Ультразвуковая подготовка металлоорганических каркасов (MOF)

• Металл-органические каркасы представляют собой соединения, образованные из ионов металлов и органических молекул таким образом, что создается одно-, двух- или трехмерный гибридный материал. Эти гибридные структуры могут быть пористыми или непористыми и обладают разнообразными функциональными возможностями.
• Сонохимический синтез MOFs является перспективным методом, так как металл-органические кристаллы получают очень эффективно и экологически чисто.
• Ультразвуковое производство MOF может быть линейно масштабировано от подготовки небольших образцов в лаборатории до полномасштабного коммерческого производства.

металлоорганические каркасы

Кристаллические металлоорганические каркасы (MOF) относятся к категории высокопотенциальных пористых материалов, которые могут использоваться для хранения газа, адсорбции/разделения, катализа, в качестве адсорбентов, для магнетизма, проектирования датчиков и доставки лекарств. MOF обычно формируются путем самосборки, в которой вторичные строительные блоки (SBU) соединяются с органическими прокладками (лигандами) для создания сложных сетей. Органические прокладки или металлические SBU могут быть модифицированы для контроля пористости MOF, что имеет решающее значение для его функциональности и полезности для конкретных применений.

Сонохимический синтез MOFs

Ультразвуковое облучение и возникающая при этом кавитация хорошо известны своим уникальным влиянием на химические реакции, называемым сонохимией. Бурный разрыв кавитационных пузырьков приводит к образованию локализованных горячих точек с чрезвычайно высокими переходными температурами (5000 К), давлениями (1800 атм) и скоростями охлаждения (10¹⁰Кс^-1), а также ударные волны и возникающие струи жидкости. В этих кавитационных горячих точках происходит зарождение и рост кристаллов, например, за счет созревания Оствальда. Однако размер частиц ограничен, поскольку эти горячие точки характеризуются экстремальной скоростью охлаждения, то есть температура реакционной среды падает в течение миллисекунд.
Известно, что ультразвук позволяет быстро синтезировать MOFs в мягких технологических условиях, например, без растворителей, при комнатной температуре и давлении окружающей среды. Исследования показали, что MOFs могут быть получены экономически эффективным способом с высоким выходом через сонохимический маршрут. Наконец, сонохимический синтез MOFs - это экологичный, безопасный для окружающей среды метод.

Приготовление МОС-5

В исследовании Wang et al (2011), Zn₄O[1,4-бензолдикарбоксилат]₃ синтезирован сонохимическим способом. 1,36 г H₂BDC и 4,84 г Zn(NO₃)₂·6Ч₂O были растворены в 160 мл ДМФА. Затем в смесь под ультразвуковым облучением добавляли 6,43 г TEA. Через 2 ч бесцветный осадок собирали фильтрацией и промывали DMF. Твердое вещество сушили при 90°C в вакууме, а затем хранили в вакуумном эксикаторе.

Получение микропористого MOF Cu₃(БТД)₂

Li et al. (2009) сообщают об эффективном ультразвуковом синтезе трехмерного (3D) металл-органического каркаса (MOF) с 3-D каналами, такими как Cu₃(БТД)₂ (HKUST-1, BTC = бензол-1,3,5-трикарбоксилат). Реакция ацетата меди и H₃BTC в смешанном растворе DMF/EtOH/H₂O (3:1:2, v/v) при ультразвуковом облучении при температура окружающей среды и атмосферное давление для Короткое время реакции (5–60 мин) дал Cu₃(БТД)₂ В высокая урожайность (62.6–85.1%). Эти Cu₃(БТД)₂ Нанокристаллы имеют размеры в диапазоне размеров от 10 до 200 нм, что значительно меньше чем синтезированные обычным сольвотермическим методом. Не было существенных различий в физико-химических свойствах, например, площади поверхности BET, объеме пор и емкости хранения водорода, между Cu₃(БТД)₂ нанокристаллы, полученные ультразвуковым методом, и микрокристаллы, полученные с использованием усовершенствованного сольвотермического метода. По сравнению с традиционными синтетическими методами, такими как метод диффузии растворителей, гидротермальный и сольвотермический методы, ультразвуковой метод для создания пористых MOFs показал высокую степень Эффективный и Более экологичный.

Получение одномерного Mg(II) MOF

Tahmasian et al. (2013) сообщают Эффективный, низкая стоимостьи экологичность способ получения 3D супрамолекулярного металл-органического каркаса (MOF) на основе MgII, {[Mg(HIDC)(H₂O)₂]⋅1,5 ч₂O}_N (H3L = 4,5-имидазол-дикарбоновая кислота) с помощью ультразвукового метода.
Наноструктурированный {[Mg(HIDC)(H₂O)₂]⋅1,5 ч₂O}_N был синтезирован следующим сонохимическим способом. Для приготовления наноразмерного {[Mg(HIDC)(H2O)2]⋅1.5H₂O}n (1), 20 мл раствора лиганда 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) Выбранные полосы: 3383 (W), 3190 (W), 1607 (BR), 1500 (M), 1390 (s), 1242 (m), 820 (m), 652 (m)).
Для изучения влияния концентрации исходных реагентов на размер и морфологию наноструктурированного соединения описанные процессы проводили при следующих условиях концентрации исходных реагентов: [HL2−] = [Mg2+] = 0,025 М.

Соносинтез флуоресцентных микропористых MOFs

Qiu et al. (2008) нашли сонохимический маршрут для быстрого синтеза флуоресцентных микропористых MOF, Zn₃(БТД)₂⋅12Ч₂O (1) и селективного зондирования органоаминов с использованием нанокристаллов 1. Результаты показывают, что ультразвуковой синтез является простым, эффективным, недорогим и экологически чистым подходом к получению наноразмерных MOFs.
MOF 1 синтезировали ультразвуковым методом при температуре окружающей среды и атмосферном давлении при различных временах реакции 5, 10, 30 и 90 мин, соответственно. Также был проведен контрольный эксперимент по синтезу соединения 1 гидротермальным методом, и структуры были подтверждены ИК-спектрометрией, элементным анализом и анализом Ритвельда картин порошковой рентгеновской дифракции (XRD) с использованием WinPLOTR и Fullprof.¹³. Удивительно, но реакция дигидрата ацетата цинка с бензолом-1,3,5-трикарбоновой кислотой (Н₃BTC) в 20% этаноле в воде (v/v) при ультразвуковом облучении при температуре и давлении окружающей среды в течение 5 мин дало 1 с необычайно высоким выходом (75,3%, исходя из H₃BTC). Кроме того, выход 1 постепенно увеличивался с 78,2 до 85,3 % при увеличении времени реакции с 10 до 90 мин. Этот результат свидетельствует о том, что быстрый синтез MOF может быть осуществлен со значительно высоким выходом при использовании соникации. По сравнению с гидротермальным синтезом MOF 1, который проводится при 140°C под высоким давлением в течение 24 ч, ультразвуковой синтез является высокоэффективным методом с высоким выходом и низкой стоимостью.
Поскольку при смешивании ацетата цинка с H3BTC в той же реакционной среде при температуре и давлении окружающей среды в отсутствие ультразвука не было получено ни одного продукта, можно сделать вывод, что соникация играет важную роль при образовании MOF 1.
 

Простой синтез супрамолекулярных структур с помощью соникации – Читать далее!

Найдите лучшее сонохимическое оборудование для вашего процесса!

Компания Hielscher Ultrasonics имеет многолетний опыт в проектировании и производстве мощных и надежных ультразвуковых аппаратов и сонохимических реакторов. Hielscher удовлетворяет ваши требования к применению с помощью широкого ассортимента ультразвуковых устройств – от малых лабораторные приборы над настольный и пилот ультразвуковые аппараты до полногоПромышленные системы для сонохимического производства в промышленных масштабах. Большой выбор сонотродов, бустеров, реакторов, проточных кювет, шумоподавителей и аксессуаров позволяет сконфигурировать оптимальную установку для проведения сонохимической реакции. Соникаторы Hielscher очень надежны, рассчитаны на круглосуточную работу и требуют лишь минимального обслуживания.