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

การฉายรังสีอัลตราโซนิกและการเกิดโพรงอากาศที่เกิดจากกระบวนการนี้เป็นที่รู้จักกันดีในผลกระทบที่ไม่เหมือนใครต่อปฏิกิริยาเคมี ซึ่งเรียกว่าโซโนเคมี การระเบิดอย่างรุนแรงของฟองอากาศโพรงอากาศทำให้เกิดจุดร้อนเฉพาะที่ซึ่งมีอุณหภูมิสูงชั่วคราว (5000 K) แรงดัน (1800 atm) และอัตราการเย็นตัว (10¹⁰เคเอส^-1) รวมถึงคลื่นกระแทกและกระแสของเหลวที่เกิดตามมา ในจุดร้อนจากการเกิดโพรงเหล่านี้ การเกิดนิวเคลียสของผลึกและการเจริญเติบโต เช่น การเจริญเติบโตแบบออสท์วาลด์ จะถูกกระตุ้นและส่งเสริม อย่างไรก็ตาม ขนาดของอนุภาคจะถูกจำกัดเนื่องจากจุดร้อนเหล่านี้มีอัตราการเย็นตัวที่รุนแรงมาก ซึ่งหมายความว่าอุณหภูมิของตัวกลางปฏิกิริยาจะลดลงภายในเวลาเพียงไม่กี่มิลลิวินาที
อัลตราซาวด์เป็นที่รู้จักในการสังเคราะห์ MOFs อย่างรวดเร็วภายใต้สภาวะกระบวนการที่อ่อนโยน เช่น ปราศจากตัวทำละลาย ที่อุณหภูมิห้อง และภายใต้ความดันบรรยากาศ การศึกษาได้แสดงให้เห็นว่า MOFs สามารถผลิตได้อย่างคุ้มค่าและมีผลผลิตสูงผ่านเส้นทางโซโนเคมี สุดท้าย การสังเคราะห์ MOFs ด้วยวิธีโซโนเคมีเป็นวิธีที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม

การเตรียม MOF-5

ในการศึกษาของ Wang et al (2011), Zn₄โอ [1,4-เบนซินไดคาร์บอกซิเลต]₃ ถูกสังเคราะห์ผ่านเส้นทางโซโนเคมี 1.36 กรัม H₂BDC 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 สังเคราะห์ผ่านเส้นทางโซโนเคมีดังต่อไปนี้ ในการเตรียมขนาดนาโนของ {[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 และคณะ (2008) พบเส้นทางโซโนเคมีสำหรับการสังเคราะห์อย่างรวดเร็วของ MOF ที่มีรูพรุนขนาดเล็กและเรืองแสง Zn₃(บอยทีซี)₂⋅12 ชม.₂O (1) และการตรวจจับแบบเลือกของออร์กาโนเอมีนโดยใช้นาโนคริสตัลของ 1 ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าการสังเคราะห์ด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงเป็นวิธีการที่ง่าย มีประสิทธิภาพ ต้นทุนต่ำ และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมในการผลิต MOFs ขนาดนาโน
MOF 1 ถูกสังเคราะห์โดยใช้วิธีอัลตราโซนิกที่อุณหภูมิห้องและความดันบรรยากาศสำหรับเวลาในการทำปฏิกิริยาที่แตกต่างกันคือ 5, 10, 30 และ 90 นาที ตามลำดับมีการทดลองควบคุมเพื่อสังเคราะห์สารประกอบ 1 โดยใช้วิธีไฮโดรเทอร์มอล และยืนยันโครงสร้างโดยใช้เทคนิค IR, การวิเคราะห์ธาตุ และการวิเคราะห์แบบ Rietveld ของรูปแบบการเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์ของผง (XRD) โดยใช้โปรแกรม WinPLOTR และ Fullprof¹³. น่าแปลกที่ปฏิกิริยาของสังกะสีอะซิเตทไดไฮเดรตกับกรดเบนเซน-1,3,5-ไตรคาร์บอกซิลิก (H₃BTC) ในเอทานอล 20% ในน้ำ (ว/ว) ภายใต้การฉายอัลตราโซนิกที่อุณหภูมิและความดันบรรยากาศเป็นเวลา 5 นาที ให้ผลผลิต 1 ในอัตราที่สูงมาก (75.3% โดยอ้างอิงจาก H₃BTC) นอกจากนี้ ผลผลิตของ 1 เพิ่มขึ้นอย่างค่อยเป็นค่อยไปจาก 78.2% เป็น 85.3% เมื่อเวลาในการทำปฏิกิริยาเพิ่มขึ้นจาก 10 เป็น 90 นาที ผลลัพธ์นี้แสดงให้เห็นว่าการสังเคราะห์ MOF อย่างรวดเร็วสามารถทำได้ในอัตราผลผลิตที่สูงอย่างมีนัยสำคัญโดยใช้การโซนิเคชันเมื่อเปรียบเทียบกับการสังเคราะห์แบบไฮโดรเทอร์มอลของสารประกอบเดียวกันคือ MOF 1 ซึ่งดำเนินการที่อุณหภูมิ 140°C ภายใต้ความดันสูงเป็นเวลา 24 ชั่วโมง พบว่าการสังเคราะห์ด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพสูง ให้ผลผลิตสูงและมีต้นทุนต่ำ
เนื่องจากไม่พบผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการผสมอะซิเตทของสังกะสีกับ H3BTC ในตัวกลางปฏิกิริยาเดียวกันที่อุณหภูมิและความดันบรรยากาศโดยปราศจากอัลตราซาวด์ จึงสามารถสรุปได้ว่าการใช้อัลตราซาวด์มีบทบาทสำคัญในระหว่างกระบวนการเกิดของ MOF 1
 

การสังเคราะห์โครงสร้างซูเปอร์โมเลกุลอย่างง่ายโดยใช้การโซนิค – อ่านเพิ่มเติม!

ค้นหาอุปกรณ์โซโนเคมีที่ดีที่สุดสำหรับกระบวนการของคุณ!

Hielscher Ultrasonics มีประสบการณ์มาอย่างยาวนานในการออกแบบและผลิตเครื่องอัลตราโซนิกและเครื่องปฏิกรณ์โซโนเคมีที่ทรงพลังและเชื่อถือได้ Hielscher ครอบคลุมความต้องการการใช้งานของคุณด้วยอุปกรณ์อัลตราโซนิกที่หลากหลาย – จากเล็ก อุปกรณ์ห้องปฏิบัติการ เหนือ ตั้งโต๊ะ และ นักบิน เครื่องอัลตราโซนิกได้เต็มระบบอุตสาหกรรม สำหรับการผลิตทางโซโนเคมีในระดับเชิงพาณิชย์ โซโนโทรดหลากหลายรูปแบบ, ตัวเสริม, ถังปฏิกิริยา, เซลล์ไหล, กล่องลดเสียงรบกวน และอุปกรณ์เสริมต่างๆ ช่วยให้สามารถกำหนดค่าการตั้งค่าที่เหมาะสมที่สุดสำหรับปฏิกิริยาโซโนเคมีของคุณได้ เครื่องโซนิเคเตอร์ของ Hielscher มีความทนทานสูง ออกแบบมาสำหรับการใช้งานตลอด 24 ชั่วโมงทุกวัน และต้องการการบำรุงรักษาเพียงเล็กน้อยเท่านั้น