Ултразвучна припрема метално-органских оквира (МОФ)
- Метално-органски оквири су једињења формирана од металних јона и органских молекула тако да се ствара једно-, дво- или тродимензионални хибридни материјал. Ове хибридне структуре могу бити порозне или непорозне и нуде многоструке функционалности.
- Сонохемијска синтеза МОФ-а је обећавајућа техника јер се метал-органски кристали производе веома ефикасни и еколошки прихватљиви.
- Ултразвучна производња МОФ-а може се линеарно повећати од припреме малих узорака у лабораторији до пуне комерцијалне производње.
метало-органски оквири
Кристални метал-органски оквири (МОФ) спадају у категорију порозних материјала високог потенцијала, који се могу користити у складиштењу гаса, адсорпцији/сепарацији, катализи, као адсорбенти, у магнетизму, дизајну сензора и испоруци лекова. МОФ се обично формирају самосастављањем где се секундарне грађевинске јединице (СБУ) повезују са органским одстојницима (лиганди) како би се створиле сложене мреже. Органски одстојници или метални СБУ се могу модификовати како би се контролисала порозност МОФ-а, што је кључно у погледу његових функционалности и његове корисности за посебне примене.
Сонохемијска синтеза МОФ-а
Ултразвучно зрачење и тиме створено кавитација су добро познати по својим јединственим ефектима на хемијске реакције, познатим као Соноцхемистри. Насилна имплозија кавитационих мехурића ствара локализоване вруће тачке са изузетно високим пролазним температурама (5000 К), притисцима (1800 атм) и брзинама хлађења (1010Кс-1) као и ударни таласи и настали млазови течности. Код ових кавитациони вруће тачке, нуклеација и раст кристала, нпр. Оствалдовим сазревањем, се индукује и подстиче. Међутим, величина честица је ограничена јер се те вруће тачке карактеришу екстремним брзинама хлађења што значи да температура реакционог медијума пада унутар милисекунди.
Познато је да ултразвук синтетише МОФ брзо испод благе услови процеса, као нпр без растварача, ат собна температура и под притисак околине. Студије су показале да се МОФ могу производити исплативо ат Висок принос сонохемијским путем. Коначно, соноцхемицал синтеза МОФ-а је а зелен, еколошки прихватљива метода.
Припрема МОФ-5
У студији Ванг ет ал (2011), Зн4О[1,4-бензендикарбоксилат]3 је синтетизован преко соноцхемицал рута. 1,36 г Х2БДЦ и 4,84 г Зн (НО3)2·6Х2О су првобитно растворени у 160 мЛ ДМФ. Затим је 6,43 г ТЕА додато у смешу под ултразвучним зрачењем. После 2 х безбојни талог је сакупљен филтрацијом и испран са ДМФ. Чврста супстанца је осушена на 90°Ц у вакууму и затим ускладиштена у вакуум ексикатору.
Припрема микропорозног МОФ Цу3(БТЦ)2
Ли ет ал. (2009) извештавају о ефикасној ултразвучној синтези тродимензионалног (3-Д) метал-органског оквира (МОФ) са 3-Д каналима, као што је Цу3(БТЦ)2 (ХКУСТ-1, БТЦ = бензен-1,3,5-трикарбоксилат). Реакција бакровог ацетата и Х3БТЦ у мешаном раствору ДМФ/ЕтОХ/Х2О (3:1:2, в/в) под ултразвучним зрачењем на температура околине и атмосферски притисак за кратко време реакције (5–60 мин) дали су Цу3(БТЦ)2 Ин Висок принос (62,6–85,1%). Ове Цу3(БТЦ)2 нано-кристали имају димензије у распону величина од 10-200 нм, што је много мањи од оних синтетизованих коришћењем конвенционалне солвотермалне методе. Није било значајних разлика у физичко-хемијским својствима, нпр. БЕТ површина, запремина пора и капацитет складиштења водоника, између Цу3(БТЦ)2 нано-кристали припремљени ултразвучном методом и микрокристали добијени применом побољшане солвотермалне методе. У поређењу са традиционалним синтетичким техникама, као што су техника дифузије растварача, хидротермалне и солвотермалне методе, ултразвучна метода за конструкцију порозних МОФ-а је веома Ефикасно и еколошки прихватљивији.
Припрема једнодимензионалног Мг(ИИ) МОФ-а
Тахмасиан ет ал. (2013) извештај ан Ефикасно, ниске цене, и еколошки пут за производњу 3Д супрамолекуларног метал-органског оквира (МОФ) заснованог на МгИИ, {[Мг(ХИДЦ)(Х2О)2]⋅1.5Х2О}Н (Х3Л = 4,5-имидазол-дикарбоксилна киселина) коришћењем ултразвучног пута.
Наноструктурирани {[Мг(ХИДЦ)(Х2О)2]⋅1.5Х2О}Н је синтетизован путем следећег соноцхемицал рута. За припрему нановеличине {[Мг(ХИДЦ)(Х2О)2]⋅1.5Х2О}н (1), 20 мЛ раствора лиганда Х3IDC (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) одабрани бендови: 3383 (ш), 3190 (ш), 1607 (бр), 1500 (м), 1390 (с), 1242 (м), 820 (м), 652 (м)).
За проучавање утицаја концентрације почетних реагенаса на величину и морфологију наноструктурисаног једињења, наведени процеси су рађени под следећим условима концентрације почетних реагенса: [ХЛ2−] = [Мг2+] = 0,025 М.
Соно-синтеза флуоресцентних микропорозних МОФ-а
Киу ет ал. (2008) пронашао а соноцхемицал пут за брзу синтезу флуоресцентног микропорозног МОФ, Зн3(БТЦ)2⋅12Х2О (1) и селективно испитивање органоамина коришћењем нанокристала од 1. Резултати откривају да ултразвучни синтеза је једноставан, ефикасан, јефтин и еколошки прихватљив приступ наноразмерним МОФ-овима.
МОФ 1 је синтетизован ултразвучном методом на амбијентални температура и атмосферски притисак за различита времена реакције од 5, 10, 30 и 90 мин, респективно. Такође је спроведен контролни експеримент за синтезу једињења 1 хидротермалном методом, а структуре су потврђене ИР, елементарном анализом и Риетвелд анализом узорака дифракције рендгенских зрака на праху (КСРД) коришћењем ВинПЛОТР и Фуллпроф.13. Изненађујуће, реакција цинк ацетата дихидрата са бензен-1,3,5-трикарбоксилном киселином (Х3БТЦ) у 20% етанола у води (в/в) под ултразвучним зрачењем на амбијенталној температури и притиску током 5 минута дало је 1 у изузетно Висок принос (75,3%, на основу Х3БТЦ). Такође, принос 1 се постепено повећавао са 78,2% на 85,3% са повећањем времена реакције од 10 до 90 мин. Овај резултат сугерише да брза синтеза МОФ-а може се реализовати у значајној мери Висок принос користећи ултразвучну методу. У поређењу са хидротермалном синтезом истог једињења МОФ 1, која се изводи на 140°Ц под високим притиском током 24 сата12, ултразвучна синтеза је високо ефикасна метода са високим приносом и ниске цене.
Пошто ниједан производ није добијен мешањем цинк ацетата са Х3БТЦ у истом реакционом медијуму на собној температури и притиску у одсуству ултразвука, соницатион мора играти ан важно улогу приликом формирања МОФ 1.
Ултразвучни процеси: Од лаб до индустријским Скала
сонохемијска опрема
Хиелсцхер Ултрасоницс има дугогодишње искуство у дизајну и производњи моћних и поузданих ултрасоникатора и сонохемијских реактора. Хиелсцхер покрива ваше захтеве апликације са својим широким спектром ултразвучних уређаја – од малих лабораторијски уређаји преко Бенцх-Топ и пилот ултразвучни апарати до потпуногиндустријских система за сонохемијску производњу у комерцијалним размерама. Велики избор сонотрода, појачивача, реактора, проточних ћелија, кутија за поништавање буке и додатака омогућавају да се конфигурише оптимално подешавање за ваше соноцхемицал reaction. Hielscher’s ultrasonic devices are very Робустан, изграђен за 24/7 рада и потребно је врло мало одржавања.
Метално-органски оквири се могу ефикасно синтетизовати сонохемијским путем
ултрасоницатор УИП1000хд са сонохемијским реактором
Литература/Референце
- Деи, Цхандан; Кунду, Танаи; Бисвал, Бишну П.; Маллицк, Аријит; Банерџи, Рахул (2014): Кристални метал-органски оквири (МОФ): синтеза, структура и функција. Ацта Цристаллограпхица Сецтион Б 70, 2014. 3-10.
- Хашеми, Лида; Морсали, Али; Иилмаз, Веисел Т.; Буиукгунгор, Орхан; Кхаваси, Хамид Реза; Асхоури, Фатемех; Багхерзадех, Мојтаба (2014): Сонохемијске синтезе два метално-органска оквира олова (ИИ) нано величине; примена за катализу и припрему наночестица олово(ИИ) оксида. Јоурнал оф Молецулар Струцтуре 1072, 2014. 260-266.
- Ли, Зонг-Кун; Киу, Линг-Гуанг; Ксу, Тао; Ву, Иун; Ванг, Веј; Ву, Џен-Ју; Јианг, Ксиа (2009): Ултразвучна синтеза микропорозног метал-органског оквира Цу3(БТЦ)2 на собној температури и притиску: ефикасна и еколошки прихватљива метода. Грађа Писма 63/1, 2009. 78-80.
- Киу, Линг-Гуанг; Ли, Зонг-Кун; Ву, Иун; Ванг, Веј; Ксу, Тао; Јианг, Ксиа (2008): Лака синтеза нанокристала микропорозног метал-органског оквира ултразвучном методом и селективним сенсингом органоамина. Цхемицал Цоммуницатион 2008, 3642–3644.
- Стоцк, Норберт; Бисвас, Сиам (2012): Синтеза метало-органских оквира (МОФ): путеви до различитих МОФ топологија, морфологија и композита. Цхемицал Ревиев 112/2, 2012. 933–969.
- Суслицк, Кеннетх С. (ур.) (1988): Ултразвук: његови хемијски, физички и биолошки ефекти. ВЦХ: Вајнхајм, Немачка. 1988.
- Тахмасиан, Аринех; Морсали, Али; Јоо, Санг Воо (2013): Сонохемијске синтезе једнодимензионалног Мг(ИИ) метал-органског оквира: нови прекурсор за припрему једнодимензионалне наноструктуре МгО. Часопис за наноматеријале 2013.
- Тхомпсон, Јосхуа А.; Цхапман, Карена В.; Корос, Виллиам Ј.; Јонес, Цхристопхер В.; Наир, Санкар (2012): Оствалдово сазревање ЗИФ-8 наночестица и формирање композитних мембрана ЗИФ-8/полимера изазвано сонификацијом. Микропорозни и мезопорозни материјали 158, 2012. 292-299.
- Ванг, ЛиПинг; Ксиао, Бин; Ванг, ГонгЈинг; Ву, ЈиКиан (2011): Синтеза поликарбонатног диола катализованог метал-органским оквиром Зн4О[ЦО2-Ц6Х4-ЦО2]3. Сциенце Цхина Цхемистри 54/9, 2011. 1468-1473.