금속-유기 프레임워크(MOF)의 초음파 준비
- 금속-유기 프레임워크는 금속 이온과 유기 분자로 형성된 화합물로, 1차원, 2차원 또는 3차원 하이브리드 재료가 생성됩니다. 이러한 하이브리드 구조는 다공성 또는 비다공성일 수 있으며 다양한 기능을 제공합니다.
- MOF의 초음파 화학 합성은 금속-유기 결정이 매우 효율적이고 환경 친화적으로 생산되기 때문에 유망한 기술입니다.
- MOF의 초음파 생산은 실험실에서 작은 샘플을 준비하는 것부터 완전한 상업 생산에 이르기까지 선형적으로 확장 할 수 있습니다.
Metal-Organic 프레임워크
결정질 금속-유기 프레임워크(MOF)는 가스 저장, 흡착/분리, 촉매, 흡착제, 자기, 센서 설계 및 약물 전달에 사용할 수 있는 고전성 다공성 재료 범주에 속합니다. MOF는 일반적으로 SBU(Secondary Building Unit)가 유기적 스페이서(리간드)와 연결되어 복잡한 네트워크를 생성하는 자체 조립에 의해 형성됩니다. 유기 스페이서 또는 금속 SBU는 MOF의 다공성을 제어하기 위해 수정할 수 있으며, 이는 특정 응용 분야에 대한 기능 및 유용성과 관련하여 매우 중요합니다.
프로브형 초음파 발생기 – 여기서는 Hielscher 모델 UP400St – MOF와 같은 나노 구조의 합성을 용이하게 합니다.
MOF의 초음파 화학 합성
초음파 조사와 그로 인해 생성되는 캐비테이션은 초음파 화학으로 알려진 화학 반응에 대한 독특한 효과로 잘 알려져 있습니다. 캐비테이션 버블의 격렬한 파열은 과도 온도(5000K), 압력(1800기압), 냉각 속도(10%)가 매우 높은 국부적인 핫스팟을 생성합니다.10Ks 님-1) 및 충격파와 그에 따른 액체 제트. 이러한 캐비테이션 핫스팟에서는 오스트발트 숙성과 같은 결정 핵 형성 및 성장이 유도되고 촉진됩니다. 그러나 이러한 핫스팟은 반응 매체의 온도가 밀리초 이내에 떨어지는 극한의 냉각 속도를 특징으로 하기 때문에 입자 크기가 제한됩니다.
초음파는 상온 및 상압에서 용매를 사용하지 않는 등 온화한 공정 조건에서 MOF를 빠르게 합성하는 것으로 알려져 있습니다. 연구에 따르면 초음파 화학 경로를 통해 MOF를 높은 수율로 비용 효율적으로 생산할 수 있는 것으로 나타났습니다. 마지막으로, MOF의 초음파 화학적 합성은 친환경적이고 친환경적인 방법입니다.
MOF-5의 제조
Wang et al(2011)의 연구에서 Zn4O[1,4-벤젠디카르복실레이트]3 는 초음파 화학 경로를 통해 합성되었습니다. 1.36g H2BDC 및 4.84g Zn(NO3)2·6H2O는 160mL DMF에 내부적으로 용해시켰다. 그런 다음 6.43g TEA를 초음파 조사 하에 혼합물에 첨가했습니다. 2시간 후 무색 침전물을 여과로 포집하고 DMF로 세척하였다. 고체를 진공 상태에서 90°C에서 건조시킨 후 진공 데시케이터에 보관했습니다.
미세 다공성 MOF Cu의 제조3(비트코인)2
Li et al. (2009)는 Cu와 같은 3D 채널을 가진 3 차원 (3-D) 금속-유기 프레임 워크 (MOF)의 효율적인 초음파 합성을보고합니다.3(비트코인)2 (HKUST-1, BTC = 벤젠-1,3,5-트리카르복실레이트). 아세트산 구리와 H의 반응3DMF/EtOH/H의 혼합 용액의 BTC2O (3:1:2, v/v) 에서 초음파 조사 사용 주위 온도 그리고 대기압 때문에 짧은 반응 시간 (5–60분) Cu 제공3(비트코인)2 안으로 높은 수율 (62.6–85.1%). 이 Cu3(비트코인)2 나노 결정은 10-200nm의 크기 범위의 치수를 가지며 이는 훨씬 작은 종래의 solvothermal 방법을 사용하여 합성된 그들보다. 물리화학적 특성, 예를 들어 BET 표면적, 공극 부피 및 수소 저장 용량에서는 Cu 간에 유의한 차이가 없었다3(비트코인)2 초음파법을 사용하여 제조된 나노 결정과 개선된 용매법을 사용하여 얻은 미세결정. 용매 확산 기술, 열수 및 용매 방법과 같은 전통적인 합성 기술과 비교할 때 다공성 MOF의 구성을위한 초음파 방법은 매우 높은 것으로 밝혀졌습니다. 능률적인 그리고 더 환경 친화적 인.
1차원 Mg(II) MOF의 제조
Tahmasian et al. (2013) 보고서 능률적인, 저가그리고 환경 친화적 인 MgII를 기반으로 하는 3D 초분자 금속-유기 프레임워크(MOF)를 생성하는 경로, {[Mg(HIDC)(H2O)2]⋅1.5H2O}N (H3L = 4,5-이미다졸-디카르복실산) 초음파 보조 경로를 사용하여.
나노 구조 {[Mg (HIDC) (H2O)2]⋅1.5H2O}N 는 다음과 같은 초음파 화학적 경로를 통해 합성되었습니다. 나노 크기의 {[Mg(HIDC)(H2O)2]⋅1.5H를 준비하기 위해2O}n (1), 리간드 H 용액 20mL3IDC (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) 선택된 밴드: 3383 (W), 3190 (W), 1607 (BR), 1500 (M), 1390 (S), 1242 (M), 820 (M), 652 (M)).
나노 구조 화합물의 크기 및 형태에 대한 초기 시약의 농도의 효과를 연구하기 위해 위의 공정은 초기 시약의 농도 조건에서 수행되었습니다 : [HL2−] = [mg2+] = 0.025 M.
형광 미세 다공성 MOF의 Sono-Synthesis
Qiu 등(2008)은 형광 미세 다공성 MOF의 빠른 합성을 위한 초음파 화학적 경로를 발견했습니다.3(비트코인)2⋅12시간2O (1)의 나노 결정을 사용하여 유기아민의 선택적 감지를 수행했습니다. 그 결과 초음파 합성이 나노 크기의 MOF에 대한 간단하고 효율적이며 저비용의 환경 친화적인 접근 방식이라는 것이 밝혀졌습니다.
상온과 대기압에서 각각 5분, 10분, 30분, 90분으로 반응 시간을 달리하여 초음파법을 이용하여 MOF 1을 합성하였습니다. 수열법을 사용하여 화합물 1을 합성하는 대조 실험도 수행했으며, WinPLOTR 및 Fullprof를 사용하여 분말 X-선 회절(XRD) 패턴의 IR, 원소 분석 및 리트벨트 분석으로 구조를 확인했습니다.13. 놀랍게도, 아연 아세테이트 이수화물과 벤젠-1,3,5-트리카르복실산(H3BTC)를 에탄올 20%의 물(v/v)에 넣고 상온과 상압에서 5분간 초음파를 조사한 결과, 1을 현저히 높은 수율(75.3%, H3BTC). 또한 반응 시간을 10분에서 90분으로 늘릴수록 1의 수율은 78.2%에서 85.3%로 점차 증가했습니다. 이 결과는 초음파 처리를 통해 MOF의 빠른 합성이 상당히 높은 수율로 실현될 수 있음을 시사합니다. 동일한 화합물 MOF 1을 140°C에서 24시간 동안 고압으로 수행하는 수열 합성과 비교했을 때 초음파 합성은 수율이 높고 비용이 저렴한 고효율 방법임을 알 수 있습니다.
초음파가 없는 상태에서 상온 및 상압의 동일한 반응 매질에서 아세트산 아연과 H3BTC를 혼합하여 생성물을 얻지 못했기 때문에 초음파 처리가 MOF 1의 형성 과정에서 중요한 역할을 한다는 결론을 내릴 수 있습니다.
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금속-유기 프레임워크는 초음파 화학 경로를 통해 효과적으로 합성할 수 있습니다.
문헌 / 참고문헌
- 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.
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- 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.