Përgatitja me ultratinguj e kornizave metalo-organike (MOF)

• Kornizat Metal-Organike janë komponime të formuara nga jonet metalike dhe molekulat organike në mënyrë që të krijohet një material hibrid një, dy ose tredimensional. Këto struktura hibride mund të jenë poroze ose jo poroze dhe ofrojnë funksionalitete të shumëfishta.
• Sinteza sonokimike e MOF-ve është një teknikë premtuese pasi kristalet metalo-organike prodhohen shumë efikase dhe miqësore me mjedisin.
• Prodhimi tejzanor i MOF-ve mund të rritet në mënyrë lineare nga përgatitja e mostrave të vogla në laborator deri në prodhimin e plotë komercial.

korniza metalo-organike

Kornizat kristalore metal-organike (MOF) bien në kategorinë e materialeve poroze me potencial të lartë, të cilat mund të përdoren në ruajtjen e gazit, adsorbimin/ndarjen, katalizimin, si adsorbentë, në magnetizëm, dizajn sensori dhe shpërndarjen e barnave. MOF-të zakonisht formohen nga vetë-montimi ku njësitë dytësore të ndërtesës (SBU) lidhen me ndarës organikë (ligandë) për të krijuar rrjete komplekse. Ndarësit organikë ose SBU-të metalike mund të modifikohen për të kontrolluar porozitetin e MOF, i cili është thelbësor në lidhje me funksionalitetet dhe dobinë e tij për aplikime të veçanta.

Sinteza Sonokimike e MOFs

Rrezatimi tejzanor dhe kavitacioni i gjeneruar nga ky veprim janë të njohura për efektet e tyre unike në reaksionet kimike, të njohura si sonokimi. Shpërthimi i dhunshëm i flluskave të kavitacionit gjeneron pika të nxehta lokale me temperatura kalimtare jashtëzakonisht të larta (5000 K), presione (1800 atm) dhe shpejtësi ftohjeje (10¹⁰Ks^-1) si dhe valët e goditjes dhe rrjedhjet e lëngshme që rezultojnë. Në këto pika të nxehta kavitacionale, formimi dhe rritja e kristalit, p.sh. nga pjekja e Ostwald, induktohet dhe nxitet. Megjithatë, madhësia e grimcave është e kufizuar pasi ato pika të nxehta karakterizohen nga shkallë ekstreme ftohjeje, që do të thotë se temperatura e mjedisit të reagimit bie brenda milisekondave.
Ultratingulli njihet për sintetizimin e shpejtë të MOF-ve në kushte të buta procesi, siç është pa tretës, në temperaturë ambienti dhe nën presion ambienti. Studimet kanë treguar se MOF-të mund të prodhohen me kosto efektive me rendiment të lartë nëpërmjet rrugës sonokimike. Së fundmi, sinteza sonokimike e MOF-ve është një metodë e gjelbër dhe miqësore me mjedisin.

Përgatitja e MOF-5

Në studimin e Wang et al (2011), Zn₄O[1,4-benzenedikarboksilat]₃ u sintetizua nëpërmjet rrugës sonokimike. 1.36g H₂BDC dhe 4,84 g Zn (NO₃)₂· 6H₂O janë tretur fillimisht në 160 ml DMF. Më pas 6.43 g TEA iu shtuan përzierjes nën rrezatim tejzanor. Pas 2 orësh, precipitati pa ngjyrë u mblodh me filtrim dhe u la me DMF. Lënda e ngurtë u tha në 90°C në vakum dhe më pas u ruajt në një tharëse vakum.

Përgatitja e MOF Cu mikroporoze₃(BTC)₂

Li et al. (2009) raportojnë sintezën efikase tejzanor të kornizës tredimensionale (3-D) metal-organike (MOF) me kanale 3-D, si Cu₃(BTC)₂ (HKUST-1, BTC = benzen-1,3,5-trikarboksilate). Reagimi i acetatit të bakrit dhe H₃BTC në një zgjidhje të përzier të DMF/EtOH/H₂O (3:1:2, v/v) nën rrezatim tejzanor në temperatura e ambientit dhe presioni atmosferik për kohë të shkurtra reagimi (5–60 min) dha Cu₃(BTC)₂ Në rendiment të lartë (62,6-85,1%). Këto Cu₃(BTC)₂ nano-kristalet kanë përmasa prej 10-200 nm, të cilat janë shumë më të vogla sesa ato të sintetizuara duke përdorur metodën konvencionale solvotermale. Nuk kishte dallime të rëndësishme në vetitë fiziko-kimike, p.sh. sipërfaqja e BET, vëllimi i poreve dhe kapaciteti i ruajtjes së hidrogjenit, midis Cu₃(BTC)₂ nano-kristalet e përgatitura duke përdorur metodën tejzanor dhe mikrokristalet e përftuara duke përdorur metodën e përmirësuar solvotermale. Krahasuar me teknikat tradicionale sintetike, të tilla si teknika e difuzionit të tretësve, metodat hidrotermale dhe solvotermale, metoda tejzanor për ndërtimin e MOF-ve poroze rezultoi të ishte shumë Efikas dhe më miqësore me mjedisin.

Përgatitja e një MOF njëdimensionale Mg(II).

Tahmasian etj. (2013) raporti an Efikas, çmim i ulët, dhe miqësore me mjedisin rrugë për të prodhuar një kornizë 3D supramolekulare metal-organike (MOF) bazuar në MgII, {[Mg(HIDC)(H₂O)₂]⋅1,5H₂O}_N (H3L = 4,5-imidazol-acid dikarboksilik) duke përdorur një rrugë të asistuar me ultratinguj.
Nanostrukturuar {[Mg(HIDC)(H₂O)₂]⋅1,5H₂O}_N u sintetizua nëpërmjet rrugës sonokimike të mëposhtme. Për të përgatitur {[Mg(HIDC)(H2O)2]⋅1.5H me madhësi nano₂O}n (1), 20 mL tretësirë të ligandit 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) brezat e zgjedhur: 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 me nanostrukturë, proceset e mësipërme u kryen në kushtet e mëposhtme të përqendrimit të reagentëve fillestarë: [HL2−] = [Mg2+] = 0,025 M.

Sono-Sinteza e MOF-ve mikroporoze fluoreshente

Qiu et al. (2008) gjetën një rrugë sonokimike për sintezën e shpejtë të MOF mikroporoz fluoreshent, Zn.₃(BTC)₂⋅12H₂O (1) dhe ndjeshmëria selektive e organoaminave duke përdorur nanokristale të 1. Rezultatet tregojnë se sinteza tejzanore është një qasje e thjeshtë, efikase, me kosto të ulët dhe miqësore me mjedisin ndaj MOF-ve në shkallë nano.
MOF 1 u sintetizua duke përdorur metodën tejzanor në temperaturë ambienti dhe presion atmosferik për kohë të ndryshme reagimi prej 5, 10, 30 dhe 90 minutash, përkatësisht. Një eksperiment kontrolli u krye gjithashtu për të sintetizuar përbërësin 1 duke përdorur metodën hidrotermale, dhe strukturat u konfirmuan me IR, analizë elementare dhe analizë Rietveld të modeleve të difraksionit të rrezeve X (XRD) të pluhurit duke përdorur WinPLOTR dhe Fullprof.¹³. Çuditërisht, reagimi i dihidratit acetat të zinkut me acidin benzen-1,3,5-trikarboksilik (H₃BTC) në 20% etanol në ujë (v/v) nën rrezatim tejzanor në temperaturë dhe presion ambienti për 5 minuta dha 1 me një rendiment jashtëzakonisht të lartë (75.3%, bazuar në H₃BTC). Gjithashtu, rendimenti i 1 u rrit gradualisht nga 78.2% në 85.3% me rritjen e kohës së reagimit nga 10 në 90 minuta. Ky rezultat sugjeron që sinteza e shpejtë e MOF mund të realizohet me një rendiment dukshëm të lartë duke përdorur sonifikim. Krahasuar me sintezën hidrotermale të të njëjtit përbërës MOF 1, e cila kryhet në 140°C në presion të lartë për 24 orë, sinteza tejzanore është gjetur të jetë një metodë shumë efikase me rendiment të lartë dhe kosto të ulët.
Meqenëse nuk u mor asnjë produkt duke përzier acetatin e zinkut me H3BTC në të njëjtin mjedis reagimi në temperaturë dhe presion ambienti në mungesë të ultrazërit, mund të konkludohet se sonifikimi luan një rol të rëndësishëm gjatë formimit të MOF 1.
 

Sintezë e lehtë e strukturave supramolekulare duke përdorur sonication – Lexo më shumë!

Gjeni Pajisjet më të Mira Sonokimike për Procesin tuaj!

Hielscher Ultrasonics ka përvojë të gjatë në projektimin dhe prodhimin e ultrazërit të fuqishëm dhe të besueshëm dhe reaktorëve sonokimikë. Hielscher mbulon kërkesat tuaja të aplikimit me gamën e gjerë të pajisjeve tejzanor – nga e vogla pajisje laboratorike gjatë Bench-Top dhe pilot ultrasonikë deri në të plotësistemet industriale për prodhimin sonokimik në shkallë komerciale. Një larmi e madhe e sonotrodeve, përforcuesve, reaktorëve, qelizave të rrjedhjes, kutive të anulimit të zhurmës dhe aksesorëve lejojnë konfigurimin optimal të konfigurimit për reagimin tuaj sonokimik. Sonicatorët Hielscher janë shumë të fuqishëm, të ndërtuar për funksionim 24/7 dhe kanë nevojë vetëm për shumë pak mirëmbajtje.