Pregătirea cu ultrasunete a cadrelor metal-organice (MOF-uri)

• Cadrele metal-organice sunt compuși formați din ioni metalici și molecule organice, astfel încât să se creeze un material hibrid unidimensional, doi sau tridimensional. Aceste structuri hibride pot fi poroase sau neporoase și oferă funcționalități multiple.
• Sinteza sonochimică a MOF-urilor este o tehnică promițătoare, deoarece cristalele metalo-organice sunt produse foarte eficient și ecologic.
• Producția cu ultrasunete de MOF-uri poate fi scalată liniar de la pregătirea probelor mici în laborator la producția comercială completă.

cadre metalo-organice

Cadrele metalo-organice cristaline (MOF) se încadrează în categoria materialelor poroase cu potențial ridicat, care pot fi utilizate în stocarea, adsorbția / separarea gazelor, cataliza, ca adsorbanți, în magnetism, proiectarea senzorilor și livrarea medicamentelor. MOF-urile sunt de obicei formate prin auto-asamblare în care unitățile secundare de construcție (SBU) se conectează cu distanțiere organice (liganzi) pentru a crea rețele complexe. Distanțierele organice sau SBU-urile metalice pot fi modificate pentru a controla porozitatea MOF, ceea ce este crucial în ceea ce privește funcționalitățile și utilitatea sa pentru anumite aplicații.

Sinteza sonochimică a MOF-urilor

Iradierea cu ultrasunete și astfel generată Cavitaţie sunt bine cunoscute pentru efectele sale unice asupra reacțiilor chimice, cunoscute sub numele de Sonochimie. Implozia violentă a bulelor de cavitație generează puncte fierbinți localizate cu temperaturi tranzitorii extrem de ridicate (5000 K), presiuni (1800 atm) și rate de răcire (10¹⁰Ks^-1), precum și undele de șoc și jeturile lichide rezultate. La acestea cavitațională punctele fierbinți, nucleația și creșterea cristalelor, de exemplu prin maturarea Ostwald, sunt induse și promovate. Cu toate acestea, dimensiunea particulelor este limitată, deoarece aceste puncte fierbinți sunt caracterizate de rate extreme de răcire, ceea ce înseamnă că temperatura mediului de reacție scade în milisecunde.
Ecografia este cunoscută pentru sintetizarea MOF-urilor repede sub Ușoară condițiile procesului, cum ar fi fără solvențila temperatura camerei și sub presiunea ambiantă. Studiile au arătat că MOF-urile pot fi produse rentabil la randament ridicat pe cale sonochimică. În cele din urmă, sonochimice sinteza MOF-urilor este un verde, metodă ecologică.

Pregătirea MOF-5

În studiul lui Wang et al (2011), Zn₄O[1,4-benzendicarboxilat]₃ a fost sintetizat prin sonochimice rută. 1.36g Ore₂BDC și 4.84g Zn(NO₃)₂·6H₂O au fost dizolvate ilial în 160ml DMF. Apoi, 6.43g TEA a fost adăugat la amestec sub iradiere cu ultrasunete. După 2 ore, precipitatul incolor a fost colectat prin filtrare și spălat cu DMF. Substanța solidă a fost uscată la 90 °C în vid și apoi depozitată într-un desicator cu vid.

Prepararea MOF microporoasă Cu₃(BTC)₂

Li et al. (2009) raport sinteza eficientă cu ultrasunete de tridimensional (3-D) metal-organic cadru (MOF) cu canale 3-D, ar fi Cu₃(BTC)₂ (HKUST-1, BTC = benzen-1,3,5-tricarboxilat). Reacția acetatului cupric și a H₃BTC în soluție mixtă de DMF/EtOH/H₂O (3:1:2, v/v) sub iradiere cu ultrasunete la temperatura ambiantă și presiunea atmosferică pentru Timpi scurți de reacție (5–60 min) a dat Cu₃(BTC)₂ În randament ridicat (62.6–85.1%). Aceste Cu₃(BTC)₂ Nanocristalele au dimensiuni cuprinse între 10-200 nm, care sunt mult mai mari Mici decât cele sintetizate folosind metoda solvotermică convențională. Nu au existat diferențe semnificative în proprietățile fizico-chimice, de exemplu suprafața BET, volumul porilor și capacitatea de stocare a hidrogenului, între Cu₃(BTC)₂ nanocristale preparate folosind metoda cu ultrasunete și microcristalele obținute prin utilizarea metodei solvotermice îmbunătățite. În comparație cu tehnicile tradiționale sintetice, ar fi tehnica de difuzie a solvenților, metodele hidrotermale și solvotermale, metoda cu ultrasunete pentru construirea MOF-urilor poroase sa dovedit a fi foarte mare Eficient și mai ecologic.

Prepararea unui MOF unidimensional de Mg(II)

Tahmasian et al. (2013) raportează un raport Eficient, cost redusși ecologic calea de producere a unui cadru metalo-organic supramolecular 3D (MOF) bazat pe MgII, {[Mg(HIDC)(H)₂O)₂]⋅1.5H₂O}_N (H3L = acid 4,5-imidazol-dicarboxilic) utilizând un traseu asistat ultrasonically.
Nanostructurat {[Mg(HIDC)(H₂O)₂]⋅1.5H₂O}_N a fost sintetizat prin următoarele sonochimice rută. Pentru a pregăti {[Mg(HIDC)(H2O)2]⋅1.5H₂O}n (1), 20 ml soluție de ligand 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) Benzile selectate: 3383 (W), 3190 (W), 1607 (BR), 1500 (M), 1390 (S), 1242 (M), 820 (M), 652 (M)).
Pentru studierea efectului concentrației reactivilor inițiali asupra mărimii și morfologiei compusului nanostructurat, procesele de mai sus au fost efectuate în următoarea condiție de concentrație a reactivilor inițiali: [HL2−] = [Mg2+] = 0,025 M.

Sono-Sinteza MOF-urilor microporoase fluorescente

Qiu et al. (2008) au găsit un sonochimice calea de sinteză rapidă a MOF microporoase fluorescente, Zn₃(BTC)₂⋅12H₂O (1) și detectarea selectivă a organoaminelor utilizând nanocristale de 1. Rezultatele arată că ultrasunetele sinteză este o abordare simplă, eficientă, ieftină și ecologică a MOF-urilor la scară nanometrică.
MOF 1 a fost sintetizat folosind metoda cu ultrasunete la un Ambient temperatură și atmosferic presiune pentru timpi de reacție diferiți de 5, 10, 30 și, respectiv, 90 min. Un experiment de control a fost, de asemenea, efectuat pentru a sintetiza compusul 1 folosind metoda hidrotermală, iar structurile au fost confirmate prin IR, analiza elementară și analiza Rietveld a modelelor de difracție a razelor X cu pulbere (XRD) folosind WinPLOTR și Fullprof¹³. În mod surprinzător, reacția acetatului de zinc dihidrat cu acidul benzen-1,3,5-tricarboxilic (H₃BTC) în 20% etanol în apă (v / v) sub iradiere cu ultrasunete la temperatura și presiunea ambiantă timp de 5 minute a dat 1 într-un remarcabil randament ridicat (75,3%, pe baza H₃BTC). De asemenea, randamentul 1 a crescut treptat de la 78,2% la 85,3% cu creșterea timpului de reacție de la 10 la 90 min. Acest rezultat sugerează că sinteză rapidă din MOF pot fi realizate într-un mod semnificativ randament ridicat folosind metoda cu ultrasunete. În comparație cu sinteza hidrotermală a aceluiași compus MOF 1, care se efectuează la 140 ° C la presiune ridicată timp de 24 de ore,12 sinteza cu ultrasunete se dovedește a fi o metodă extrem de eficientă, cu randament ridicat și cost redus.
Deoarece nici un produs nu a fost obținut prin amestecarea acetatului de zinc cu H3BTC în același mediu de reacție la temperatura și presiunea ambiantă în absența ultrasunetelor, Sonicare trebuie să joace un important rol în timpul formării MOF 1.

Procese cu ultrasunete: Din Laborator spre industrial Cântar

Echipamente sonochimice

Hielscher Ultrasonics are experiență îndelungată în proiectarea și fabricarea de ultrasonicators puternice și fiabile și reactoare sonochimice. Hielscher acoperă cerințele aplicației cu gama sa largă de dispozitive cu ultrasunete – de la mic Dispozitive de laborator peste banchetă și pilot ultrasonicators până la full-Sisteme industriale pentru producția sonochimică la scară comercială. O mare varietate de sonotrode, booster, reactoare, celule de flux, cutii de anulare a zgomotului și accesorii permit configurarea configurației optime pentru dvs. sonochimice reacție. Hielscher dispozitive cu ultrasunete sunt foarte Robust, construit pentru 24/7 funcționează și necesită doar foarte puțină întreținere.