הכנה אולטראסונית של מסגרות מתכת-אורגניות (MOFs)
- מסגרות מתכת-אורגניות הן תרכובות הנוצרות מיוני מתכת ומולקולות אורגניות, כך שנוצר חומר היברידי חד-ממדי, דו-ממדי או תלת-ממדי. מבנים היברידיים אלה יכולים להיות נקבוביים או לא נקבוביים ולהציע פונקציות רבות.
- הסינתזה הסונוכימית של MOFs היא טכניקה מבטיחה מכיוון שהגבישים המתכתיים-אורגניים מיוצרים יעילים מאוד וידידותיים לסביבה.
- הייצור העל-קולי של MOFs יכול להיות בקנה מידה ליניארי מהכנת דגימות קטנות במעבדה לייצור מסחרי מלא.
מסגרות מתכת-אורגניות
מסגרות מתכת-אורגניות גבישיות (MOFs) שייכות לקטגוריה של חומרים נקבוביים בעלי פוטנציאל גבוה, אשר יכולים לשמש באחסון גז, ספיחה/הפרדה, קטליזה, כחומרים סופחים, במגנטיות, תכנון חיישנים ואספקת תרופות. MOFs נוצרים בדרך כלל על ידי הרכבה עצמית שבה יחידות בניין משניות (SBUs) מתחברות עם ספייסרים אורגניים (ליגנדות) כדי ליצור רשתות מורכבות. ניתן לשנות את הספייסרים האורגניים או את ה-SBUs המתכתיים על מנת לשלוט בנקבוביות של ה-MOF, שהיא קריטית לגבי הפונקציות שלו והתועלת שלו עבור יישומים מסוימים.
סינתזה סונוכימית של MOFs
קרינה קולית ובכך נוצר קוויטציה ידועים בהשפעותיהם הייחודיות על תגובות כימיות, הידועות בשם סונוכימיה. הקריסה האלימה של בועות קוויטציה יוצרת נקודות חמות מקומיות עם טמפרטורות ארעיות גבוהות במיוחד (5000 K), לחצים (1800 אטמוספירה) וקצבי קירור (1010ק"ש-1) כמו גם גלי הלם וסילונים נוזליים כתוצאה מכך. באלה קוויטציה נקודות חמות, התגרענות הגבישים וצמיחתם, למשל על ידי הבשלת אוסטוולד, מושרים ומקודמים. עם זאת, גודל החלקיקים מוגבל מכיוון שנקודות חמות אלה מאופיינות בקצב קירור קיצוני, כלומר הטמפרטורה של תווך התגובה יורדת תוך אלפיות השנייה.
אולטרסאונד ידוע לסנתז MOFs במהירות מתחת מתון תנאי תהליך, כגון ללא ממסיםב- טמפרטורת החדר ותחת לחץ סביבתי. מחקרים הראו כי ניתן לייצר MOFs חסכוני ב- תשואה גבוהה דרך מסלול סונוכימי. לבסוף, סונוכימיקלים סינתזה של MOFs היא ירוקשיטה ידידותית לסביבה.,
הכנת MOF-5
במחקר של וואנג ואחרים (2011), Zn4O[1,4-בנזנדיקרבוקסילט]3 סונתז באמצעות סונוכימיקלים מסלול. 1.36 גרם ג'2BDC ו- 4.84 גרם Zn(NO3)2·6 שעות2O הומסו באופן ראשוני ב-DMF של 160 מ"ל. ואז 6.43g TEA נוסף לתערובת תחת קרינה קולית. לאחר שעתיים המשקע חסר הצבע נאסף על ידי סינון ונשטף על ידי DMF. המוצק יובש ב-90 מעלות צלזיוס בוואקום ולאחר מכן אוחסן במייבש ואקום.
הכנת MOF Cu מיקרונקבובי3(BTC)2
Li et al. (2009) מדווחים על סינתזה קולית יעילה של מסגרת מתכת-אורגנית תלת-ממדית (3-D) עם ערוצים תלת-ממדיים, כגון Cu3(BTC)2 (HKUST-1, BTC = בנזן-1,3,5-טריקרבוקסילט). התגובה של cupric אצטט ו H3BTC בתמיסה מעורבת של DMF/EtOH/H2O (3:1:2, v/v) תחת קרינה קולית ב- טמפרטורת הסביבה ו לחץ אטמוספרי בשביל זמני תגובה קצרים (5-60 דקות) נתן לקו3(BTC)2 ב תשואה גבוהה (62.6–85.1%). אלה cu3(BTC)2 לננו-גבישים יש ממדים של טווח גדלים של 10-200 ננומטר, שהם הרבה קטן מאשר אלה מסונתזים בשיטה Solvothermal קונבנציונאלי. לא היו הבדלים משמעותיים בתכונות פיסיקוכימיות, כגון שטח הפנים של BET, נפח הנקבוביות וקיבולת אחסון המימן, בין Cu3(BTC)2 ננו-גבישים שהוכנו בשיטה קולית והמיקרו-גבישים המתקבלים בשיטה סולוותתרמית משופרת. בהשוואה לטכניקות סינתטיות מסורתיות, כגון טכניקת פיזור ממסים, שיטות הידרותרמיות וסולבותרמיות, השיטה העל-קולית לבניית MOFs נקבוביים נמצאה כגבוהה יעיל ו ידידותי יותר לסביבה.
הכנת MOF Mg(II) חד מימדי
Tahmasian et al. (2013) מדווחים על יעיל, עלות נמוכהו ידידותי לסביבה מסלול לייצור מסגרת מתכתית-אורגנית תלת-ממדית על-מולקולרית (MOF) המבוססת על MgII, {[Mg(HIDC)(H2O)2]⋅1.5H2O}N (H3L = 4,5-imidazole-dicarboxylic acid) באמצעות מסלול בסיוע אולטרה-סאונד.
ננו-מובנה {[Mg(HIDC)(H2O)2]⋅1.5H2O}N סונתז באמצעות הדברים הבאים סונוכימיקלים מסלול. כדי להכין ננומטרי {[Mg(HIDC)(H2O)2]⋅1.5H2O}n (1), 20 מ"ל של תמיסה של ליגנד 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) פסים נבחרים: 3383 (W), 3190 (W), 1607 (BR), 1500 (M), 1390 (S), 1242 (M), 820 (M), 652 (M)).
לצורך חקר השפעת הריכוז של ריאגנטים ראשוניים על גודל ומורפולוגיה של תרכובת ננו-מבנית, התהליכים הנ"ל נעשו בתנאי הריכוז הבאים של ריאגנטים ראשוניים: [HL2−] = [Mg2+] = 0.025 M.
סונו-סינתזה של MOFs מיקרו-נקבוביים פלואורסצנטיים
Qiu et al. (2008) מצאו סונוכימיקלים מסלול לסינתזה מהירה של MOF מיקרו-נקבובי פלואורסצנטי, Zn3(BTC)2⋅12H2O (1) וחישה סלקטיבית של אורגנואמינים באמצעות ננו-גבישים של 1. התוצאות חושפות כי קולי סינתזה היא גישה פשוטה, יעילה, זולה וידידותית לסביבה ל- MOFs ננומטריים.
MOF 1 סונתז בשיטה אולטראסונית ב אווירה טמפרטורה ו האטמוספירה לחץ לזמני תגובה שונים של 5, 10, 30 ו-90 דקות, בהתאמה. ניסוי בקרה בוצע גם כדי לסנתז את תרכובת 1 בשיטה הידרותרמית, והמבנים אושרו על ידי IR, ניתוח יסודות וניתוח Rietveld של תבניות עקיפה של קרני רנטגן אבקה (XRD) באמצעות WinPLOTR ו Fullprof13. באופן מפתיע, התגובה של אבץ אצטט דיהידרט עם חומצה בנזן-1,3,5-טריקרבוקסילית (H3BTC) ב 20% של אתנול במים (v/v) תחת קרינה קולית בטמפרטורת הסביבה ולחץ במשך 5 דקות נתן 1 ב מדהים תשואה גבוהה (75.3%, מבוסס על H3BTC). כמו כן, התשואה של 1 עלתה בהדרגה מ 78.2% ל 85.3% עם הגדלת זמן התגובה מ 10 ל 90 דקות. תוצאה זו מצביעה על כך ש סינתזה מהירה של MOF ניתן לממש באופן משמעותי תשואה גבוהה בשיטה קולית. בהשוואה לסינתזה הידרותרמית של אותה תרכובת MOF 1, המתבצעת ב 140 מעלות צלזיוס בלחץ גבוה במשך 24 שעות,12 סינתזה קולית נמצאה כשיטה יעילה ביותר עם תפוקה גבוהה ו עלות נמוכה.
מכיוון שלא התקבל מוצר על ידי ערבוב אבץ אצטט עם H3BTC באותו מדיום תגובה בטמפרטורת הסביבה ולחץ בהיעדר אולטרסאונד, סוניקציה חייב לשחק חשוב תפקיד במהלך היווצרות MOF 1.
ציוד סונוכימי
Hielscher Ultrasonics יש ניסיון רב שנים בתכנון וייצור של ultrasonicators חזק ואמין כורים sonochemical. Hielscher מכסה את דרישות היישום שלך עם מגוון רחב של מכשירים קוליים – מ קטן מכשירי מעבדה מעל ספסל עליון ו טייס אולטרסאונד עד מלא-מערכות תעשייתיות לייצור סונוכימי בקנה מידה מסחרי. מגוון רחב של סונוטרודים, בוסטר, כורים, תאי זרימה, תיבות ביטול רעשים ואביזרים מאפשרים להגדיר את ההגדרה האופטימלית עבור סונוכימיקלים התגובה. המכשירים האולטרסוניים של Hielscher הם מאוד חזקיםבנוי עבור, 24/7 תפעול וצריך רק מעט מאוד תחזוקה.
מתכת-אורגנית Framworks ניתן לסנתז ביעילות באמצעות מסלול סונוכימי
אולטרסוניקטור UIP1000hd עם כור סונוכימי
ספרות/מקורות
- דיי, צ'אנדן; קונדו, טנאי; ביסוול, בישנו פ'; מליק, אריג'יט; בנרג'י, רהול (2014): מסגרות מתכת-אורגניות גבישיות (MOFs): סינתזה, מבנה ותפקוד. Acta Crystallographica סעיף B 70, 2014. 3-10.
- האשמי, לידה; מורסלי, עלי; ילמז, ויזל ט'; Büyükgüngor, Orhan; חוואסי, חמיד רזא; אשורי, פאטמה; בגרזאדה, מוג'תבא (2014): סינתזות סונוכימיות של שתי מסגרות מתכתיות-אורגניות עופרת (II) בגודל ננומטרי; יישום לקטליזה והכנת ננו-חלקיקי תחמוצת עופרת (II). כתב עת למבנה מולקולרי 1072, 2014. 260-266.
- לי, זונג-קון; צ'יו, לינג-גואנג; שו, טאו; וו, יון; וואנג, ווי; וו, ג'ן-יו; ג'יאנג, שיה (2009): סינתזה על-קולית של המסגרת המיקרו-נקבובית המתכתית-אורגנית Cu3(BTC)2 בטמפרטורת הסביבה ובלחץ: שיטה יעילה וידידותית לסביבה. חומרים מכתבים 63/1, 2009. 78-80.
- צ'יו, לינג-גואנג; לי, זונג-קון; וו, יון; וואנג, ווי; שו, טאו; ג'יאנג, שיה (2008): סינתזה קלה של ננו-גבישים של מסגרת מתכתית-אורגנית מיקרו-נקבובית בשיטה על-קולית וחישה סלקטיבית של אורגנואמינים. תקשורת כימית 2008, 3642–3644.
- סטוק, נורברט; ביסוואס, סיאם (2012): סינתזה של מסגרות מתכת-אורגניות (MOFs): מסלולים לטופולוגיות, מורפולוגיות ומרוכבים שונים של MOF. סקירה כימית 112/2, 2012. 933–969.
- סוסליק, קנת ס. (עורך) (1988): אולטרסאונד: השפעותיו הכימיות, הפיזיות והביולוגיות. VCH: Weinheim, גרמניה. 1988.
- תחמסיאן, ארינה; מורסלי, עלי; ג'ו, סאנג וו (2013): סינתזות סונוכימיות של מסגרת מתכתית-אורגנית חד-ממדית Mg(II): קודמן חדש להכנת ננו-מבנה חד-ממדי של MgO. כתב עת לננו-חומרים 2013.
- תומפסון, יהושע א'; צ'פמן, קארנה וו.; קורוס, ויליאם ג'יי; ג'ונס, כריסטופר וו.; Nair, Sankar (2012):הבשלת אוסטוולד המושרה על ידי סוניקציה של ננו-חלקיקי ZIF-8 והיווצרות של ממברנות מרוכבות ZIF-8/פולימר. חומרים מיקרו-נקבוביים ומזופוריים 158, 2012. 292-299.
- וואנג, ליפינג; שיאו, פח; וואנג, גונג-יינג; וו, ג'יצ'יאן (2011): סינתזה של דיול פוליקרבונט מזורז על ידי מסגרת מתכתית-אורגנית Zn4O[CO]2-ג6H4-CO2]3. מדע סין כימיה 54/9, 2011. 1468-1473.