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) และโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ (0.1 M) ถูกวางไว้ในโพรบอัลตราโซนิกความหนาแน่นสูงที่มีกำลังสูงสุด 305 วัตต์ จากนั้นเติมสารละลายแมกนีเซียมไนเตรต (0.05M) ปริมาตร 20 มิลลิลิตร ลงในสารละลายนี้ทีละหยดตะกอนที่ได้ถูกกรองออก ล้างด้วยน้ำและเอทานอล แล้วทำให้แห้งด้วยอากาศ (จุดหลอมเหลว> 300ºC. (พบ: C, 24.84; H, 3.22; N, 11.67%.). IR (ซม.)^-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