Hielscher ultralydteknologi

Ultralydforberedelse av metall-organiske rammer (MOFs)

  • Metall-organiske rammer er forbindelser dannet av metallioner og organiske molekyler, slik at et en-, to- eller tredimensjonalt hybridmateriale opprettes. Disse hybridstrukturer kan være porøse eller ikke-porøse og tilby mangefunksjoner.
  • Den sonokemiske syntesen av MOFs er en lovende teknikk som metall-organiske krystaller produseres svært effektivt og miljøvennlig.
  • Ultralydproduksjonen av MOFs kan være lineært oppskalert fra utarbeidelsen av små prøver i laboratoriet til full kommersiell produksjon.

Metall-organiske rammer

Krystallinske metall-organiske rammer (MOFs) faller innenfor kategorien av høypotensielle porøse materialer, som kan brukes i gasslagring, adsorpsjon / separering, katalyse, som adsorbenter, i magnetisme, sensordesign og medikamentlevering. MOFs dannes vanligvis ved selvmontering der sekundære bygningsenheter (SBUer) blir forbundet med organiske mellomrom (ligander) for å skape komplekse nettverk. De organiske avstandsstykkene eller de metalliske SBUene kan modifiseres for å styre porøsiteten til MOF, som er avgjørende for dets funksjonalitet og dets anvendelighet for spesielle anvendelser.

Sonokemisk syntese av MOFs

Ultralydbestråling og dermed generert kavitasjon er kjent for sine unike effekter på kjemiske reaksjoner, kjent som sonochemistry. Den voldsomme implosjonen av kavitasjonsbobler genererer lokaliserte hot spots med over høye forbigående temperaturer (5000 K), trykk (1800 atm) og kjølehastigheter (1010Ks-1) samt støtbølger og resulterende væskestråler. På disse Kavitasjon hot spots, krystallkjerne og vekst, for eksempel ved Ostwald modning, induceres og fremmes. Imidlertid er partikkelstørrelsen begrenset, da de varme flekkene er preget av ekstreme avkjølingshastigheter, noe som betyr at temperaturen i reaksjonsmediet faller innenfor millisekunder.
Ultralyd er kjent for å syntetisere MOFs hurtig Under Mild prosessforhold, for eksempel løsningsmiddelfrie, på romtemperatur og under omgivelsestrykk. Studier har vist at MOFs kan produseres kostnadseffektivthøyt utbytte via sonokemisk rute. Endelig, den sonokjemisk syntese av MOF er en grønn, miljøvennlig metode.

Fremstilling av MOF-5

I studien av Wang et al. (2011), Zn4O [1,4-benzenedicarboxylate]3 ble syntetisert via sonokjemisk rute. 1,36 g H2BDC og 4,84 g Zn (NO3)2· 6H2O ble oppløst oppløst i 160 ml DMF. Deretter ble 6,43 g TEA tilsatt til blandingen under ultralydbestråling. Etter 2 timer ble det fargeløse bunnfall oppsamlet ved filtrering og vasket med DMF. Faststoffet ble tørket ved 90 ° C i vakuum og deretter lagret i en vakuum-desikator.

Fremstilling av mikroporøs MOF Cu3BTC2

Li et al. (2009) rapporterer effektiv ultralydssyntese av tredimensjonal (3-D) metallorganisk rammeverk (MOF) med 3-D-kanaler, som for eksempel Cu3BTC2 (HKUST-1, BTC = benzen-1,3,5-trikarboksylat). Reaksjonen av cuprikacetat og H3BTC i en blandet oppløsning av DMF / EtOH / H2O (3: 1: 2, volum / volum) under ultralydbestråling på omgivelsestemperatur og atmosfærisk trykk til korte reaksjonstider (5-60 min) ga Cu3BTC2 I høyt utbytte (62,6 til 85,1%). Disse Cu3BTC2 nanokrystaller har dimensjoner på et størrelsesområde på 10-200 nm, som er mye mindre enn de som syntetiseres ved bruk av konvensjonell solvotermisk metode. Det var ingen signifikante forskjeller i fysisk-kjemiske egenskaper, f.eks. BET-overflateareal, porevolum og hydrogenlagringskapasitet mellom Cu3BTC2 nanokrystaller fremstilt ved bruk av ultralydsmetode og mikrokrystaller oppnådd ved bruk av forbedret solvotermisk metode. Sammenlignet med tradisjonelle syntetiske teknikker, slik som løsemiddeldiffusjonsteknikk, hydrotermiske og solvotermiske metoder, ble ultralydsmetoden for konstruksjonen av porøse MOFs vist å være høyt effektiv og mer miljøvennlig.

Fremstilling av en en-dimensjonal Mg (II) MOF

Tahmasian et al. (2013) rapporter an effektiv, lav prisog miljøvennlig rute for å produsere et 3D supramolekylært metallorganisk rammeverk (MOF) basert på MgII, {[Mg (HIDC) (H2O2] ⋅1.5H2ON (H3L = 4,5-imidazol-dikarboksylsyre) ved bruk av en ultralyd-assistert rute.
Nanostrukturerte {[Mg (HIDC) (H2O2] ⋅1.5H2ON ble syntetisert via følgende sonokjemisk rute. For å forberede nanosert {[Mg (HIDC) (H2O) 2] ⋅1.5H2O} n (1), 20 ml av en oppløsning av liganden H3IDC (0,05 M) og kaliumhydroksyd (0,1 M) ble plassert en ultralydsond med høy tetthet med en maksimal effekt på 305 W. I denne oppløsningen ble 20 ml av en vandig løsning av magnesiumnitrat (0,05 M) tilsatt dråpevis. De oppnådde precipitater ble filtrert fra, vasket med vann og etanol og lufttørket (smeltepunkt> 300 ° C. (Funnet: C, 24,84; H, 3,22; N, 11,67%).-1) utvalgte bånd: 3383 (w), 3190 (w), 1607 (br), 1500 (m), 1390 (s), 1242 (m), 820 (m), 652 (m)).
For å studere effekten av konsentrasjon av innledende reagenser på størrelse og morfologi av nanostrukturert forbindelse ble de ovennevnte prosesser gjort under følgende konsentrasjonsbetingelse for første reagenser: [HL2-] = [Mg2 +] = 0,025 M.

Sono-syntese av fluorescerende mikroporøse MOFs

Qiu et al. (2008) fant a sonokjemisk rute for rask syntese av fluorescerende mikroporøs MOF, Zn3BTC2⋅ 12H2O (1) og selektiv sensing av organoaminer ved bruk av nanokrystaller på 1. Resultatene viser at ultralyd syntese er en enkel, effektiv, billig og miljøvennlig tilnærming til nanoskala MOFs.
MOF 1 ble syntetisert ved bruk av ultralydsmetoden ved en omgivende temperatur og atmosfærisk trykk for forskjellige reaksjonstider på henholdsvis 5, 10, 30 og 90 minutter. Et kontrollforsøk ble også utført for å syntetisere forbindelse 1 ved anvendelse av den hydrotermiske metoden, og strukturene ble bekreftet ved IR, elementanalyse og Rietveld analyse av pulverrøntgendiffraksjon (XRD) mønstre ved bruk av WinPLOTR og Fullprof1. 3. Overraskende er reaksjonen av sinkacetatdihydrat med benzen-1,3,5-trikarboksylsyre (H3BTC) i 20% etanol i vann (vol / vol) under ultralydbestråling ved omgivelsestemperatur og trykk i 5 minutter ga 1 på en bemerkelsesverdig måte høyt utbytte (75,3%, basert på H3BTC). Utbyttet på 1 økte også gradvis fra 78,2% til 85,3% ved å øke reaksjonstiden fra 10 til 90 minutter. Dette resultatet antyder det rask syntese av MOF kan realiseres i en betydelig høyt utbytte bruker ultralydsmetode. Sammenlignet med hydrotermisk syntese av den samme sammensatte MOF 1, som utføres ved 140 ° C ved høyt trykk i 24 timer, er 12 ultralydssyntese funnet å være en høy effektiv metode med høyt utbytte og lav pris.
Siden ingen produkt ble oppnådd ved å blande sinkacetat med H3BTC i det samme reaksjonsmedium ved omgivelsestemperatur og trykk i fravær av ultralyd, lydbehandling må spille en viktig rolle under dannelsen av MOF 1.

Hielscher leverer kraftige ultralyd enheter fra lab til industriell skala (Klikk for å forstørre!)

Ultralyd prosesser: Fra Lab til Industriell Skala

Sonokemisk utstyr

Hielscher Ultrasonics har lang erfaring innen design og produksjon av kraftige og pålitelige ultralydmaskiner og sonokemiske reaktorer. Hielscher dekker dine søknadskrav med sitt brede utvalg av ultralydsenheter – fra små lab-enheter Over benk ​​topp og Pilot ultralyd opp til full-industrielle systemer for sonokemisk produksjon i kommersiell skala. Et stort utvalg av sonotroder, booster, reaktorer, flytceller, støyreduksjonskasser og tilbehør gjør det mulig å konfigurere det optimale oppsettet for din sonokjemisk reaksjon. Hielscher's ultralydsenheter er veldig robust, bygget for 24/7 for alle drift og trenger bare svært lite vedlikehold.

Metall-organiske rammer (MOF) kan dannes under ultralydbestråling (Klikk for å forstørre!)

Metal-Organic Framworks kan effektivt syntetiseres via sonokemisk rute

Informasjonsforespørsel




Merk våre Personvernregler.


UIP1000hd brukt til sonokemisk syntese av MOF-5 (Klikk for å forstørre!)

ultralyd UIP1000hd med sonokemisk reaktor

Litteratur / Referanser

  • Dey, Chandan; Kundu, Tanay; Biswal, Bishnu P .; Mallick, Arijit; Banerjee, Rahul (2014): Krystallinske metall-organiske rammer (MOFs): syntese, struktur og funksjon. Acta Crystallographica Seksjon B 70, 2014. 3-10.
  • Hashemi, Lida; Morsali, Ali; Yilmaz, Veysel T .; Büyükgüngor, Orhan; Khavasi, Hamid Reza; Ashouri, Fatemeh; Bagherzadeh, Mojtaba (2014): Sonokemiske synteser av to nanostørrelser (II) metall-organiske rammer; søknad om katalyse og fremstilling av bly (II) oksid nanopartikler. Tidsskrift for molekylær struktur 1072, 2014. i 260-266.
  • Li, Zong-QUN; Qiu, Ling-Guang; Xu, Tao; Wu, Yun; Wang, Wei; Wu, Zhen-Yu; Jiang, Xia (2009): Ultrasonisk syntese av mikroporøse metall-organiske rammeverk Cu3 (BTC) 2 ved omgivelsestemperatur og trykk: En effektiv og miljøvennlig metode. Materialebrev 63/1, 2009. 78-80.
  • Qiu, Ling-Guang; Li, Zong-QUN; Wu, Yun; Wang, Wei; Xu, Tao; Jiang, Xia (2008): Facilsyntese av nanokrystaller av et mikroporøst metall-organisk rammeverk ved en ultralydsmetode og selektiv sensing av organoaminer. Kjemisk kommunikasjon 2008, 3642-3644.
  • Stock, Norbert; Biswas, Syam (2012): Synthesis of Metal-Organic Frameworks (MOFs): Ruter til forskjellige MOF Topologies, Morphologies, og Composites. Kjemisk gjennomgang 112/2, 2012. 933-969.
  • Suslick, Kenneth S. (red.) (1988): Ultralyd: dets kjemiske, fysiske og biologiske effekter. VCH: Weinheim, Tyskland. 1988.
  • Tahmasian, Arineh; Morsali, Ali; Joo, sang Woo (2013): Sonokemiske synteter av en en-dimensjonal Mg (II) metall-organisk ramme: En ny forløper for fremstilling av MgO One-Dimensional Nanostructure. Tidsskrift for nanomaterialer 2013.
  • Thompson, Joshua A .; Chapman, Karena W .; Koros, William J .; Jones, Christopher W .; Nair, Sankar (2012): Sonication-indusert Ostwald modning av ZIF-8 nanopartikler og dannelse av ZIF-8 / polymer komposittmembraner. Mikroporøse og mesoporøse materialer 158, 2012. 292-299.
  • Wang, LiPing; Xiao, bin; Wang, GongYing; Wu, JiQian (2011): Syntese av polykarbonatdiol katalysert av metallorganisk rammeverk Zn4O [CO2-C6H4CO2]3. Science China kjemi 54/9, 2011. i 1468-1473.

Kontakt oss / be om mer informasjon

Snakk med oss ​​om dine krav til behandling. Vi vil anbefale de mest egnede oppsett- og behandlingsparametrene for prosjektet ditt.





Vær oppmerksom på at Personvernregler.