• Metall-organiska ramverk är föreningar bildade av metall joner och organiska molekyler så att en en-, två eller tre-dimensionell hybrid material skapas. Dessa hybrid strukturer kan vara porösa eller icke-porösa och erbjuder mångfaldiga funktioner.
• Den sonochemical syntesen av MOFs är en lovande teknik som metall-organiska kristaller produceras mycket effektiv och miljö vänlig.
• Ultraljud produktionen av MOFs kan linjärt skalas upp från beredning av små prover i labbet till full kommersiell produktion.

Metal-organiska ramverk

Kristallint metall-organiska ramverk (MOFs) faller inom kategorin hög potential porösa material, som kan användas i gas lagring, adsorption/separation, katalys, som adsorbenter, i magnetism, sensor design, och Drug leverans. MOFs är typiskt bildas av själv montering där sekundära byggnads enheter (SBUs) få i samband med organiska distansörer (ligander) för att skapa komplexa nätverk. De organiska distanser eller metallisk SBUs kan ändras för att kontrol lera porositet av MOF, vilket är avgörande när det gäller dess funktioner och dess användbarhet för särskilda tillämpningar.

Sonochemical syntes av MOFs

Ultraljud bestrålning och därmed genereras kavitation är väl kända för sina unika effekter på kemiska reaktioner, så kallade sonochemistry. Den våldsamma implosion av kavitation bubblor genererar lokaliserade hot spots med mycket höga transienta temperaturer (5000 K), tryck (1800 ATM), och kylande hastigheter (10¹⁰Ks^-1), samt chock vågor och resulterande vätske strålar. Vid dessa cavitational hot spots, kristall kärn bildning och tillväxt, e.g. vid Ostwald mognad, framkallas och främjas. Partikel storleken är dock begränsad eftersom de aktiva fläckarna kännetecknas av extrema kylnings hastigheter, vilket innebär att reaktions mediets temperatur sjunker inom millisekunder.
Ultraljud är känt för att syntetisera MOFs Snabbt under Mild process förhållanden, t. ex. utan lösnings medelPå Rumstemperatur och under omgivnings tryck. Studier har visat att MOFs kan produceras Kostnadseffektivt PÅ Högt utbyte via sonochemical rutt. Slutligen sonokemisk syntesen av MOFs är en Grön, miljö vänlig metod.

Beredning av MOF-5

I studien av Wang et al (2011), Zn₄O [1, 4-benzenedicarboxylate]₃ syntetiserades via sonokemisk Rutt. Mer från 1,36 g H₂BDC och 4.84 g Zn (nej₃)₂· 6H₂O var inilially upplöst i 160mL DMF. Då 6.43 g TEA lades till blandningen under ultraljud bestrålning. Efter 2 timmar insamlades den färglösa fällningen genom filtrering och tvättades av DMF. Det fasta medlet torkades vid 90 ° c i vakuum och lagrades sedan i en vakuumexsickator.

Beredning av mikroporösa MOF cu₃BTC₂

Li et al. (2009) rapportera effektiv ultraljud syntes av tredimensionella (3-D) metal-Organic Framework (MOF) med 3-D-kanaler, såsom cu₃BTC₂ (HKUST-1, BTC = bensen-1, 3, 5-trikarboxylat). Reaktionen av koppar acetat och H₃BTC i en blandad lösning av DMF/EtOH/H₂O (3:1:2, v/v) under ultraljud bestrålning vid Omgivningstemperatur och Lufttrycket För korta reaktions tider (5 – 60 min) gav cu₃BTC₂ I Högt utbyte (62,6 – 85.1%). Dessa cu₃BTC₂ nanokristaller har dimensioner av ett storleks intervall på 10 – 200 nm, som är mycket Mindre än de syntetiseras med konventionell solvothermal metod. Det fanns inga signifikanta skillnader i fysikalisk-kemiska egenskaper, till exempel insats yta, porvolym och vätgaslagringskapacitet, mellan cu₃BTC₂ Nano-kristaller beredda med ultraljud metod och mikrokristaller erhålls genom att använda förbättrad solvothermal metod. Jämfört med traditionella syntetiska tekniker, såsom lösnings medels diffusion teknik, hydrotermiska och solvothermal metoder, ultraljud metod för byggandet av porösa MOFs konstaterades vara mycket Effektiv och miljö vänligare.

Beredning av en endimensionell mg (II) MOF

Tahmasian et al. (2013) rapporterar en Effektiv, låg kostnad, och miljövänlig rutt för att producera en 3D Supramolekylär metal-Organic Framework (MOF) baserat på MgII, {[mg (HIDC) (H₂O₂] ⋅ 1.5 h₂O_N (H3L = 4,5-Imidazol-dicarboxylic Acid) med hjälp av en ultraljud-Assisted rutt.
Nanostrukturerade {[mg (HIDC) (H₂O₂] ⋅ 1.5 h₂O_N syntetiseras via följande sonokemisk Rutt. För att förbereda nanosized {[mg (HIDC) (H2O) 2] ⋅ 1.5 H₂O} n (1), 20 mL av en lösning av ligand H₃IDC (0,05 M) och kaliumhydroxid (0,1 M) placerades i en ultraljudssond med en maximal uteffekt på 305 W. i denna lösning lades 20 mL vatten lösning av magnesium nitrat (0,05 M) till dropwise. De erhållna fälltates filtrerades bort, tvättas med vatten och lufttorkad (smält 300 > º C. (Hittade: C, 24,84; H, 3,22; N, 11,67%.). IR (cm^-1) valda band: 3383 (w), 3190 (w), 1607 (br), 1500 (m), 1390 (s), 1242 (m), 820 (m), 652 (m)).
För att studera effekten av koncentrationen av initiala reagenser på storlek och morfologi av nanostrukturerade förening, ovanstående processer utfördes under följande koncentrations tillstånd av initiala reagenser: [HL2 −] = [Mg2 +] = 0,025 M.

Sono-syntes av fluorescerande mikroporösa MOFs

Qiu et al. (2008) hittade en sonokemisk för snabb syntes av fluorescerande mikroporös MOF, Zn₃BTC₂⋅ 12H₂O (1) och selektiv avkänning av organoaminer med nanokristaler av 1. Resultaten avslöjar att ultraljud Syntes är en enkel, effektiv, låg kostnad, och miljö vänlig strategi för nanoskala MOFs.
MOF 1 syntetiserades med ultraljud metoden på en Omgivande temperatur och Atmosfäriska Tryck för olika reaktions tider på 5, 10, 30 respektive 90 min. Ett kontroll experiment utfördes också för att syntetisera sammansatta 1 med hjälp av Hydro termiska metoden, och strukturerna bekräftades av IR, elementär analys och Rietveld analys av pulvret X-ray diffraktion (XRD) mönster med hjälp av winplotr och fullprof¹³. Överraskande, reaktionen av zinkacetat dihydrat med benzen-1, 3, 5-tricarboxylic Acid (H₃BTC) i 20% av etanol i vatten (v/v) under ultraljud bestrålning vid omgivnings temperatur och tryck för 5 min gav 1 i en anmärknings värt Högt utbyte (75,3%, baserat på H₃BTC). Också, avkastningen på 1 ökade gradvis från 78,2% till 85,3% med att öka reaktions tiden från 10 till 90 min. Detta resultat tyder på att snabb syntes av MOF kan realiseras i en väsentligt Högt utbyte med ultraljud metod. Jämfört med hydrotermisk syntes av samma förening MOF 1, som utförs vid 140 ° c vid högt tryck för 24 h, 12 ultraljud syntes är en mycket effektiv metod med hög avkastning och låg kostnad.
Eftersom ingen produkt erhölls genom blandning av zinkacetat med H3BTC i samma reaktions medium vid omgivnings temperatur och-tryck i avsaknad av ultraljud, Ultraljudsbehandling måste spela en Viktigt roll under bildandet av MOF 1.

Ultraljudsprocesser: Från Labb till Industriell Skala

sonokemisk Equipment

Hielscher Ultrasonics har lång erfarenhet av konstruktion och tillverkning av kraftfulla och pålitliga ultrasonicators och sonochemical reaktorer. Hielscher täcker din ansökan krav med sitt breda spektrum av ultraljud enheter – från små Lab-enheter Över bänk skiva och Pilot ultrasonicators upp till full-industriella system för sonochemical produktion i kommersiell skala. Ett stort utbud av sonotrodes, booster, reaktorer, flöde celler, brus reducering lådor och tillbehör gör det möjligt att konfigurera den optimala installationen för din sonokemisk Reaktion. Hielschers Ultrasonic enheter är mycket Robust, byggd för Dygnet runt drift och behöver endast mycket lite underhåll.