₃)₂·6H₂O ને 160mL DMF માં ઓગાળવામાં આવ્યાં હતાં. ત્યારબાદ અલ્ટ્રાસોનિક વિકિરણ હેઠળ મિશ્રણમાં 6.43g TEA ઉમેરવામાં આવ્યું હતું. 2 h પછી રંગહીન અવક્ષેપને ગાળણ દ્વારા એકત્ર કરવામાં આવ્યો હતો અને DMF થી ધોવામાં આવ્યો હતો. ઘન પદાર્થને નિર્વાતમાં 90°C પર સૂકવવામાં આવ્યો હતો અને ત્યારબાદ નિર્વાત ડેસિકેટરમાં સંગ્રહિત કરવામાં આવ્યો હતો.

સૂક્ષ્મછિદ્રાળુ MOF ની તૈયારી: Cu₃(BTC)₂

Li અને સહલેખકો (2009) 3-D ચેનલો ધરાવતા ત્રિ-પરિમાણીય (3-D) ધાતુ–કાર્બનિક માળખા (MOF) ના કાર્યક્ષમ અલ્ટ્રાસોનિક સંશ્લેષણની જાણ કરે છે, જેમ કે Cu₃(BTC)₂ (HKUST-1, BTC = benzene-1,3,5-tricarboxylate). ક્યુપ્રિક એસિટેટ અને H₃BTC ની પ્રતિક્રિયા DMF/EtOH/H₂O (3:1:2, v/v) ના મિશ્ર દ્રાવણમાં અલ્ટ્રાસોનિક વિકિરણ હેઠળ આસપાસના તાપમાને અને વાતાવરણીય દબાણ હેઠળ ટૂંકા પ્રતિક્રિયા સમય (5–60 min) માટે કરવામાં આવતાં Cu₃(BTC)₂ નું ઊંચી ઉપજમાં (62.6–85.1%) ઉત્પાદન થયું હતું. આ Cu₃(BTC)₂ નેનોસ્ફટિકોનું કદ 10–200 nm ની શ્રેણીમાં હોય છે, જે પરંપરાગત સોલ્વોથર્મલ પદ્ધતિથી સંશ્લેષિત સ્ફટિકો કરતાં ઘણું નાનું હોય છે. અલ્ટ્રાસોનિક પદ્ધતિથી તૈયાર કરાયેલા Cu₃(BTC)₂ નેનોસ્ફટિકો અને સુધારેલી સોલ્વોથર્મલ પદ્ધતિથી મેળવેલા સૂક્ષ્મસ્ફટિકો વચ્ચે ભૌતિક–રાસાયણિક ગુણધર્મોમાં, ઉદાહરણ તરીકે BET સપાટી ક્ષેત્રફળ, છિદ્રનું કદમાન અને હાઇડ્રોજન સંગ્રહ ક્ષમતામાં, કોઈ નોંધપાત્ર તફાવત નહોતો. દ્રાવક વિસરણ તકનીક, હાઇડ્રોથર્મલ અને સોલ્વોથર્મલ પદ્ધતિઓ જેવી પરંપરાગત સંશ્લેષણ તકનીકોની તુલનામાં, છિદ્રાળુ MOFs ની રચના માટેની અલ્ટ્રાસોનિક પદ્ધતિ અત્યંત કાર્યક્ષમ અને વધુ પર્યાવરણને અનુકૂળ હોવાનું જાણવા મળ્યું હતું.

એકપરિમાણીય Mg(II) MOF ની તૈયારી

Tahmasian અને સહલેખકો (2013) અલ્ટ્રાસોનિક સહાયિત પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરીને કાર્યક્ષમ, ઓછા ખર્ચવાળી અને પર્યાવરણને અનુકૂળ પદ્ધતિથી MgII આધારિત 3D સુપ્રામોલેક્યુલર ધાતુ–કાર્બનિક માળખું (MOF) બનાવવાની જાણ કરે છે: {[Mg(HIDC)(H₂O)₂]⋅1.5H₂O}_n (H3L = 4,5-imidazole-dicarboxylic acid).
નેનોરચિત {[Mg(HIDC)(H₂O)₂]⋅1.5H₂O}_n નું સંશ્લેષણ નીચેની સોનોકેમિકલ પદ્ધતિ દ્વારા કરવામાં આવ્યું હતું. નેનોકદનું {[Mg(HIDC)(H2O)2]⋅1.5H₂O}n (1) તૈયાર કરવા માટે, 20 mL દ્રાવણમાં, જેમાં લિગેન્ડ H₃IDC (0.05M) અને પોટેશિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ (0.1 M) હતાં, 305 W નું મહત્તમ પાવર આઉટપુટ ધરાવતો ઉચ્ચ ઘનતાવાળો અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોબ મૂકવામાં આવ્યો હતો. આ દ્રાવણમાં મેગ્નેશિયમ નાઇટ્રેટ (0.05M) ના જલીય દ્રાવણના 20 mL ટીપે ટીપે ઉમેરવામાં આવ્યા હતા. મેળવેલા અવક્ષેપોને ગાળીને અલગ કરવામાં આવ્યા હતા, પાણી અને ઇથેનોલથી ધોવામાં આવ્યા હતા અને હવામાં સૂકવવામાં આવ્યા હતા (ગલનબિંદુ> 300ºC. (પ્રાપ્ત મૂલ્યો: C, 24.84; H, 3.22; N, 11.67%.). IR (cm^-1) પસંદ કરાયેલા બેન્ડ: 3383 (w), 3190 (w), 1607 (br), 1500 (m), 1390 (s), 1242 (m), 820 (m), 652 (m)).
નેનોરચિત સંયોજનના કદ અને આકારવિજ્ઞાન પર પ્રારંભિક અભિકારકોની સાંદ્રતાની અસરનો અભ્યાસ કરવા માટે, ઉપરોક્ત પ્રક્રિયાઓ પ્રારંભિક અભિકારકોની નીચેની સાંદ્રતા પરિસ્થિતિ હેઠળ કરવામાં આવી હતી: [HL2−] = [Mg2+] = 0.025 M.

પ્રતિદીપ્ત સૂક્ષ્મછિદ્રાળુ MOFs નું સોનોસંશ્લેષણ

Qiu અને સહલેખકો (2008) એ પ્રતિદીપ્ત સૂક્ષ્મછિદ્રાળુ MOF, Zn₃(BTC)₂⋅12H₂O (1) ના ઝડપી સંશ્લેષણ માટે સોનોકેમિકલ પદ્ધતિ શોધી હતી અને 1 ના નેનોસ્ફટિકોનો ઉપયોગ કરીને ઓર્ગેનોએમાઇન્સનું પસંદગીયુક્ત સંવેદન શોધ્યું હતું. પરિણામો દર્શાવે છે કે અલ્ટ્રાસોનિક સંશ્લેષણ નેનોમાપના MOFs માટે એક સરળ, કાર્યક્ષમ, ઓછા ખર્ચવાળો અને પર્યાવરણને અનુકૂળ અભિગમ છે.
MOF 1 નું સંશ્લેષણ આસપાસના તાપમાને અને વાતાવરણીય દબાણે અલ્ટ્રાસોનિક પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરીને અનુક્રમે 5, 10, 30 અને 90 min ના જુદા જુદા પ્રતિક્રિયા સમય માટે કરવામાં આવ્યું હતું. હાઇડ્રોથર્મલ પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરીને સંયોજન 1 નું સંશ્લેષણ કરવા માટે નિયંત્રણ પ્રયોગ પણ કરવામાં આવ્યો હતો, અને રચનાઓની પુષ્ટિ માટે IR, તત્ત્વીય વિશ્લેષણ અને પાઉડર એક્સ-રે વિવર્તન (XRD) પેટર્નનું રીટવેલ્ડ વિશ્લેષણ કરવામાં આવ્યું હતું; આ વિશ્લેષણમાં ઉપયોગમાં લેવાયેલા સોફ્ટવેર હતાં WinPLOTR અને Fullprof¹³. આશ્ચર્યજનક રીતે, ઝિંક એસિટેટ ડાઇહાઇડ્રેટની benzene-1,3,5-tricarboxylic acid (H₃BTC) સાથે પાણીમાં 20% ઇથેનોલ (v/v) માં આસપાસના તાપમાન અને દબાણે 5 min માટે અલ્ટ્રાસોનિક વિકિરણ હેઠળ કરાયેલી પ્રતિક્રિયાથી 1 ની નોંધપાત્ર રીતે ઊંચી ઉપજ મળી હતી (75.3%, H₃BTC ના આધારે). ઉપરાંત, પ્રતિક્રિયા સમય 10 થી 90 min સુધી વધારતાં 1 ની ઉપજ ધીમે ધીમે 78.2% થી 85.3% સુધી વધી હતી. આ પરિણામ સૂચવે છે કે સોનિકેશનનો ઉપયોગ કરીને નોંધપાત્ર ઊંચી ઉપજ સાથે MOF નું ઝડપી સંશ્લેષણ કરી શકાય છે. એ જ સંયોજન MOF 1 ના હાઇડ્રોથર્મલ સંશ્લેષણની તુલનામાં, જે ઊંચા દબાણે 140°C પર 24 h માટે કરવામાં આવે છે, અલ્ટ્રાસોનિક સંશ્લેષણ ઊંચી ઉપજ અને ઓછા ખર્ચ સાથે અત્યંત કાર્યક્ષમ પદ્ધતિ હોવાનું જાણવા મળ્યું છે.
અલ્ટ્રાસાઉન્ડની ગેરહાજરીમાં એ જ પ્રતિક્રિયા માધ્યમમાં આસપાસના તાપમાન અને દબાણે ઝિંક એસિટેટને H3BTC સાથે મિશ્રિત કરવાથી કોઈ ઉત્પાદન મળ્યું ન હોવાથી, એવો નિષ્કર્ષ કાઢી શકાય છે કે MOF 1 ની રચના દરમિયાન સોનિકેશન મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવે છે.
 

સોનિકેશનનો ઉપયોગ કરીને સુપ્રામોલેક્યુલર રચનાઓનું સરળ સંશ્લેષણ – વધુ વાંચો!

તમારી પ્રક્રિયા માટે શ્રેષ્ઠ સોનોકેમિકલ ઉપકરણ શોધો!

Hielscher Ultrasonics શક્તિશાળી અને વિશ્વસનીય અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સ તથા સોનોકેમિકલ રિએક્ટર્સની રચના અને ઉત્પાદનમાં લાંબા સમયનો અનુભવ ધરાવે છે. Hielscher અલ્ટ્રાસોનિક ઉપકરણોની તેની વિશાળ શ્રેણી દ્વારા તમારી ઉપયોગલક્ષી જરૂરિયાતો પૂરી કરે છે – નાના પ્રયોગશાળાનાં ઉપકરણો થી લઈને બેન્ચ પર મૂકવાના અને પાયલોટ અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સ તથા સંપૂર્ણ ઔદ્યોગિક સિસ્ટમો સુધીનાં ઉપકરણો વ્યાવસાયિક સ્તરે સોનોકેમિકલ ઉત્પાદન માટે ઉપલબ્ધ છે. સોનોટ્રોડ્સ, બૂસ્ટર, રિએક્ટર્સ, ફ્લો સેલ્સ, અવાજ નિવારણ બોક્સ અને સહાયક સાધનોની વિશાળ વિવિધતા તમારી સોનોકેમિકલ પ્રતિક્રિયા માટે શ્રેષ્ઠ ગોઠવણી તૈયાર કરવાનું શક્ય બનાવે છે. Hielscher સોનિકેટર્સ ખૂબ મજબૂત હોય છે, 24/7 કામગીરી માટે બનાવવામાં આવે છે અને તેમને માત્ર ખૂબ ઓછી જાળવણીની જરૂર પડે છે.