Metālu-organisko ietvaru (MOF) ultraskaņas sagatavošana
- Metālorganiskie ietvari ir savienojumi, kas veidoti no metāla joniem un organiskām molekulām, lai izveidotu vienu, divu vai trīsdimensiju hibrīdu materiālu. Šīs hibrīdās struktūras var būt porainas vai neporainas un piedāvāt daudzveidīgas funkcijas.
- MOF sonoķīmiskā sintēze ir daudzsološa metode, jo metālorganiskie kristāli tiek ražoti ļoti efektīvi un videi draudzīgi.
- MOF ultraskaņas ražošanu var lineāri palielināt no mazu paraugu sagatavošanas laboratorijā līdz pilnīgai komerciālai ražošanai.
metālorganiskie ietvari
Kristāliskie metālorganiskie ietvari (MOF) ietilpst augsta potenciāla porainu materiālu kategorijā, kurus var izmantot gāzes uzglabāšanā, adsorbcijā / atdalīšanā, katalīzē, kā adsorbentus, magnētismā, sensoru dizainā un zāļu piegādē. MOF parasti veidojas ar pašmontāžu, kur sekundārās ēku vienības (SBU) tiek savienotas ar organiskajām starplikām (ligandiem), lai izveidotu sarežģītus tīklus. Organiskos starplikas vai metāliskos SBU var modificēt, lai kontrolētu MOF porainību, kas ir būtiski attiecībā uz tā funkcijām un lietderību konkrētiem lietojumiem.
MOF sonoķīmiskā sintēze
Ultraskaņas apstarošana un tādējādi radītais Kavitāciju ir labi pazīstami ar savu unikālo ietekmi uz ķīmiskajām reakcijām, kas pazīstamas kā Sonochemistry. Kavitācijas burbuļu vardarbīgā implosija rada lokalizētus karstos punktus ar ārkārtīgi augstu pārejošu temperatūru (5000 K), spiedienu (1800 atm) un dzesēšanas ātrumu (1010Ks-1), kā arī triecienviļņi un no tiem izrietošās šķidruma strūklas. Pie šiem kavitācijas tiek inducēti un veicināti karstie punkti, kristāla nukleācija un augšana, piemēram, Ostvalda nogatavināšanai. Tomēr daļiņu izmērs ir ierobežots, jo šiem karstajiem punktiem ir raksturīgi ārkārtēji dzesēšanas ātrumi, kas nozīmē, ka reakcijas vides temperatūra nokrītas milisekundēs.
Ir zināms, ka ultraskaņa sintezē MOF Strauji zem Vieglas sāpes procesa apstākļi, piemēram, šķīdinātājus nesaturošspie istabas temperatūra un saskaņā ar apkārtējās vides spiediens. Pētījumi liecina, ka MOF var radīt rentabli pie augsta raža pa sonoķīmisko ceļu. Visbeidzot, Sonochemical MOF sintēze ir zaļš, videi draudzīga metode.
MOF-5 sagatavošana
Wang et al pētījumā (2011), Zn4O[1,4-benzoldikarboksilāts]3 tika sintezēts, izmantojot Sonochemical maršruts. 1,36g H2BDC un 4.84g Zn(NO3)2·6H2O tika iliģēti 160 ml DMF. Tad maisījumam ultraskaņas apstarošanā tika pievienota 6,43 g TEA. Pēc 2 stundām bezkrāsainas nogulsnes savāca, filtrējot, un mazgāja ar DMF. Cieto vielu žāvēja vakuumā 90°C temperatūrā un pēc tam uzglabāja vakuumeksikatorā.
Mikroporainā MOF Cu sagatavošana3(BTC)2
(2009) ziņo par efektīvu ultraskaņas sintēzi trīsdimensiju (3-D) metāla–organiskā ietvara (MOF) ar 3-D kanāliem, piemēram, Cu3(BTC)2 (HKUST-1, BTC = benzol-1,3,5-trikarboksilāts). Vara acetāta un H reakcija3BTC JAUKTĀ DMF/EtOH/H šķīdumā2O (3:1:2, v/v) ultraskaņas apstarošanā pie apkārtējā temperatūra un atmosfēras spiediens priekš īss reakcijas laiks (5–60 min) deva Cu3(BTC)2 Programmā augsta raža (62.6–85.1%). Šie Cu3(BTC)2 nanokristālu izmēri ir 10–200 nm, kas ir daudz Mazāku nekā tie, kas sintezēti, izmantojot parasto solvotermisko metodi. Nebija būtisku atšķirību fizikāli ķīmiskajās īpašībās, piemēram, BET virsmas laukumā, poru tilpumā un ūdeņraža uzglabāšanas ietilpībā starp Cu3(BTC)2 Nano-kristāli, kas sagatavoti, izmantojot ultraskaņas metodi, un mikrokristāli, kas iegūti, izmantojot uzlabotu solvotermisko metodi. Salīdzinot ar tradicionālajām sintētiskajām metodēm, piemēram, šķīdinātāju difūzijas tehniku, hidrotermiskajām un solvotermiskajām metodēm, tika konstatēts, ka ultraskaņas metode porainu MOF veidošanai ir ļoti Efektīvu un videi draudzīgāks.
Viendimensijas MG(II) MOF sagatavošana
(2013) ziņo par Efektīvu, zemas izmaksasun videi draudzīgs ceļš, lai iegūtu 3D supramolekulāru metālorganisko sistēmu (MOF), kuras pamatā ir MgII, {[Mg(HIDC)(H2O)2]⋅1.5H2O}N (H3L = 4,5-imidazola-dikarboksilskābe), izmantojot ultrasoniski atbalstītu ceļu.
Nanostrukturēts {[Mg(HIDC)(H2O)2]⋅1.5H2O}N tika sintezēts, izmantojot šādus Sonochemical maršruts. Lai sagatavotu nanosized {[Mg(HIDC)(H2O)2]⋅1,5H2O}n (1), 20 ml liganda H šķīduma3IDC (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) Izvēlētās joslas: 3383 (W), 3190 (W), 1607 (BR), 1500 (m), 1390 (s), 1242 (m), 820 (m), 652 (m)).
Lai izpētītu sākotnējo reaģentu koncentrācijas ietekmi uz nanostrukturētā savienojuma lielumu un morfoloģiju, iepriekš minētie procesi tika veikti šādos sākotnējo reaģentu koncentrācijas apstākļos: [HL2−] = [Mg2+] = 0,025 M.
Fluorescējošu mikroporainu MOF sonosintēze
(2008) atrada Sonochemical fluorescējošā mikroporainā MOF, Zn ātrās sintēzes ceļš3(BTC)2⋅12H2O (1) un selektīva organoamīnu uztveršana, izmantojot 1. nanokristālus. Rezultāti atklāj, ka ultraskaņa sintēze ir vienkārša, efektīva, lēta un videi draudzīga pieeja nanomēroga MOF.
MOF 1 tika sintezēts, izmantojot ultraskaņas metodi Apkārtējā temperatūru un Atmosfēras spiediens dažādiem reakcijas laikiem attiecīgi 5, 10, 30 un 90 min. Tika veikts arī kontroles eksperiments, lai sintezētu savienojumu 1, izmantojot hidrotermisko metodi, un struktūras tika apstiprinātas ar IR, elementu analīzi un Rietveld analīzi pulvera rentgenstaru difrakcijas (XRD) modeļiem, izmantojot WinPLOTR un Fullprof13. Pārsteidzoši, ka cinka acetāta dihidrāta reakcija ar benzol-1,3,5-trikarbonskābi (H3BTC) 20% etanola ūdenī (v / v) ultraskaņas apstarošanā apkārtējās vides temperatūrā un spiedienā 5 min deva 1 in ievērojami augsta raža (75,3%, pamatojoties uz H3BTC). Arī 1 raža pakāpeniski palielinājās no 78,2% līdz 85,3%, palielinot reakcijas laiku no 10 līdz 90 min. Šis rezultāts liek domāt, ka ātra sintēze no MOF var realizēt ievērojami augsta raža izmantojot ultraskaņas metodi. Salīdzinot ar tā paša savienojuma MOF 1 hidrotermisko sintēzi, kas tiek veikta 140 ° C temperatūrā augstā spiedienā 24 stundas,12 tiek konstatēts, ka ultraskaņas sintēze ir ļoti efektīva metode ar augstu ražu un zemas izmaksas.
Tā kā neviens produkts nav iegūts, sajaucot cinka acetātu ar H3BTC tajā pašā reakcijas vidē apkārtējās vides temperatūrā un spiedienā, ja nav ultraskaņas, Ultraskaņas apstrāde jāspēlē svarīgs loma MOF 1 veidošanās laikā.
Ultraskaņas procesi: No Lab līdz Rūpniecības Mērogs
Sonochemical aprīkojums
Hielscher Ultrasonics ir ilgstoša pieredze spēcīgu un uzticamu ultrasonikatoru un sonochemical reaktoru projektēšanā un ražošanā. Hielscher aptver jūsu lietojumprogrammu prasības ar plašu ultraskaņas ierīču klāstu – no mazām laboratorijas ierīces pār Soliņa augšdaļa un pilots Ultrasonicators līdz pilnam-rūpnieciskās sistēmas sonochemical ražošanai komerciālā mērogā. Liels sonotrodes, pastiprinātāju, reaktoru, plūsmas šūnu, trokšņu slāpēšanas kārbu un piederumu klāsts ļauj konfigurēt optimālu iestatīšanu jūsu Sonochemical reakcija. Hielscher ultraskaņas ierīces ir ļoti Robustas, kas radīts 24/7 darbība un nepieciešama tikai ļoti maza apkope.
Metāla-organiskos Framworks var efektīvi sintezēt, izmantojot sonochemical ceļu
Ultrasonicator UIP1000hd ar sonochemical reaktoru
Literatūra/Atsauces
- Dejs, Čandans; Kundu,Tanay; Biswal, Bishnu P.; Mallick, Arijit; Banerjee, Rahul (2014): Kristāliskie metālorganiskie ietvari (MOF): sintēze, struktūra un funkcija. Acta Crystallographica B sadaļa 70, 2014. 3-10.
- Hašemi, Lida; Morsali, Ali; Jilmazs, Veisels T.; Büyükgüngor, Orhan; Khavasi, Hamids Reza; Ashouri, Fatemeh; Bagherzadeh, Mojtaba (2014): Sonochemical sintēzes no diviem nanoizmēra svina(II) metāla–organiskiem ietvariem; pielietojums katalīzei un svina(II) oksīda nanodaļiņu sagatavošanai. Molekulārās struktūras žurnāls 1072, 2014. 260-266.
- Li, Zong-Qun; Qiu, Ling-Guang; Xu, Tao; Vu, Jūna; Vanags, Vejs; Wu, Zhen-Yu; Dzjans, Sja (2009): Mikroporainā metāla–organiskā ietvara Cu3(BTC)2 ultraskaņas sintēze apkārtējās vides temperatūrā un spiedienā: Efektīva un videi draudzīga metode. Materiāli Vēstules 63/1, 2009. 78-80.
- Qiu, Ling-Guang; Li, Zong-Qun; Vu, Jūna; Vanags, Vejs; Xu, Tao; Dzjans, Sja (2008): Mikroporaina metāla–organiska ietvara nanokristālu facile sintēze ar ultraskaņas metodi un selektīvu organoamīnu uztveršanu. Ķīmiskā komunikācija 2008, 3642–3644.
- Stock, Norberts; Biswas, Syam (2012): Metāla-organisko ietvaru (MOF) sintēze: ceļi uz dažādām MOF topoloģijām, morfoloģijām un kompozītmateriāliem. Chemical Review 112/2, 2012. 933–969.
- Suslick, Kenneth S. (red.) (1988): Ultraskaņa: tās ķīmiskā, fizikālā un bioloģiskā iedarbība. VCH: Veinheima, Vācija. 1988.
- Tahmasian, Arineh; Morsali, Ali; Joo, Sang Woo (2013): Sonochemical Syntheses of a One-Dimensional Mg(II) Metal-Organic Framework: Jauns prekursors MgO viendimensijas nanostruktūras sagatavošanai. Nanomateriālu žurnāls 2013.
- Tompsons, Džošua A.; Čepmena, Karena V.; Koross, Viljams J.; Džonss, Kristofers V.; Nair, Sankar (2012):Ultraskaņas inducēta Ostvalda ZIF-8 nanodaļiņu nogatavināšana un ZIF-8/polimēru kompozītu membrānu veidošanās. Mikroporaini un mezopozi materiāli 158, 2012. 292-299.
- Vangs, LiPings; Sjao, Bins; Vangs, GongYing; Wu, JiQian (2011): Polikarbonāta diola sintēze, ko katalizē metālorganiskā sistēma Zn4O[CO2-C6H4-CO2]3. Zinātne Ķīna Ķīmija 54/9, 2011. 1468-1473.