• Kornizat metalike-organike janë komponimet e formuara nga jonet metalikë dhe molekulat organike në mënyrë që të krijohet një material hibrid, një, dy ose tre-dimensional. Këto struktura hibride mund të jenë poroze ose jo-poroze dhe ofrojnë funksionalitete të shumta.
• Sinteza sonochemical e MOFs është një teknik premtues si kristale metalike-organike janë prodhuar shumë efikas dhe miqësore për mjedisin.
• Prodhimi tejzanor i MOF-ve mund të rritet linearisht nga përgatitja e mostrave të vogla në laborator deri në prodhimin e plotë komercial.

Kornizat metalike-organike

Korniza kristalore metalike-organike (MOFs) bien në kategorinë e materialeve poroze potenciale të larta, të cilat mund të përdoren në ruajtjen e gazit, adsorption / ndarje, katalizator, si adsorbents, në magnetizëm, dizajn sensor dhe shpërndarjen e drogës. MF-të zakonisht formohen nga vetë-grumbullimi ku njësitë e ndërtimit sekondar (SBU) lidhen me spacers organikë (ligands) për të krijuar rrjete komplekse. Spacers organike ose SBUs metalike mund të modifikohen në mënyrë që të kontrollojë porozitetin e MOF, e cila është e rëndësishme në lidhje me funksionalitetin e saj dhe dobinë e saj për aplikime të veçanta.

Sinteza Sonochemical e MOFs

Rrezatim tejzanor dhe gjeneruar në këtë mënyrë cavitation janë të njohur për efektet e saj unike në reaksionet kimike, të njohura si sonochemistry. Implikimi i dhunshëm i flluskave të kavitacionit gjeneron pika të nxehta të lokalizuara me temperatura jashtëzakonisht të larta transiente (5000 K), presione (1800 atm) dhe norma ftohëse (10¹⁰Ks^-1), si dhe valët e goditjeve dhe avionët e lëngshëm rezultues. Në këto cavitational pika të nxehta, nucleation kristal dhe rritja, p.sh. nga pjekje Ostwald, është nxitur dhe promovuar. Megjithatë, madhësia e grimcave është e kufizuar pasi që ato pika të nxehta karakterizohen nga frekuenca ekstreme të ftohjes që do të thotë se temperatura e mesme e reagimit bie brenda milisekondave.
Ultratinguj është i njohur për të sintetizuar MOFs shpejt nën i butë kushtet e procesit, të tilla si pa tretes, në temperatura e dhomës dhe nën presionit të ambientit. Studimet kanë treguar se MOF mund të prodhohen kosto-efektive në të jepnin të lartë nëpërmjet rrugës sonokhemike. Së fundi, sonochemical sinteza e MOF-ve është një e gjelbër, metoda miqësore me mjedisin.

Përgatitja e MOF-5

Në studimin e Wang et al (2011), Zn₄O [1,4-benzenedicarboxylate]₃ u sintetizua nëpërmjet sonochemical rrugë. 1.36g H₂BDC dhe Zn 4.84g (NO₃)₂· 6H₂O u tretën inilially në DMF 160mL. Pastaj 6.43g TEA u shtua në përzierje nën rrezatim tejzanor. Pas 2 h, precipitati i pangjyrë u mblodh me fi ltration dhe u la me DMF. E ngurtë u tharë në 90 ° C në vakum dhe pastaj ruhej në një tharjeje vakumi.

Përgatitja e mikroporozës MOF Cu₃(BTC)₂

Li et al. (2009) raportojnë sintezën efikase ultrasonike të kuadrit metalik-organik 3-D (MOF) me kanale 3-D, të tilla si Cu₃(BTC)₂ (HKUST-1, BTC = benzen-1,3,5-trikarboksilate). Reagimi i acetatit të rafinit dhe H₃BTC në një zgjidhje të përzier të DMF / EtOH / H₂O (3: 1: 2, v / v) nën rrezatim tejzanor në temperatura e ambientit dhe presion atmosferik për herë të shkurtra reagimi (5-60 min) i dha Cu₃(BTC)₂ Në të jepnin të lartë (62,6-85,1%). Këto Cu₃(BTC)₂ Nano-kristalet kanë dimensione të një madhësie prej 10-200 nm, të cilat janë shumë më të vogla sesa ato të sintetizuara duke përdorur metodën konvencionale solvotermale. Nuk kishte dallime të konsiderueshme në vetitë fiziko-kimike, p.sh. sipërfaqja e BET, volumi i poreve dhe kapaciteti i ruajtjes së hidrogjenit, ndërmjet Cu₃(BTC)₂ nano-kristale të përgatitura duke përdorur metodën tejzanor dhe mikrokristalet e marra duke përdorur metodën e përmirësuar solvotermale. Krahasuar me teknikat tradicionale sintetike, të tilla si teknikat e difuzionit të tretës, metodat hidrotermale dhe solvotermale, metoda ultrasonike për ndërtimin e MOF poroze u gjet të jetë shumë efikas dhe më miqësore me mjedisin.

Përgatitja e një MF njëdimensional (II) MOF

Tahmasian et al. (2013) raportojnë një efikas, çmim i ulët, dhe mjedisit të favorshëm rruga për të prodhuar një kornizë metalike-organike 3D supramolekulare (MOF) bazuar në MgII, {[Mg (HIDC) (H₂O)₂] ⋅1.5H₂O}_n (H3L = 4,5-imidazol-dicarboxylic acid) duke përdorur një rrugë ultrasonically-assisted.
Nanostrukturuar {[Mg (HIDC) (H₂O)₂] ⋅1.5H₂O}_n u sintetizua me anë të mëposhtme sonochemical rrugë. Përgatitja e nanosized {[Mg (HIDC) (H2O) 2] ∙ 1.5H₂O} n (1), 20 mL një solucion të ligandit H₃IDC (0.05M) dhe hidroksid kaliumi (0.1M) u pozicionua një sondë tejzanor me densitet të lartë me një fuqi maksimale të fuqisë prej 305 W. Në këtë solucion u shtuan 20 ml një solucion ujor të nitratit të magnezit (0.05M). Precipitat e fituara u filtruan, u lanë me ujë dhe etanol, dhe tharë në ajër (mp> 300 ° C (Gjetur: C, 24.84; H, 3.22; N, 11.67%.) IR (cm^-1) të përzgjedhur: 3383 (w), 3190 (w), 1607 (br), 1500 (m), 1390 (s), 1242 (m), 820 (m), 652 (m)).
Për studimin e efektit të përqendrimit të reagentëve fillestarë në madhësinë dhe morfologjinë e përbërjes nanostrukturore, proceset e mësipërme janë bërë në kushtet e mëposhtme të përqendrimit të reagentëve fillestarë: [HL2-] = [Mg2 +] = 0.025 M.

Sono-Sinteza e MOF mikroporozë fluoreshente

Qiu et al. (2008) gjeti një sonochemical rruga për sintezën e shpejtë të mikroporozës fluoreshente MOF, Zn₃(BTC)₂⋅12H₂O (1) dhe ndjeshmëria selektive e organoaminës duke përdorur nanokristale të 1. Rezultatet tregojnë se tejzanor sintezë është një qasje e thjeshtë, efiçente, me kosto të ulët dhe miqësore me mjedisin për MOF-të në nanoscale.
MOF 1 u sintetizua duke përdorur metodën tejzanor në një i ambientit temperatura dhe atmosferik presion për herë të ndryshme të reagimit prej 5, 10, 30 dhe 90 min, respektivisht. Një eksperiment i kontrollit është kryer gjithashtu për të sintetizuar përbërësin 1 duke përdorur metodën hidrotermale dhe strukturat janë konfirmuar me IR, analizat elementale dhe analizën Rietveld të modeleve të difraksionit me rreze X të pluhurit (XRD) duke përdorur WinPLOTR dhe Fullprof¹³. Çuditërisht, reaksioni i dihidratit të acetonit të zinkut me benzen-1,3,5-trikarboksilik (H₃BTC) në 20% të etanolit në ujë (v / v) nën rrezatim tejzanor në temperaturën e ambientit dhe presioni për 5 min dha 1 në një mënyrë të mrekullueshme të jepnin të lartë (75.3%, bazuar në H₃BTC). Gjithashtu, rendimenti 1 u rrit gradualisht nga 78.2% në 85.3% me rritjen e kohës së reagimit nga 10 në 90 min. Ky rezultat sugjeron që sintezë e shpejtë e MOF mund të realizohet në mënyrë të konsiderueshme të jepnin të lartë duke përdorur metodën tejzanor. Krahasuar me sintezën hidrotermale të së njëjtës përbërje MOF 1, e cila kryhet në 140 ° C me presion të lartë për 24 orë, sinteza ultrasonike është gjetur të jetë një metodë shumë efikase me rendiment të lartë dhe çmim i ulët.
Meqenëse asnjë produkt nuk është marrë duke përzierur acetat e zinkut me H3BTC në të njëjtën mjedis reagimi në temperaturën e ambientit dhe presionin në mungesë të ultrazërit, Sonication duhet të luajë një i rëndësishëm gjatë formimit të MF-së 1.

Proceset tejzanor: Nga laborator në industrial shkallë

Pajisjet Sonochemical

Hielscher Ultrasonics ka përvojë të gjatë në projektimin dhe prodhimin e ultrasonicators të fuqishëm dhe të besueshëm dhe reaktorë sonochemical. Hielscher mbulon kërkesat tuaja të aplikimit me gamën e gjerë të pajisjeve tejzanor – nga të vogla pajisje laboratorike mbi bench-top dhe pilot ultrasonicators deri në full-sistemeve industriale për prodhimin sonochemical në shkallë komerciale. Një shumëllojshmëri e gjerë e sonotrodes, booster, reaktorët, qelizat e rrjedhjes, kutitë e anulimit të zhurmës dhe aksesorët lejojnë konfigurimin e konfigurimit optimal për sonochemical reagim. Pajisjet tejzanore të Hielscher janë shumë i fuqishëm, ndërtuar për të 24/7 dhe kanë nevojë vetëm për mirëmbajtje shumë pak.