Metall-organik karkaslarni (MOF) ultratovush yordamida tayyorlash

• Metall-organik karkaslar metall ionlari va organik molekulalardan hosil boʻladigan birikmalar boʻlib, natijada bir, ikki yoki uch oʻlchamli gibrid material yaratiladi. Bu gibrid tuzilmalar gʻovak yoki gʻovaksiz boʻlishi mumkin va turli funksional imkoniyatlarni taqdim etadi.
• MOFlarning sonokimyoviy sintezi istiqbolli usuldir, chunki metall-organik kristallar juda samarali va ekologik toza tarzda ishlab chiqariladi.
• MOFlarni ultratovush yordamida ishlab chiqarish koʻlamini laboratoriyada kichik namunalar tayyorlashdan toʻliq tijoriy ishlab chiqarishgacha chiziqli ravishda oshirish mumkin.

Metall-organik karkaslar

Kristall metall-organik karkaslar (MOF) yuqori salohiyatli gʻovak materiallar toifasiga kiradi. Ulardan gazlarni saqlash, adsorbsiya/ajratish, kataliz, adsorbent sifatida, magnetizm sohasida, sensorlarni loyihalash va dori moddalarini yetkazib berishda foydalanish mumkin. MOFlar odatda oʻz-oʻzidan yigʻilish orqali hosil boʻladi: bunda ikkilamchi tuzilish birliklari (SBU) organik bogʻlovchilar (ligandlar) bilan birikib, murakkab tarmoqlarni yaratadi. MOFning gʻovakligini boshqarish uchun organik bogʻlovchilar yoki metall SBUlarni oʻzgartirish mumkin. Gʻovaklik uning funksional imkoniyatlari va muayyan qoʻllanishlarda foydaliligi uchun hal qiluvchi ahamiyatga ega.

MOFlarning sonokimyoviy sintezi

Ultratovush nurlanishi va undan hosil boʻladigan kavitatsiya kimyoviy reaksiyalarga oʻziga xos taʼsiri bilan yaxshi maʼlum; bu hodisa sonokimyo deb ataladi. Kavitatsiya pufakchalarining shiddat bilan ichkariga qulashi nihoyatda yuqori qisqa muddatli haroratlar (5000 K), bosimlar (1800 atm) va sovish tezliklariga (10¹⁰Ks^-1) ega mahalliy qaynoq nuqtalarni, shuningdek, zarba toʻlqinlari va ulardan kelib chiqadigan suyuqlik oqimchalarini hosil qiladi. Ushbu kavitatsion qaynoq nuqtalarda kristall yadrolarining hosil boʻlishi va oʻsishi, masalan, Ostvald yetilishi orqali, boshlanadi va jadallashadi. Biroq zarrachalar oʻlchami cheklanadi, chunki bu qaynoq nuqtalar nihoyatda yuqori sovish tezliklari bilan tavsiflanadi, yaʼni reaksiya muhitining harorati millisekundlar ichida pasayadi.
Ultratovush MOFlarni yumshoq jarayon sharoitlarida, masalan, erituvchisiz, xona haroratida va atrof-muhit bosimida tez sintez qilishi maʼlum. Tadqiqotlar MOFlarni sonokimyoviy usul orqali yuqori unum bilan iqtisodiy jihatdan tejamkor tarzda ishlab chiqarish mumkinligini koʻrsatdi. Nihoyat, MOFlarning sonokimyoviy sintezi ekologik toza usuldir.

MOF-5 ni tayyorlash

Wang va boshqalarning (2011) tadqiqotida Zn₄O[1,4-benzoldikarboksilat]₃ sonokimyoviy usul orqali sintez qilindi. 1,36g H₂BDC va 4,84g Zn(NO₃)₂·6H₂O dastlab 160mL DMFda eritildi. Soʻng ultratovush nurlanishi ostida aralashmaga 6,43g TEA qoʻshildi. 2 h dan keyin rangsiz choʻkma filtrlash orqali yigʻib olindi va DMF bilan yuvildi. Qattiq modda vakuumda 90°C da quritildi, keyin vakuumli eksikatorda saqlandi.

Quyidagi mikrogʻovak MOFni tayyorlash: Cu₃(BTC)₂

Li va boshqalar (2009) uch oʻlchamli (3-D) kanallarga ega uch oʻlchamli (3-D) metall-organik karkasning (MOF), masalan, quyidagi birikmaning ultratovush yordamida samarali sintezi haqida xabar beradilar: Cu₃(BTC)₂ (HKUST-1, BTC = benzol-1,3,5-trikarboksilat). Mis(II) atsetat va H₃BTC ning DMF/EtOH/H₂O aralash eritmasidagi (3:1:2, v/v) reaksiyasi ultratovush nurlanishi ostida atrof-muhit haroratida va atmosfera bosimida quyidagi qisqa reaksiya vaqtlari davomida (5–60 min) olib borilib, Cu₃(BTC)₂ quyidagi yuqori unum bilan olindi (62,6–85,1%). Ushbu Cu₃(BTC)₂ nanokristallarining oʻlchamlari 10–200 nm oraligʻida boʻlib, odatiy solvotermal usul yordamida sintez qilingan kristallarnikidan ancha kichikdir . Ultratovush usuli yordamida tayyorlangan Cu₃(BTC)₂ nanokristallari va takomillashtirilgan solvotermal usul yordamida olingan mikrokristallar oʻrtasida fizik-kimyoviy xususiyatlar, masalan, BET boʻyicha sirt maydoni, gʻovaklar hajmi va vodorodni saqlash sigʻimi boʻyicha sezilarli farqlar kuzatilmadi. Erituvchi diffuziyasi usuli, gidrotermal va solvotermal usullar kabi anʼanaviy sintez usullari bilan solishtirganda, gʻovak MOFlarni yaratishning ultratovush usuli juda samarali va ekologik jihatdan yanada toza ekanligi aniqlandi.

Bir oʻlchamli Mg(II) MOFni tayyorlash

Tahmasian va boshqalar (2013) ultratovush yordamidan foydalanadigan samarali, kam xarajatli, va ekologik toza usul orqali MgII asosidagi 3D supramolekulyar metall-organik karkasni (MOF) olish haqida xabar beradilar: {[Mg(HIDC)(H₂O)₂]⋅1.5H₂O}_n (H3L = 4,5-imidazol-dikarboksil kislota).
Nanotuzilmali {[Mg(HIDC)(H₂O)₂]⋅1.5H₂O}_n quyidagi sonokimyoviy usul orqali sintez qilindi. Nanooʻlchamli {[Mg(HIDC)(H2O)2]⋅1.5H₂O}n (1) ni tayyorlash uchun 20 mL hajmdagi H₃IDC ligandi (0,05M) va kaliy gidroksid (0,1 M) eritmasiga maksimal chiqish quvvati 305 W boʻlgan yuqori zichlikdagi ultratovush zondi joylashtirildi. Ushbu eritmaga magniy nitratning (0,05M) 20 mL suvli eritmasi tomchilab qoʻshildi. Olingan choʻkmalar filtrlab ajratildi, suv va etanol bilan yuvildi va havoda quritildi (erish harorati> 300ºC. (Aniqlandi: C, 24,84; H, 3,22; N, 11,67%.). IQ (cm^-1) tanlangan yutilish polosalari: 3383 (w), 3190 (w), 1607 (br), 1500 (m), 1390 (s), 1242 (m), 820 (m), 652 (m)).
Boshlangʻich reagentlar konsentratsiyasining nanotuzilmali birikma oʻlchami va morfologiyasiga taʼsirini oʻrganish uchun yuqoridagi jarayonlar boshlangʻich reagentlarning quyidagi konsentratsiya sharoitida amalga oshirildi: [HL2−] = [Mg2+] = 0,025 M.

Fluoressent mikrogʻovak MOFlarning ultratovush yordamidagi sintezi

Qiu va boshqalar (2008) fluoressent mikrogʻovak MOF – Zn₃(BTC)₂⋅12H₂O (1) ni tez sintez qilish va 1 ning nanokristallari yordamida organik aminlarni selektiv aniqlash uchun sonokimyoviy usul topdilar. Natijalar ultratovushli sintez nanooʻlchamli MOFlarni olishning sodda, samarali, kam xarajatli va ekologik toza yondashuvi ekanligini koʻrsatadi.
MOF 1 ultratovush usuli yordamida atrof-muhit haroratida va atmosfera bosimida mos ravishda 5, 10, 30 va 90 min davom etgan turli reaksiya vaqtlarida sintez qilindi. Shuningdek, 1 birikmasini gidrotermal usul yordamida sintez qilish uchun nazorat tajribasi oʻtkazildi. Tuzilmalar IQ, element tahlili va WinPLOTR hamda Fullprof yordamida kukun rentgen difraksiyasi (XRD) tasvirlarining Ritveld tahlili orqali tasdiqlandi¹³. Ajablanarlisi shundaki, rux atsetat digidratning benzol-1,3,5-trikarboksil kislota (H₃BTC) bilan suvdagi 20% etanolda (v/v) atrof-muhit harorati va bosimida ultratovush nurlanishi ostida 5 min davom etgan reaksiyasi 1 ni nihoyatda yuqori unum bilan berdi (75,3%, H₃BTC asosida). Shuningdek, reaksiya vaqti 10 dan 90 min gacha oshirilganda, 1 ning unumi 78,2% dan 85,3% gacha asta-sekin oshdi. Bu natija ultratovush bilan ishlov berish yordamida MOFning tez sintezini sezilarli darajada yuqori unum bilan amalga oshirish mumkinligini koʻrsatadi. Xuddi shu MOF 1 birikmasining yuqori bosimda 140°C da 24 h davomida amalga oshiriladigan gidrotermal sintezi bilan solishtirganda, ultratovushli sintez yuqori unumli va kam xarajatli, juda samarali usul ekanligi aniqlandi.
Ultratovushsiz, xuddi shu reaksiya muhitida, atrof-muhit harorati va bosimida rux atsetatni H3BTC bilan aralashtirish orqali hech qanday mahsulot olinmagani sababli, MOF 1 hosil boʻlishida ultratovush bilan ishlov berish muhim rol oʻynaydi, degan xulosaga kelish mumkin.
 

Ultratovush bilan ishlov berish yordamida supramolekulyar tuzilmalarning oson sintezi – batafsil oʻqing!

Jarayoningiz uchun eng yaxshi sonokimyoviy uskunani toping!

Hielscher Ultrasonics kuchli va ishonchli ultratovush qurilmalari hamda sonokimyoviy reaktorlarni loyihalash va ishlab chiqarishda koʻp yillik tajribaga ega. Hielscher ultratovush qurilmalarining keng assortimenti bilan qoʻllanishingiz talablarini qondiradi – kichik laboratoriya qurilmalaridan tortib stol usti va tajriba-sanoat ultratovush qurilmalari hamda toʻliq sanoat tizimlarigacha boʻlgan uskunalar tijoriy koʻlamdagi sonokimyoviy ishlab chiqarish uchun moʻljallangan. Sonotrodlar, kuchaytirgichlar, reaktorlar, oqim hujayralari, shovqinni bostirish qutilari va aksessuarlarning katta xilma-xilligi sonokimyoviy reaksiyangiz uchun eng maqbul qurilma konfiguratsiyasini yaratish imkonini beradi. Hielscher ultratovush qurilmalari juda mustahkam, 24/7 ishlash uchun yaratilgan va juda kam texnik xizmat talab qiladi.