การเตรียมอัลตราโซนิกของกรอบโลหะอินทรีย์ (MOFs)

• กรอบโลหะอินทรีย์เป็นสารประกอบที่เกิดจากไอออนของโลหะและโมเลกุลอินทรีย์เพื่อให้เกิดวัสดุไฮบริดหนึ่งสองหรือสามมิติ โครงสร้างไฮบริดเหล่านี้อาจเป็นรูพรุนหรือไม่มีรูพรุน และมีฟังก์ชันการทํางานที่หลากหลาย
• การสังเคราะห์โซโนเคมีของ MOF เป็นเทคนิคที่มีแนวโน้มเนื่องจากผลึกอินทรีย์ของโลหะผลิตขึ้นได้อย่างมีประสิทธิภาพและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม
• การผลิตอัลตราโซนิกของ MOF สามารถขยายขนาดเป็นเส้นตรงได้ตั้งแต่การเตรียมตัวอย่างขนาดเล็กในห้องปฏิบัติการไปจนถึงการผลิตเชิงพาณิชย์เต็มรูปแบบ

กรอบโลหะอินทรีย์

กรอบโลหะอินทรีย์ผลึก (MOFs) จัดอยู่ในหมวดหมู่ของวัสดุที่มีรูพรุนที่มีศักยภาพสูงซึ่งสามารถใช้ในการจัดเก็บก๊าซการดูดซับ / การแยกตัวเร่งปฏิกิริยาเป็นตัวดูดซับในแม่เหล็กการออกแบบเซ็นเซอร์และการส่งยา โดยทั่วไป MOF จะเกิดจากการประกอบตัวเองโดยที่หน่วยอาคารรอง (SBU) เชื่อมต่อกับตัวเว้นวรรคอินทรีย์ (ลิแกนด์) เพื่อสร้างเครือข่ายที่ซับซ้อน ตัวเว้นวรรคอินทรีย์หรือ SBU โลหะสามารถปรับเปลี่ยนเพื่อควบคุมความพรุนของ MOF ซึ่งมีความสําคัญเกี่ยวกับฟังก์ชันการทํางานและยูทิลิตี้สําหรับการใช้งานเฉพาะ

การสังเคราะห์ Sonochemical ของ MOF

การฉายรังสีอัลตราโซนิกและด้วยเหตุนี้จึงเกิดขึ้น โพรงอากาศ เป็นที่รู้จักกันดีในด้านผลกระทบที่เป็นเอกลักษณ์ต่อปฏิกิริยาเคมีที่เรียกว่า โซโนเคมี. การระเบิดอย่างรุนแรงของฟองอากาศทําให้เกิดจุดร้อนเฉพาะที่โดยมีอุณหภูมิชั่วคราวที่สูงมาก (5000 K) ความดัน (1800 atm) และอัตราการทําความเย็น (10¹⁰เคเอส^-1) เช่นเดียวกับคลื่นกระแทกและไอพ่นของเหลวที่เกิดขึ้น ที่เหล่านี้ โพรงอากาศ จุดร้อน นิวเคลียสของผลึกและการเจริญเติบโต เช่น โดยการสุกของ Ostwald ถูกเหนี่ยวนําและส่งเสริม อย่างไรก็ตาม ขนาดอนุภาคมีจํากัด เนื่องจากจุดร้อนเหล่านั้นมีอัตราการทําความเย็นที่รุนแรง ซึ่งหมายความว่าอุณหภูมิของตัวกลางปฏิกิริยาจะลดลงภายในมิลลิวินาที
อัลตราซาวนด์เป็นที่ทราบกันดีในการสังเคราะห์ MOF เร็ว ใต้ เล็กน้อย เงื่อนไขของกระบวนการ เช่น ปราศจากตัวทําละลายที่ อุณหภูมิห้อง และต่ํากว่า ความดันแวดมินบอกเดา. การศึกษาพบว่าสามารถผลิต MOF ได้ คุ้มค่า ที่ ผลผลิตสูง ผ่านเส้นทางโซโนเคมี สุดท้าย โซโนเคมี การสังเคราะห์ MOF เป็น เขียววิธีการที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม

การเตรียม MOF-5

ในการศึกษาของ Wang et al (2011), Zn₄โอ [1,4-เบนซินไดคาร์บอกซิเลต]₃ ถูกสังเคราะห์ผ่าน โซโนเคมี เส้นทาง 1.36 กรัมชม₂BDC และ 4.84g Zn (NO₃)₂·6 ชม.₂O ถูกละลายในเบื้องต้นใน DMF 160 มล. จากนั้นเติม TEA 6.43g ลงในส่วนผสมภายใต้การฉายรังสีอัลตราโซนิก หลังจากผ่านไป 2 ชั่วโมงตะกอนที่ไม่มีสีจะถูกรวบรวมโดยการกรองและล้างโดย DMF ของแข็งถูกทําให้แห้งที่อุณหภูมิ 90°C ในสุญญากาศแล้วเก็บไว้ในเครื่องดูดความชื้นสูญญากาศ

การเตรียม MOF Cu ที่มีรูพรุนขนาดเล็ก₃(บอยทีซี)₂

Li et al. (2009) รายงานการสังเคราะห์อัลตราโซนิกที่มีประสิทธิภาพของกรอบโลหะอินทรีย์สามมิติ (3-D) (MOF) ด้วยช่องสัญญาณ 3 มิติ เช่น Cu₃(บอยทีซี)₂ (HKUST-1, BTC = เบนซิน-1,3,5-ไตรคาร์บอกซิเลต) ปฏิกิริยาของคิวปริกอะซิเตทและ H₃BTC ในสารละลายผสมของ DMF/EtOH/H₂O (3: 1: 2, v / v) ภายใต้การฉายรังสีอัลตราโซนิกที่ อุณหภูมิแวดใช้งาน และ ความกดอากาศ เพื่อ เวลาตอบสนองสั้น (5–60 นาที) ให้ Cu₃(บอยทีซี)₂ ใน ผลผลิตสูง (62.6–85.1%). Cu เหล่านี้₃(บอยทีซี)₂ นาโนคริสตัลมีขนาดช่วงขนาด 10–200 นาโนเมตรซึ่งมาก ขนาด เล็ก กว่าที่สังเคราะห์โดยใช้วิธีโซลโวเทอร์มอลทั่วไป ไม่มีความแตกต่างอย่างมีนัยสําคัญในคุณสมบัติทางเคมีฟิสิกส์ เช่น พื้นที่ผิว BET ปริมาตรรูพรุน และความสามารถในการกักเก็บไฮโดรเจนระหว่าง Cu₃(บอยทีซี)₂ นาโนคริสตัลที่เตรียมโดยใช้วิธีอัลตราโซนิกและไมโครคริสตัลที่ได้จากการใช้วิธีโซลโวเทอร์มอลที่ได้รับการปรับปรุง เมื่อเทียบกับเทคนิคการสังเคราะห์แบบดั้งเดิมเช่นเทคนิคการแพร่กระจายตัวทําละลายวิธีไฮโดรเทอร์มอลและโซลโวเทอร์มอลพบว่าวิธีการอัลตราโซนิกสําหรับการสร้าง MOF ที่มีรูพรุนนั้นสูง ซึ่งมีประสิทธิภาพ และ เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากขึ้น.

การเตรียม MG(II) MOF มิติเดียว

Tahmasian et al. (2013) รายงาน ซึ่งมีประสิทธิภาพ, ต้นทุนต่ําและ เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม เส้นทางในการผลิตกรอบโลหะอินทรีย์เหนือโมเลกุล 3 มิติ (MOF) ตาม MgII, {[Mg(HIDC)(H₂O)₂]⋅1.5 ชม.₂O}_n (H3L = 4,5-imidazole-dicarboxylic acid) โดยใช้เส้นทางที่ใช้อัลตราโซนิกช่วย
นาโนโครงสร้าง {[Mg(HIDC)(H₂O)₂]⋅1.5 ชม.₂O}_n ถูกสังเคราะห์ผ่านสิ่งต่อไปนี้ โซโนเคมี เส้นทาง ในการเตรียมขนาดนาโน {[Mg(HIDC)(H2O)2]⋅1.5H₂O}n (1), สารละลายลิแกนด์ H 20 มล.₃IDC (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) วงดนตรีที่เลือก: 3383 (W), 3190 (W), 1607 (BR), 1500 (M), 1390 (S), 1242 (M), 820 (M), 652 (M))
สําหรับการศึกษาผลของความเข้มข้นของรีเอเจนต์เริ่มต้นต่อขนาดและสัณฐานวิทยาของสารประกอบที่มีโครงสร้างนาโนกระบวนการข้างต้นทําภายใต้เงื่อนไขความเข้มข้นของรีเอเจนต์เริ่มต้นดังต่อไปนี้: [HL2−] = [Mg2+] = 0.025 M

Sono-Synthesis ของ MOF ที่มีรูพรุนขนาดเล็กเรืองแสง

Qiu et al. (2008) พบ โซโนเคมี เส้นทางสําหรับการสังเคราะห์อย่างรวดเร็วของไมโครพรุนเรืองแสง MOF, Zn₃(บอยทีซี)₂⋅12 ชม.₂O (1) และการตรวจจับออร์กาโนอามีนแบบเลือกโดยใช้นาโนคริสตัล 1 ผลการวิจัยเผยให้เห็นว่าอัลตราโซนิก การสังเคราะห์ เป็นแนวทางที่เรียบง่าย มีประสิทธิภาพ ต้นทุนต่ํา และเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมสําหรับ MOF ระดับนาโน
MOF 1 ถูกสังเคราะห์โดยใช้วิธีอัลตราโซนิกที่ สภาพแวดล้อม อุณหภูมิและ บรรยากาศ ความดันสําหรับเวลาตอบสนองที่แตกต่างกัน 5, 10, 30 และ 90 นาทีตามลําดับ นอกจากนี้ยังมีการทดลองควบคุมเพื่อสังเคราะห์สารประกอบ 1 โดยใช้วิธีไฮโดรเทอร์มอล และโครงสร้างได้รับการยืนยันโดย IR การวิเคราะห์ธาตุ และการวิเคราะห์ Rietveld ของรูปแบบการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ (XRD) ของผงโดยใช้ WinPLOTR และ Fullprof¹³. น่าแปลกที่ปฏิกิริยาของสังกะสีอะซิเตทไดไฮเดรตกับกรดเบนเซน-1,3,5-ไตรคาร์บอกซิลิก (H₃BTC) ใน 20% ของเอทานอลในน้ํา (v / v) ภายใต้การฉายรังสีอัลตราโซนิกที่อุณหภูมิแวดล้อมและความดันเป็นเวลา 5 นาทีให้ 1 ในอย่างน่าทึ่ง ผลผลิตสูง (75.3% ขึ้นอยู่กับ H₃BTC) นอกจากนี้ ผลผลิต 1 ยังค่อยๆ เพิ่มขึ้นจาก 78.2% เป็น 85.3% โดยเพิ่มเวลาตอบสนองจาก 10 เป็น 90 นาที ผลลัพธ์นี้ชี้ให้เห็นว่า การสังเคราะห์อย่างรวดเร็ว ของ MOF สามารถรับรู้ได้อย่างมีนัยสําคัญ ผลผลิตสูง ใช้วิธีอัลตราโซนิก เมื่อเทียบกับการสังเคราะห์ไฮโดรเทอร์มอลของสารประกอบเดียวกัน MOF 1 ซึ่งดําเนินการที่ 140 °C ที่ความดันสูงเป็นเวลา 24 ชั่วโมง 12 การสังเคราะห์อัลตราโซนิกพบว่าเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพสูงและให้ผลผลิตสูงและ ต้นทุนต่ํา.
เนื่องจากไม่มีผลิตภัณฑ์จากการผสมสังกะสีอะซิเตทกับ H3BTC ในตัวกลางปฏิกิริยาเดียวกันที่อุณหภูมิแวดล้อมและความดันในกรณีที่ไม่มีอัลตราซาวนด์ การสะท้อนเสียง ต้องเล่น สําคัญ บทบาทระหว่างการก่อตัวของ MOF 1.

กระบวนการอัลตราโซนิก: จาก ห้องทดลอง ถึง อุตสาห เกล็ด

อุปกรณ์ sonochemical

Hielscher Ultrasonics มีประสบการณ์มาอย่างยาวนานในการออกแบบและผลิตเครื่องอัลตราโซนิกและเครื่องปฏิกรณ์โซโนเคมีที่ทรงพลังและเชื่อถือได้ Hielscher ครอบคลุมความต้องการการใช้งานของคุณด้วยอุปกรณ์อัลตราโซนิกที่หลากหลาย – จากเล็ก อุปกรณ์ห้องปฏิบัติการ เหนือ ตั้งโต๊ะ และ นักบิน เครื่องอัลตราโซนิกได้เต็มระบบอุตสาหกรรม สําหรับการผลิตโซโนเคมีในระดับเชิงพาณิชย์ ความหลากหลายของ sonotrodes, บูสเตอร์, เครื่องปฏิกรณ์, โฟลว์เซลล์, กล่องตัดเสียงรบกวนและอุปกรณ์เสริมช่วยให้สามารถกําหนดค่าการตั้งค่าที่เหมาะสมที่สุดสําหรับคุณ โซโนเคมี ปฏิกิริยา อุปกรณ์อัลตราโซนิกของ Hielscher นั้นมาก กํายําสร้างขึ้นเพื่อ 24/7 การดําเนินงานและต้องการการบํารุงรักษาเพียงเล็กน้อย