Ультразвукова підготовка металоорганічних каркасів (MOFs)
- Металоорганічні каркаси — це сполуки, утворені з іонів металу та органічних молекул таким чином, що створює одно-, дво- або тривимірний гібридний матеріал. Ці гібридні структури можуть бути пористими або непористими та пропонувати різноманітні функціональні можливості.
- Сонохімічний синтез МОФ є перспективним методом, оскільки метало-органічні кристали виробляються дуже ефективними та екологічно чистими.
- Ультразвукове виробництво MOF може бути лінійно масштабоване від підготовки невеликих зразків у лабораторії до повного комерційного виробництва.
Метало-органічні каркаси
Кристалічні метало-органічні каркаси (MOF) належать до категорії високопотенційних пористих матеріалів, які можуть використовуватися у зберіганні газу, адсорбції/сепарації, каталізі, як адсорбенти, у магнетизмі, дизайні датчиків та доставці ліків. MOF зазвичай утворюються шляхом самомонтажу, коли вторинні будівельні одиниці (SBU) з'єднуються з органічними розпірками (лігандами) для створення складних мереж. Органічні прокладки або металеві SBU можуть бути модифіковані для контролю пористості MOF, що має вирішальне значення щодо його функціональності та корисності для конкретних застосувань.
Сонохімічний синтез МОФ
Ультразвукове опромінення і отримане ним Кавітації добре відомі своїм унікальним впливом на хімічні реакції, відомі як Сонохімія. Сильний вибух кавітаційних бульбашок утворює локалізовані гарячі точки з надзвичайно високими перехідними температурами (5000 К), тиском (1800 атм) і швидкістю охолодження (1010Кс-1), а також ударні хвилі та спричинені ними струмені рідини. На цих кавітаційні гарячі точки, відбувається зародження і ріст кристалів, наприклад, шляхом дозрівання Оствальда, індукується і стимулюється. Однак розмір частинок обмежений, оскільки ці гарячі точки характеризуються екстремальною швидкістю охолодження, що означає, що температура реакційного середовища падає протягом мілісекунд.
Відомо, що ультразвук синтезує MOF Швидко під Помірно умови процесу, такі як Не містить розчинниківпри кімнатна температура, і під Тиск в навколишньому середовищі. Дослідження показали, що MOF можна виробляти економічно вигідно при висока врожайність, по сонохимическом шляхом. Нарешті, Сонохімічні синтез МОФ є зелений, екологічно чистий метод.
Підготовка МОФ-5
У дослідженні Wang et al. (2011), Zn4О[1,4-бензолдікарбоксилат]3 була синтезована за допомогою Сонохімічні шлях. 1,36 г год2BDC і 4,84 г Zn(НІ3)2·6 год2O були внутрішньо розчинені в 160 мл DMF. Потім в суміш під ультразвуковим опроміненням додали 6,43 г TEA. Через 2 год безбарвний осад збирали шляхом фільтрації і промивали ДМФ. Тверду речовину сушили при температурі 90 ° C у вакуумі, а потім зберігали у вакуумному ексикаторі.
Приготування мікропористого MOF Cu3(BTC)2
Li et al. (2009) повідомляють про ефективний ультразвуковий синтез тривимірного (3-D) метало-органічного каркаса (MOF) з 3-D каналами, такими як Cu3(BTC)2 (HKUST-1, BTC = бензол-1,3,5-трикарбоксилат). Реакція ацетату міді і Н3BTC у змішаному розчині DMF/EtOH/H2O (3:1:2, об/об) при ультразвуковому опроміненні при Температура навколишнього середовища і атмосферний тиск для короткий час реакції (5–60 хв) дав Cu3(BTC)2 В висока врожайність, (62.6–85.1%). Ці Cu3(BTC)2 Нанокристали мають розміри діапазону розмірів 10–200 нм, які значно Менше ніж ті, що синтезуються за допомогою звичайного сольвотермічного методу. Не було суттєвих відмінностей у фізико-хімічних властивостях, наприклад, у площі поверхні BET, об'ємі пор та ємності зберігання водню, між Cu3(BTC)2 Нанокристали, отримані ультразвуковим методом, а мікрокристали отримані за допомогою вдосконаленого сольвотермічного методу. У порівнянні з традиційними синтетичними методами, такими як метод дифузії розчинників, гідротермальні та сольвотермальні методи, ультразвуковий метод побудови пористих MOF виявився високим Ефективним і Більш екологічна.
Приготування одновимірного Mg(II) MOF
Tahmasian et al. (2013) повідомляють про Ефективним, невисока вартість,і екологічно чистий шлях для створення 3D супрамолекулярного метало-органічного каркаса (MOF) на основі MgII, {[Mg(HIDC)(H2O)2]⋅1,5 год2O}N (H3L = 4,5-імідазол-дикарбонова кислота) за допомогою ультразвукового шляху.
Наноструктурований {[Mg(HIDC)(H2O)2]⋅1,5 год2O}N була синтезована за допомогою наступних Сонохімічні шлях. Для приготування нанорозмірних {[Mg(HIDC)(H2O)2]⋅1,5H2O}n (1), 20 мл розчину ліганду Н3IDC (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) вибрані смуги: 3383 (ш), 3190 (ш), 1607 (бр), 1500 (м), 1390 (с), 1242 (м), 820 (м), 652 (м)).
Для вивчення впливу концентрації вихідних реагентів на розмір і морфологію наноструктурованої сполуки вищезазначені процеси проводилися при наступних умовах концентрації вихідних реагентів: [HL2−] = [Mg2+] = 0,025 М.
Соносинтез флуоресцентних мікропористих MOF
Qiu et al. (2008) виявили Сонохімічні шлях для швидкого синтезу флуоресцентних мікропористих MOF, Zn3(BTC)2⋅12 ГОДИН2O (1) та селективне зондування органоамінів за допомогою нанокристалів 1. Результати показують, що ультразвуковий синтез – це простий, ефективний, недорогий та екологічно чистий підхід до нанорозмірних MOF.
MOF 1 був синтезований за допомогою ультразвукового методу на Навколишнього temperature і атмосферний тиск для різного часу реакції 5, 10, 30 і 90 хв відповідно. Також був проведений контрольний експеримент з синтезу сполуки 1 за допомогою гідротермального методу, і структури були підтверджені за допомогою ІЧ, елементного аналізу та аналізу Рітвельдом картин порошкової рентгенівської дифракції (XRD) за допомогою WinPLOTR та Fullprof13. Дивно, але реакція дигідрату ацетату цинку з бензен-1,3,5-трикарбонової кислотою (Н3BTC) в 20% етанолу в воді (об/об) при ультразвуковому опроміненні при температурі навколишнього повітря і тиску протягом 5 хв давав 1 в чудово висока врожайність, (75,3%, на основі Н3BTC). Також вихід 1 збільшувався поступово з 78,2% до 85,3% зі збільшенням часу реакції з 10 до 90 хв. Такий результат свідчить про те, що швидкий синтез МОФ може бути реалізована в значній висока врожайність, за допомогою ультразвукового методу. У порівнянні з гідротермальним синтезом тієї ж сполуки MOF 1, який проводять при 140 ° C при високому тиску протягом 24 год12, ультразвуковий синтез виявився високоефективним методом з високим виходом і невисока вартість,.
Оскільки жоден продукт не був отриманий шляхом змішування ацетату цинку з H3BTC в одному реакційному середовищі при температурі і тиску навколишнього середовища при відсутності ультразвуку, ультразвукова хвороба, має відтворювати важливий роль у формуванні МОФ 1.
Ультразвукові процеси: Від Лабораторії до індастріал Розмір
Сонохімічне обладнання
Компанія Hielscher Ultrasonics має багаторічний досвід у розробці та виробництві потужних та надійних ультразвукових апаратів та сонохімічних реакторів. Hielscher задовольняє ваші вимоги до застосування завдяки широкому асортименту ультразвукових пристроїв – з маленького Лабораторні прилади над Стільниця і Пілот Ультразвукові апарати до повного-Промислові системи для сонохімічного виробництва в промислових масштабах. Велика різноманітність сонотроде, бустерів, реакторів, проточних комірок, шумопоглинаючих коробок та аксесуарів дозволяють сконфігурувати оптимальну установку для вашого Сонохімічні реакція. Ультразвукові апарати Hielscher дуже Надійні, створений для 24/7 експлуатації і потребують лише дуже незначного обслуговування.
Металоорганічні фрамворки можуть бути ефективно синтезовані сонохімічним шляхом
Ультразвуковий апарат UIP1000hd з сонохімічним реактором
Література/Список літератури
- Дей, Чандан; Кунду, Танай; Бісвал, Бішну П.; Маллік, Аріджіт; Банерджі, Рахул (2014): Кристалічні металоорганічні каркаси (МОФ): синтез, структура та функції. Acta Crystallographica Секція B 70, 2014. 3-10.
- Хашемі, Ліда; Морсалі, Алі; Їлмаз, Вейсель Т.; Бююкгюнгор, Орхан; Хавасі, Хамід Реза; Ашурі, Фатеме; Багерзаде, Моджтаба (2014): Сонохімічні синтези двох нанорозмірних свинцевих(ІІ) металоорганічних каркасів; застосування для каталізу та отримання наночастинок оксиду свинцю(II). Журнал молекулярної структури 1072, 2014. 260-266.
- Лі, Цзун-Кунь; Цю, Лін-Гуан; Сюй, Тао; У, Юнь; Ван, Вей; У, Чжень-Юй; Цзян, Ся (2009): Ультразвуковий синтез мікропористого метало-органічного каркасу Cu3(BTC)2 при температурі та тиску навколишнього середовища: ефективний та екологічно чистий метод. Матеріали Листи 63/1, 2009. 78-80.
- Цю, Лін-Гуан; Лі, Цзун-Кунь; У, Юнь; Ван, Вей; Сюй, Тао; Цзян, Ся (2008): Легкий синтез нанокристалів мікропористого метало-органічного каркасу ультразвуковим методом та селективним зондуванням органічних сполук. Хімічний зв'язок 2008, 3642–3644.
- Сток, Норберт; Бісвас, Сям (2012): Синтез металоорганічних каркасів (MOFs): шляхи до різних топологій, морфологій та композитів MOF. Хімічний огляд 112/2, 2012. 933–969.
- Суслік, Кеннет С. (ред.) (1988): Ультразвук: його хімічні, фізичні та біологічні ефекти. ВЧ: Вайнхайм, Німеччина. 1988.
- Тахмасян, Аріне; Морсалі, Алі; Джу, Сан Ву (2013): Сонохімічні синтези одновимірного металоорганічного каркаса Mg(II): новий попередник для отримання одновимірної наноструктури MgO. Журнал наноматеріалів, 2013.
- Томпсон, Джошуа А.; Чепмен, Карена В.; Корос, Вільям Дж.; Джонс, Крістофер В.; Наїр, Санкар (2012): Дозрівання наночастинок ZIF-8, спричинене ультразвуковим випромінюванням, спричинене Оствальдом, та формування мембран ZIF-8/полімерних композитних мембран. Мікропористі та мезопористі матеріали 158, 2012. 292-299.
- Ван, ЛіПін; Сяо, Бін; Ван, ГунІн; Ву, Цзіцянь (2011): Синтез полікарбонатного діолу, каталізованого металоорганічним каркасом Zn4О[СО2-З6H4-CO2]3. Наука Китай Хімія 54/9, 2011. 1468-1473.