Ultrazvuková príprava kovo-organických konštrukcií (MOF)
- Kovo-organické rámce sú zlúčeniny vytvorené z kovových iónov a organických molekúl tak, aby sa vytvoril jedno-, dvoj- alebo trojrozmerný hybridný materiál. Tieto hybridné štruktúry môžu byť pórovité alebo neporézne a ponúkajú rozmanité funkcie.
- Sonochemická syntéza MOF je sľubnou technikou, pretože kovo-organické kryštály sa vyrábajú veľmi efektívne a šetrné k životnému prostrediu.
- Ultrazvukovú výrobu MOF je možné lineárne rozšíriť od prípravy malých vzoriek v laboratóriu až po plnú komerčnú výrobu.
kovo-organické konštrukcie
Kryštalické kovovo-organické konštrukcie (MOF) patria do kategórie vysoko potenciálnych pórovitých materiálov, ktoré možno použiť pri skladovaní plynu, adsorpcii/separácii, katalýze, ako adsorbenty, pri magnetizme, dizajne senzorov a dodávaní liečiv. MOF sa zvyčajne tvoria samousporiadaním, kde sa sekundárne stavebné jednotky (SBU) spájajú s organickými rozperami (ligandmi) a vytvárajú zložité siete. Organické dištančné vložky alebo kovové SBU je možné upraviť tak, aby sa kontrolovala pórovitosť MOF, ktorá je rozhodujúca z hľadiska jeho funkcií a užitočnosti pre konkrétne aplikácie.
Sonochemická syntéza MOF
Ultrazvukové ožarovanie a ním generované Kavitácie sú dobre známe pre svoje jedinečné účinky na chemické reakcie, známe ako Sonochémia. Prudká implózia kavitačných bublín vytvára lokalizované horúce miesta s mimoriadne vysokými prechodnými teplotami (5000 K), tlakmi (1800 atm) a rýchlosťami ochladzovania (1010Ks-1), ako aj rázové vlny a výsledné prúdy kvapaliny. V týchto Kavitácia horúce miesta, nukleácia a rast kryštálov, napr. Ostwaldovým dozrievaním, je indukovaný a podporovaný. Veľkosť častíc je však obmedzená, pretože tieto horúce miesta sa vyznačujú extrémnymi rýchlosťami ochladzovania, čo znamená, že teplota reakčného média klesá v priebehu milisekúnd.
Je známe, že ultrazvuk syntetizuje MOF rýchlo pod Mierna procesné podmienky, ako napr. bez rozpúšťadielpri izbová teplota a pod Okolitý tlak. Štúdie ukázali, že MOF je možné vyrábať Nákladovo efektívne pri vysoký výnos sonochemickou cestou. A nakoniec, sonochemický syntéza MOF je zelený, metóda šetrná k životnému prostrediu.
Príprava MOF-5
V štúdii Wanga a kol. (2011) Zn4O[1,4-benzéndikarboxylát]3 bol syntetizovaný pomocou sonochemický cesta. 1,36 g H2BDC a 4,84 g Zn (NO3)2·6H2O boli iniliálne rozpustené v 160 ml DMF. Potom sa do zmesi pod ultrazvukovým ožarovaním pridalo 6,43 g ČAJU. Po 2 hodinách sa bezfarebná zrazenina zachytila filtráciou a premyla DMF. Pevná látka sa sušila pri 90 °C vo vákuu a potom sa skladovala vo vákuovom exsikátore.
Príprava mikroporézneho MOF Cu3(BTC)2
Li et al. (2009) uvádzajú efektívnu ultrazvukovú syntézu trojrozmerného (3-D) kovo-organického rámca (MOF) s 3-D kanálmi, ako je Cu3(BTC)2 (HKUST-1, BTC = benzén-1,3,5-trikarboxylát). Reakcia octanu meďnatého a H3BTC v zmiešanom roztoku DMF/EtOH/H2O (3:1:2, v/v) pod ultrazvukovým žiarením pri teplota okolia a atmosférický tlak za krátke reakčné časy (5–60 min) dal Cu3(BTC)2 V vysoký výnos (62.6–85.1%). Tieto Cu3(BTC)2 Nanokryštály majú rozmery vo veľkosti 10–200 nm, čo je oveľa viac menší ako tie, ktoré sú syntetizované konvenčnou solvotermálnou metódou. Medzi Cu neboli žiadne významné rozdiely vo fyzikálno-chemických vlastnostiach, napr. ploche povrchu BET, objeme pórov a kapacite ukladania vodíka3(BTC)2 nanokryštály pripravené ultrazvukovou metódou a mikrokryštály získané pomocou vylepšenej solvotermálnej metódy. V porovnaní s tradičnými syntetickými technikami, ako je difúzna technika rozpúšťadiel, hydrotermálne a solvotermálne metódy, sa zistilo, že ultrazvuková metóda na konštrukciu poréznych MOF je vysoko Účinný a šetrnejšie k životnému prostrediu.
Príprava jednorozmerného Mg(II) MOF
Tahmasian a kol. (2013) uvádzajú Účinný, nízke nákladya šetrné k životnému prostrediu na vytvorenie 3D supramolekulárneho kovo-organického rámca (MOF) na báze MgII, {[Mg(HIDC)(H2O)2]⋅1,5 hodiny2O}N (H3L = kyselina 4,5-imidazol-dikarboxylová) pomocou ultrazvukovej cesty.
Nanoštruktúrované {[Mg(HIDC)(H2O)2]⋅1,5 hodiny2O}N bol syntetizovaný prostredníctvom nasledujúceho sonochemický cesta. Na prípravu nanorozmerov {[Mg(HIDC)(H2O)2]⋅1,5H2O}n (1), 20 ml roztoku ligandu 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) vybrané pásma: 3383 (w), 3190 (w), 1607 (br), 1500 (m), 1390 (s), 1242 (m), 820 (m), 652 (m)).
Na štúdium vplyvu koncentrácie počiatočných činidiel na veľkosť a morfológiu nanoštruktúrovanej zlúčeniny sa vyššie uvedené procesy uskutočnili za nasledujúcich podmienok koncentrácie počiatočných činidiel: [HL2−] = [Mg2+] = 0,025 M.
Sonosyntéza fluorescenčných mikroporéznych MOF
Qiu et al. (2008) zistili sonochemický cesta pre rýchlu syntézu fluorescenčného mikroporézneho MOF, Zn3(BTC)2⋅12H2O (1) a selektívne snímanie organoamínov pomocou nanokryštálov 1. Výsledky odhaľujú, že ultrazvuk syntéza je jednoduchý, efektívny, nízkonákladový a ekologický prístup k nanoškálam MOF.
MOF 1 bol syntetizovaný ultrazvukovou metódou pri okolitý teplota a atmosférický tlak pre rôzne reakčné časy 5, 10, 30 a 90 min. Uskutočnil sa aj kontrolný experiment na syntézu zlúčeniny 1 pomocou hydrotermálnej metódy a štruktúry boli potvrdené IR, elementárnou analýzou a Rietveldovou analýzou práškových röntgenových difrakčných vzorov (XRD) pomocou WinPLOTR a Fullprof13. Prekvapivo reakcia dihydrátu octanu zinočnatého s kyselinou benzén-1,3,5-trikarboxylovou (H3BTC) v 20 % etanolu vo vode (v/v) pri ultrazvukovom ožarovaní pri teplote okolia a tlaku po dobu 5 minút poskytol pozoruhodne 1 v vysoký výnos (75,3 %, na základe H3BTC). Výťažok 1 sa tiež postupne zvyšoval zo 78,2% na 85,3% so zvýšením reakčnej doby z 10 na 90 min. Tento výsledok naznačuje, že rýchla syntéza MOF je možné realizovať v značnom rozsahu vysoký výnos pomocou ultrazvukovej metódy. V porovnaní s hydrotermálnou syntézou tej istej zlúčeniny MOF 1, ktorá sa uskutočňuje pri 140 °C pri vysokom tlaku počas 24 hodín,12 sa zistilo, že ultrazvuková syntéza je vysoko účinná metóda s vysokým výťažkom a nízke náklady.
Keďže žiadny produkt nebol získaný zmiešaním octanu zinočnatého s H3BTC v rovnakom reakčnom médiu pri teplote a tlaku okolia bez ultrazvuku, Ultrazvukom musí hrať dôležitý úloha pri formovaní MOF 1.
Ultrazvukové procesy: Od laboratórium do priemyselný Stupnica
Sonochemické zariadenia
Spoločnosť Hielscher Ultrasonics má dlhoročné skúsenosti s návrhom a výrobou výkonných a spoľahlivých ultrazvukových prístrojov a sonochemických reaktorov. Spoločnosť Hielscher pokrýva vaše požiadavky na aplikáciu so širokou škálou ultrazvukových zariadení – z malého Laboratórne zariadenia nad Stolová doska a pilot ultrazvukové prístroje až do plnejPriemyselné systémy pre sonochemickú výrobu v komerčnom meradle. Široká škála sonotród, zosilňovačov, reaktorov, prietokových článkov, boxov na potlačenie hluku a príslušenstva umožňuje nakonfigurovať optimálne nastavenie pre vaše sonochemický reakcia. Ultrazvukové prístroje Hielscher sú veľmi Robustný, vytvorené pre 24/7 prevádzka a vyžadujú len veľmi malú údržbu.
Kovo-organické Framworks je možné efektívne syntetizovať sonochemickou cestou
ultrazvuk UIP1000hd so sonochemickým reaktorom
Literatúra/Referencie
- Dey, Chandan; Kundu, Tanay; Biswal, Bishnu P.; Mallick, Arijit; Banerjee, Rahul (2014): Kryštalické kovoorganické rámce (MOF): syntéza, štruktúra a funkcia. Acta Crystallographica, oddiel B 70, 2014. 3-10.
- Hashemi, Lida; Morsali, Ali; Yilmaz, Veysel T.; Büyükgüngor, Orhan; Khavasi, Hamid Reza; Ashouri, Fatemeh; Bagherzadeh, Mojtaba (2014): Sonochemické syntézy dvoch nano-veľkých olovo-II) kovovo-organických rámcov; aplikácia na katalýzu a prípravu nanočastíc oxidu olovnatého. Časopis molekulárnej štruktúry 1072, 2014. 260-266.
- Li, Zong-Qun; Qiu, Ling-Guang; Xu, Tao; Wu, Yun; Wang, Wei; Wu, Zhen-Yu; Jiang, Xia (2009): Ultrazvuková syntéza mikroporézneho kovovo-organického rámca Cu3(BTC)2 pri teplote a tlaku okolia: Efektívna a ekologická metóda. Materiály Listy 63/1, 2009. 78-80.
- Qiu, Ling-Guang; Li, Zong-Qun; Wu, Yun; Wang, Wei; Xu, Tao; Jiang, Xia (2008): Jednoduchá syntéza nanokryštálov mikroporézneho kovovo-organického rámca ultrazvukovou metódou a selektívne snímanie organoamínov. Chemická komunikácia 2008, 3642–3644.
- Stock, Norbert; Biswas, Syam (2012): Syntéza kovo-organických rámcov (MOF): cesty k rôznym topológiám, morfológiám a kompozitom MOF. Chemický prehľad 112/2, 2012. 933–969.
- Suslick, Kenneth S. (ed.) (1988): Ultrazvuk: jeho chemické, fyzikálne a biologické účinky. VCH: Weinheim, Nemecko. 1988.
- Tahmasian, Arineh; Morsali, Ali; Joo, Sang Woo (2013): Sonochemické syntézy jednorozmerného Mg(II) kovovo-organického rámca: nový prekurzor na prípravu jednorozmernej nanoštruktúry MgO. Časopis nanomateriálov 2013.
- Thompson, Joshua A.; Chapman, Karena W.; Koros, William J.; Jones, Christopher W.; Nair, Sankar (2012):Sonikáciou indukované Ostwaldovo dozrievanie nanočastíc ZIF-8 a tvorba kompozitných membrán ZIF-8 / polyméru. Mikroporézne a mezoporézne materiály 158, 2012. 292-299.
- Wang, LiPing; Xiao, Bin; Wang, GongYing; Wu, JiQian (2011): Syntéza polykarbonátového diolu katalyzovaná kovovo-organickým rámcom Zn4O[CO2-C6H4-CO2]3. Veda Čína Chémia 54/9, 2011. 1468-1473.