Ultrazvočna priprava kovinsko-organskih okvirjev (MOF)
- Kovinsko-organski okviri so spojine, ki nastanejo iz kovinskih ionov in organskih molekul, tako da nastane eno-, dvo- ali tridimenzionalni hibridni material. Te hibridne strukture so lahko porozne ali neporozne in ponujajo številne funkcionalnosti.
- Sonokemična sinteza MOF je obetavna tehnika, saj so kovinsko-organski kristali izdelani zelo učinkovito in okolju prijazno.
- Ultrazvočna proizvodnja MOF se lahko linearno poveča od priprave majhnih vzorcev v laboratoriju do popolne komercialne proizvodnje.
kovinsko-organski okvirji
Kristalni kovinsko-organski okvirji (MOF) spadajo v kategorijo visoko potencialnih poroznih materialov, ki se lahko uporabljajo pri skladiščenju plina, adsorpciji? ločevanju, katalizi, kot adsorbenti, pri magnetizmu, oblikovanju senzorjev in dostavi zdravil. MOF se običajno oblikujejo s samostojnim sestavljanjem, kjer se sekundarne gradbene enote (SBU) povežejo z organskimi distančniki (ligandi), da ustvarijo kompleksna omrežja. Organske distančnike ali kovinske SBU je mogoče spremeniti, da bi nadzorovali poroznost MOF, kar je ključnega pomena glede njegovih funkcionalnosti in uporabnosti za določene aplikacije.
Sonokemična sinteza MOF-ov
Ultrazvočno obsevanje in s tem ustvarjeno Kavitacija so dobro znani po svojih edinstvenih učinkih na kemične reakcije, znane kot Sonokemija. Nasilna implozija kavitacijskih mehurčkov ustvarja lokalizirane vroče točke z izjemno visokimi prehodnimi temperaturami (5000 K), tlaki (1800 atm) in hitrostmi hlajenja (1010Ks-1), pa tudi udarne valove in posledične tekoče curke. Na teh kavitacijska vroče točke, nukleacija in rast kristalov, npr. z Ostwaldovim zorenjem, se inducira in spodbuja. Vendar pa je velikost delcev omejena, saj so za te vroče točke značilne ekstremne hitrosti hlajenja, kar pomeni, da temperatura reakcijskega medija pade v milisekundah.
Znano je, da ultrazvok sintetizira MOF Hitro pod Blaga procesni pogoji, kot so brez topilna sobna temperatura in pod tlak okolja. Študije so pokazale, da je MOF mogoče izdelati stroškovno učinkovito na visok donos po sonokemični poti. Končno, sonokemična sinteza MOF-ov je zelen, okolju prijazna metoda.
Priprava MOF-5
V študiji Wang et al (2011), Zn4O[1,4-benzendikarboksilat]3 je bila sintetizirana prek sonokemična pot. 1,36 g h2BDC in 4,84 g Zn (NO3)2·6H2O so bili inilialno raztopljeni v 160 ml DMF. Nato je bilo mešanici pod ultrazvočnim obsevanjem dodano 6,43 g TEA. Po 2 urah je bila brezbarvna oborina zbrana s filtracijo in sprana z DMF. Trdna snov je bila posušena pri 90 °C v vakuumu in nato shranjena v vakuumskem eksikatorju.
Priprava mikroporoznega MOF Cu3(BTC)2
(2009) poročajo o učinkoviti ultrazvočni sintezi tridimenzionalnega (3-D) kovinsko-organskega okvira (MOF) s 3-D kanali, kot je Cu3(BTC)2 (HKUST-1, BTC = benzen-1,3,5-trikarboksilat). Reakcija bakrovega acetata in H3BTC v mešani raztopini DMF/EtOH/H2O (3:1:2, v/v) pod ultrazvočnim obsevanjem pri temperatura okolja in atmosferski tlak za kratki reakcijski časi (5–60 min) je dal Cu3(BTC)2 V visok donos (62.6–85.1%). Ti Cu3(BTC)2 Nanokristali imajo dimenzije velikosti 10–200 nm, kar je veliko manjša kot tiste, ki so sintetizirane z uporabo običajne solvotermne metode. Med Cu ni bilo pomembnih razlik v fizikalno-kemijskih lastnostih, npr. površini BET, volumnu por in zmogljivosti shranjevanja vodika3(BTC)2 Nanokristali, pripravljeni z ultrazvočno metodo, in mikrokristali, pridobljeni z izboljšano solvotermalno metodo. V primerjavi s tradicionalnimi sintetičnimi tehnikami, kot so tehnika difuzije topil, hidrotermalne in solvotermalne metode, je bilo ugotovljeno, da je ultrazvočna metoda za izdelavo poroznih MOF-ov zelo Učinkovito in okolju prijaznejši.
Priprava enodimenzionalnega Mg(II) MOF
Tahmasian et al. (2013) poročajo o Učinkovito, nizki stroškiin okolju prijazen pot za izdelavo 3D supramolekularnega kovinsko-organskega okvira (MOF), ki temelji na MgII, {[Mg(HIDC)(H2O)2]⋅1.5H2O}N (H3L = 4,5-imidazol-dikarboksilna kislina) z uporabo ultrazvočno podprte poti.
Nanostrukturirano {[Mg(HIDC)(H2O)2]⋅1.5H2O}N je bila sintetizirana z naslednjim sonokemična pot. Za pripravo nanovelikosti {[Mg(HIDC)(H2O)2]⋅1,5H2O}n (1), 20 ml raztopine liganda 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) Izbrani pasovi: 3383 (ž), 3190 (ž), 1607 (br), 1500 (m), 1390 (s), 1242 (m), 820 (m), 652 (m)).
Za preučevanje učinka koncentracije začetnih reagentov na velikost in morfologijo nanostrukturirane spojine so bili zgornji postopki izvedeni v naslednjih pogojih koncentracije začetnih reagentov: [HL2−] = [Mg2+] = 0,025 M.
Sonosinteza fluorescentnih mikroporoznih MOF-ov
Qiu et al. (2008) so ugotovili sonokemična pot za hitro sintezo fluorescentnega mikroporoznega MOF, Zn3(BTC)2⋅12H2O (1) in selektivno zaznavanje organoaminov z uporabo nanokristalov 1. Rezultati razkrivajo, da ultrazvočni Sintezo je preprost, učinkovit, poceni in okolju prijazen pristop k nanomerilnim MOF-om.
MOF 1 je bil sintetiziran z ultrazvočno metodo na Zunanjem temperatura in atmosferski tlak za različne reakcijske čase 5, 10, 30 in 90 min. Izveden je bil tudi kontrolni poskus za sintezo spojine 1 s hidrotermalno metodo, strukture pa so bile potrjene z IR, elementarno analizo in Rietveldovo analizo vzorcev rentgenske difrakcije (XRD) v prahu z uporabo WinPLOTR in Fullprof13. Presenetljivo je, da je reakcija cinkovega acetata dihidrata z benzen-1,3,5-trikarboksilno kislino (H3BTC) v 20% etanola v vodi (v? v) pod ultrazvočnim obsevanjem pri temperaturi okolja in tlaku 5 minut je dal 1 in izredno visok donos (75,3 %, na podlagi H3BTC). Tudi donos 1 se je postopoma povečal s 78,2% na 85,3% s povečanjem reakcijskega časa z 10 na 90 min. Ta rezultat kaže, da Hitra sinteza MOF se lahko uresniči v znatno visok donos z uporabo ultrazvočne metode. V primerjavi s hidrotermalno sintezo iste spojine MOF 1, ki se izvaja pri 140 ° C pri visokem tlaku za 24 ur,12 je ultrazvočna sinteza zelo učinkovita metoda z visokim donosom in nizki stroški.
Ker z mešanjem cinkovega acetata s H3BTC v istem reakcijskem mediju pri sobni temperaturi in tlaku v odsotnosti ultrazvoka ni bil pridobljen noben produkt, ultrazvočno razbijanje mora igrati pomemben vloga med oblikovanjem MOF 1.
Ultrazvočni procesi: Od laboratorij k industrijska Lestvica
Sonokemična oprema
Hielscher Ultrasonics ima dolgoletne izkušnje pri načrtovanju in izdelavi zmogljivih in zanesljivih ultrazvočnih in sonokemičnih reaktorjev. Hielscher pokriva vaše zahteve za uporabo s široko paleto ultrazvočnih naprav – Iz majhnega laboratorijske naprave nad Namizna plošča in Pilot ultrazvočni aparati do polneIndustrijski sistemi za sonokemično proizvodnjo v komercialnem obsegu. Veliko različnih sonotrodov, ojačevalnikov, reaktorjev, pretočnih celic, škatel za odpravljanje hrupa in dodatkov omogoča konfiguriranje optimalne nastavitve za vašo sonokemična reaction. Hielscher’s ultrasonic devices are very Robustno, ustvarjena za 24/7 delovanje in potrebujejo le zelo malo vzdrževanja.
Kovinsko-organski Framworks se lahko učinkovito sintetizira s sonokemično potjo
ultrazvočni aparat UIP1000hd S sonokemičnim reaktorjem
Literatura/Reference
- Dey, Chandan; Kundu, Tanay; Biswal, Bishnu P.; Mallick, Arijit; Banerjee, Rahul (2014): Kristalni kovinsko-organski okviri (MOF): sinteza, struktura in funkcija. Acta Crystallographica, oddelek B 70, 2014. 3-10.
- Hashemi, Lida; Morsali, Ali; Yilmaz, Veysel T.; Büyükgüngor, Orhan; Khavasi, Hamid Reza; Ashouri, Fatemeh; Bagherzadeh, Mojtaba (2014): Sonokemične sinteze dveh nano-velikih kovinsko-organskih okvirov; uporaba za katalizo in pripravo nanodelcev svinčevega (II) oksida. Revija za molekularno strukturo 1072, 2014. 260-266.
- Li, Zong-Qun; Qiu, Ling-Guang; Xu, Tao; Wu, Yun; Wang, Wei; Wu, Zhen-Yu; Jiang, Xia (2009): Ultrazvočna sinteza mikroporoznega kovinsko-organskega ogrodja Cu3(BTC)2 pri temperaturi okolja in tlaku: učinkovita in okolju prijazna metoda. Materiali Pisma 63/1, 2009. 78-80.
- Qiu, Ling-Guang; Li, Zong-Qun; Wu, Yun; Wang, Wei; Xu, Tao; Jiang, Xia (2008): Enostavna sinteza nanokristalov mikroporoznega kovinsko-organskega ogrodja z ultrazvočno metodo in selektivnim zaznavanjem organoaminov. Kemična komunikacija 2008, 3642–3644.
- Stock, Norbert; Biswas, Syam (2012): Sinteza kovinsko-organskih okvirov (MOF): poti do različnih topologij, morfologij in kompozitov MOF. Kemijski pregled 112/2, 2012. 933–969.
- Suslick, Kenneth S. (ur.) (1988): Ultrazvok: njegovi kemični, fizikalni in biološki učinki. VCH: Weinheim, Nemčija. 1988.
- Tahmasian, Arineh; Morsali, Ali; Joo, Sang Woo (2013): Sonokemične sinteze enodimenzionalnega Mg(II) kovinsko-organskega okvira: nov predhodnik za pripravo enodimenzionalne nanostrukture MgO. Revija za nanomateriale 2013.
- Thompson, Joshua A.; Chapman, Karena W.; Koros, William J.; Jones, Christopher W.; Nair, Sankar (2012): Sonično povzročeno zorenje Ostwaldovega zorenja nanodelcev ZIF-8 in tvorba ZIF-8? polimernih kompozitnih membran. Mikroporozni in mezoporozni materiali 158, 2012. 292-299.
- Wang, LiPing; Xiao, Bin; Wang, GongYing; Wu, JiQian (2011): Sinteza polikarbonatnega diola, katalizirana s kovinsko-organskim okvirjem Zn4O[CO2-C6H4-CO2]3. Znanost Kitajska kemija 54/9, 2011. 1468-1473.