მეტალო-ორგანული ჩარჩოების ულტრაბგერითი მომზადება (MOFs)
- ლითონ-ორგანული ჩარჩოები არის ნაერთები, რომლებიც წარმოიქმნება ლითონის იონებისა და ორგანული მოლეკულებისგან ისე, რომ იქმნება ერთი, ორგანზომილებიანი ან სამგანზომილებიანი ჰიბრიდული მასალა. ეს ჰიბრიდული სტრუქტურები შეიძლება იყოს ფოროვანი ან არაფოროვანი და გვთავაზობენ მრავალმხრივ ფუნქციებს.
- MOF-ების სონოქიმიური სინთეზი პერსპექტიული ტექნიკაა, რადგან ლითონის ორგანული კრისტალები წარმოიქმნება ძალიან ეფექტური და ეკოლოგიურად სუფთა.
- MOF-ების ულტრაბგერითი წარმოება შეიძლება წრფივად გაფართოვდეს ლაბორატორიაში მცირე ნიმუშების მომზადებიდან სრულ კომერციულ წარმოებამდე.
ლითონის ორგანული ჩარჩოები
კრისტალური მეტალო-ორგანული ჩარჩოები (MOF) მიეკუთვნება მაღალი პოტენციალის ფოროვანი მასალების კატეგორიას, რომლებიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას გაზის შესანახად, ადსორბცია/გამოყოფაში, კატალიზში, როგორც ადსორბენტები, მაგნიტიზმში, სენსორის დიზაინში და წამლების მიწოდებაში. MOF-ები, როგორც წესი, იქმნება თვითშეკრებით, სადაც მეორადი შენობის ერთეულები (SBUs) დაკავშირებულია ორგანულ სპაზერებთან (ლიგანდებთან) რთული ქსელების შესაქმნელად. ორგანული სპაზერები ან მეტალის SBU-ები შეიძლება შეიცვალოს MOF-ის ფორიანობის კონტროლის მიზნით, რაც გადამწყვეტია მის ფუნქციონალებთან და მის სარგებლობასთან დაკავშირებით კონკრეტული აპლიკაციებისთვის.
ზონდის ტიპის Sonicators – აქ არის Hielscher-ის მოდელი UP400St – ხელს უწყობს ნანოსტრუქტურების, როგორიცაა MOF-ები, სინთეზს.
MOF-ების სონოქიმიური სინთეზი
ულტრაბგერითი დასხივება და მისგან წარმოქმნილი კავიტაცია კარგად არის ცნობილი ქიმიურ რეაქციებზე თავისი უნიკალური ეფექტით, რომელიც ცნობილია როგორც სონოქიმია. კავიტაციის ბუშტების ძალადობრივი აფეთქება წარმოქმნის ლოკალიზებულ ცხელ წერტილებს უკიდურესად მაღალი გარდამავალი ტემპერატურით (5000 K), წნევით (1800 ატმ) და გაგრილების სიჩქარით (1010კს-1), ასევე დარტყმითი ტალღები და შედეგად წარმოქმნილი სითხის ჭავლები. ამ კავიტაციური ცხელ წერტილებში, კრისტალის ბირთვის წარმოქმნა და ზრდა, მაგალითად, ოსტვალდის დამწიფებით, ინდუცირებული და ხელშეწყობილია. თუმცა, ნაწილაკების ზომა შეზღუდულია, რადგან ეს ცხელი წერტილები ხასიათდება ექსტრემალური გაგრილების სიჩქარით, რაც იმას ნიშნავს, რომ რეაქციის გარემოს ტემპერატურა მილიწამებში ეცემა.
ცნობილია, რომ ულტრაბგერითი მეთოდით MOF-ები სწრაფად სინთეზირდება რბილი პროცესის პირობებში, როგორიცაა გამხსნელის გარეშე, ოთახის ტემპერატურაზე და გარემოს წნევის ქვეშ. კვლევებმა აჩვენა, რომ MOF-ების წარმოება შესაძლებელია ეკონომიურად მაღალი მოსავლიანობით ულტრაბგერითი ქიმიური გზით. და ბოლოს, MOF-ების ულტრაბგერითი ქიმიური სინთეზი არის ეკოლოგიურად სუფთა, ეკოლოგიურად სუფთა მეთოდი.
MOF-5-ის მომზადება
Wang et al-ის (2011) კვლევაში Zn4O[1,4-ბენზოლედიკარბოქსილატი]3 სინთეზირებული იყო ულტრაბგერითი გზით. 1.36 გ H2BDC და 4,84გ Zn(NO3)2· 6სთ2O თავდაპირველად იხსნება 160 მლ DMF-ში. შემდეგ ნარევს დაემატა 6.43 გ ჩაი ულტრაბგერითი დასხივების ქვეშ. 2 საათის შემდეგ უფერო ნალექი შეგროვდა ფილტრაციით და გარეცხილი იყო DMF-ით. მყარი აშრობდა 90°C-ზე ვაკუუმში და შემდეგ ინახებოდა ვაკუუმ დეზიკატორში.
მიკროფოროვანი MOF Cu-ს მომზადება3(BTC)2
ლი და სხვ. (2009) მოხსენება ეფექტური ულტრაბგერითი სინთეზის სამგანზომილებიანი (3-D) მეტალ-ორგანული ჩარჩოს (MOF) 3-D არხებით, როგორიცაა Cu3(BTC)2 (HKUST-1, BTC = ბენზოლ-1,3,5-ტრიკარბოქსილატი). სპილენძის აცეტატის და ჰ3BTC DMF/EtOH/H შერეულ ხსნარში2O (3:1:2, ვ/ვ) ულტრაბგერითი დასხივების ქვეშ გარემო ტემპერატურა და ატმოსფერული წნევა ამისთვის მოკლე რეაქციის დრო (5–60 წთ) მისცა Cu3(BTC)2 In მაღალი სარგებელი (62,6–85,1%). ეს Cu3(BTC)2 ნანოკრისტალებს აქვთ ზომები 10-200 ნმ დიაპაზონში, რაც ბევრად უფრო პატარა ვიდრე ჩვეულებრივი სოლვოთერმული მეთოდით სინთეზირებული. არ იყო მნიშვნელოვანი განსხვავებები ფიზიკურ-ქიმიურ თვისებებში, მაგ., BET ზედაპირის ფართობზე, ფორების მოცულობასა და წყალბადის შენახვის შესაძლებლობებში, Cu-ს შორის.3(BTC)2 ულტრაბგერითი მეთოდით მომზადებული ნანოკრისტალები და გაუმჯობესებული სოლვოთერმული მეთოდით მიღებული მიკროკრისტალები. ტრადიციულ სინთეზურ მეთოდებთან შედარებით, როგორიცაა გამხსნელების დიფუზიის ტექნიკა, ჰიდროთერმული და ხსნართერმული მეთოდები, აღმოჩნდა, რომ ულტრაბგერითი მეთოდი ფოროვანი MOF-ების მშენებლობისთვის ძალიან მაღალი იყო. ეფექტური და უფრო ეკოლოგიურად სუფთა.
ერთგანზომილებიანი Mg(II) MOF-ის მომზადება
თაჰმასიანი და სხვ. (2013) ანგარიში ან ეფექტური, დაბალი ფასი, და ეკოლოგიურად სუფთა მარშრუტი 3D სუპრამოლეკულური მეტალ-ორგანული ჩარჩოს (MOF) წარმოებისთვის MgII, {[Mg(HIDC)(H2ო)2]⋅1,5სთ2O}ნ (H3L = 4,5-imidazole-dicarboxylic acid) ულტრაბგერითი დახმარებით.
ნანოსტრუქტურირებული {[Mg(HIDC)(H2ო)2]⋅1,5სთ2O}ნ სინთეზირებული იქნა შემდეგი ულტრაბგერითი გზით. ნანოზომის {[Mg(HIDC)(H2O)2]⋅1.5H-ის მოსამზადებლად2O}n (1), 20 მლ ლიგანდის H ხსნარი3IDC (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) შერჩეული ზოლები: 3383 (w), 3190 (w), 1607 (br), 1500 (m), 1390 (s), 1242 (m), 820 (m), 652 (m)).
ნანოსტრუქტურული ნაერთის ზომასა და მორფოლოგიაზე საწყისი რეაგენტების კონცენტრაციის გავლენის შესასწავლად ზემოაღნიშნული პროცესები ჩატარდა საწყისი რეაგენტების შემდეგი კონცენტრაციის პირობებში: [HL2−] = [Mg2+] = 0,025 მ.
ფლუორესცენტური მიკროფოროვანი MOF-ების სონო-სინთეზი
ციუმ და სხვებმა (2008) აღმოაჩინეს ულტრაბგერითი მეთოდი ფლუორესცენტული მიკროფოროვანი MOF-ის, Zn-ის სწრაფი სინთეზისთვის.3(BTC)2⋅12სთ2O (1) და ორგანოამინების შერჩევითი ზონდირება 1-ის ნანოკრისტალების გამოყენებით. შედეგები აჩვენებს, რომ ულტრაბგერითი სინთეზი ნანომასშტაბიანი MOF-ების მარტივი, ეფექტური, დაბალფასიანი და ეკოლოგიურად სუფთა მიდგომაა.
MOF 1 სინთეზირებული იქნა ულტრაბგერითი მეთოდით, გარემოს ტემპერატურასა და ატმოსფერულ წნევაზე, სხვადასხვა რეაქციის დროის შესაბამისად 5, 10, 30 და 90 წუთის განმავლობაში. ასევე ჩატარდა საკონტროლო ექსპერიმენტი ნაერთი 1-ის სინთეზირებისთვის ჰიდროთერმული მეთოდის გამოყენებით და სტრუქტურები დადასტურდა ინფრაწითელი, ელემენტარული ანალიზით და ფხვნილის რენტგენის დიფრაქციის (XRD) ნიმუშების რიტველდის ანალიზით WinPLOTR-ისა და Fullprof-ის გამოყენებით.13. გასაკვირია, თუთიის აცეტატის დიჰიდრატის რეაქცია ბენზენ-1,3,5-ტრიკარბოქსილის მჟავასთან (H3BTC) წყალში 20%-იან ეთანოლში (v/v) ულტრაბგერითი დასხივების ქვეშ, გარემოს ტემპერატურასა და წნევაზე 5 წუთის განმავლობაში, იძლევა 1-ს საოცრად მაღალი მოსავლიანობით (75.3%, H2-ზე დაყრდნობით).3BTC). ასევე, 1-ის მოსავლიანობა თანდათან გაიზარდა 78.2%-დან 85.3%-მდე რეაქციის დროის 10-დან 90 წუთამდე გაზრდით. ეს შედეგი მიუთითებს, რომ MOF-ის სწრაფი სინთეზი შეიძლება განხორციელდეს მნიშვნელოვნად მაღალი მოსავლიანობით ულტრაბგერითი მეთოდით. იმავე ნაერთის MOF 1-ის ჰიდროთერმულ სინთეზთან შედარებით, რომელიც ხორციელდება 140°C ტემპერატურაზე მაღალი წნევის ქვეშ 24 საათის განმავლობაში, ულტრაბგერითი სინთეზი წარმოადგენს მაღალეფექტურ მეთოდს მაღალი მოსავლიანობით და დაბალი ღირებულებით.
ვინაიდან თუთიის აცეტატის H3BTC-თან შერევით ერთსა და იმავე რეაქციულ გარემოში, გარემოს ტემპერატურასა და წნევაზე ულტრაბგერის არარსებობისას, პროდუქტი არ იქნა მიღებული, შეგვიძლია დავასკვნათ, რომ ულტრაბგერითი დამუშავება მნიშვნელოვან როლს ასრულებს MOF 1-ის წარმოქმნის დროს.
სუპრამოლეკულური სტრუქტურების მარტივი სინთეზი სონიკაციის გამოყენებით – დაწვრილებით!
იპოვეთ საუკეთესო სონოქიმიური აღჭურვილობა თქვენი პროცესისთვის!
Hielscher Ultrasonics-ს აქვს დიდი ხნის გამოცდილება მძლავრი და საიმედო ულტრაბგერითი და სონოქიმიური რეაქტორების დიზაინსა და წარმოებაში. Hielscher მოიცავს თქვენი განაცხადის მოთხოვნებს ულტრაბგერითი მოწყობილობების ფართო სპექტრით – პატარადან ლაბორატორიული მოწყობილობები დასრულდა სკამი-ტოპი და პილოტი ულტრაბგერითი აპარატები სრულ-სამრეწველო სისტემები კომერციული მასშტაბით სონოქიმიური წარმოებისთვის. სონოტროდების, გამაძლიერებლების, რეაქტორების, ნაკადის უჯრედების, ხმაურის გაუქმების ყუთების და აქსესუარების ფართო არჩევანი საშუალებას გაძლევთ დააკონფიგურიროთ თქვენი სონოქიმიური რეაქციისთვის ოპტიმალური კონფიგურაცია. Hielscher-ის სონიკატორები ძალიან მტკიცეა, აგებულია 24/7 მუშაობისთვის და საჭიროებენ მხოლოდ ძალიან მცირე მოვლას.
მეტალო-ორგანული ჩარჩოები შეიძლება ეფექტურად სინთეზირდეს sonochemical მარშრუტით
ლიტერატურა / ლიტერატურა
- Alireza Zirehpour, Ahmad Rahimpour, Mathias Ulbricht (2017): Nano-sized metal organic framework to improve the structural properties and desalination performance of thin film composite forward osmosis membrane. Journal of Membrane Science, Volume 531, 2017. 59-67.
- Maryam Jouyandeh, Henri Vahabi, Mohammad Reza Saeb, Christian Serre (2021): Amine-functionalized metal–organic frameworks/epoxy nanocomposites: Structure-properties relationships. Journal of Applied Polymer Science, Volume138, Issue39, October 15, 2021.
- Farideh Abbasloo, Seyed Abdolmajid Khosravani, Mehrorang Ghaedi, Kheibar Dashtian, Ebrahim Hosseini, Leila Manzouri, Seyed Sajjad Khorramrooz, Asghar Sharifi, Ramin Jannesar, Farzad Sadri (2018): Sonochemical-solvothermal synthesis of guanine embedded copper based metal-organic framework (MOF) and its effect on oprD gene expression in clinical and standard strains of Pseudomonas aeruginosa. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 42, 2018. 237-243.
- Qiu, Ling-Guang; Li, Zong-Qun; Wu, Yun; Wang, Wei; Xu, Tao; Jiang, Xia (2008): Facile synthesis of nanocrystals of a microporous metal–organic framework by an ultrasonic method and selective sensing of organoamines. Chemical Communication 2008, 3642–3644.