Chuẩn bị siêu âm của khung kim loại-hữu cơ (MOFs)

• Khung kim loại-hữu cơ là các hợp chất được hình thành từ các ion kim loại và các phân tử hữu cơ để tạo ra vật liệu lai một, hai hoặc ba chiều. Các cấu trúc lai này có thể xốp hoặc không xốp và cung cấp các chức năng đa dạng.
• Tổng hợp sonochemical của MOF là một kỹ thuật đầy hứa hẹn vì các tinh thể hữu cơ kim loại được sản xuất rất hiệu quả và thân thiện với môi trường.
• Việc sản xuất siêu âm MOF có thể được nhân rộng tuyến tính từ việc chuẩn bị các mẫu nhỏ trong phòng thí nghiệm để sản xuất thương mại đầy đủ.

khung kim loại-hữu cơ

Các khung hữu cơ kim loại tinh thể (MOFs) thuộc loại vật liệu xốp tiềm năng cao, có thể được sử dụng trong lưu trữ khí, hấp phụ / tách, xúc tác, làm chất hấp phụ, trong từ tính, thiết kế cảm biến và phân phối thuốc. MOF thường được hình thành bằng cách tự lắp ráp, nơi các đơn vị xây dựng thứ cấp (SBU) được kết nối với các miếng đệm hữu cơ (phối tử) để tạo ra các mạng phức tạp. Các miếng đệm hữu cơ hoặc SBU kim loại có thể được sửa đổi để kiểm soát độ xốp của MOF, điều này rất quan trọng liên quan đến chức năng và tiện ích của nó cho các ứng dụng cụ thể.

Tổng hợp Sonochemical của MOF

Chiếu xạ siêu âm và hiện tượng cavitation do đó tạo ra được biết đến với những tác động đặc biệt đối với các phản ứng hóa học, được gọi là sonochemistry. Sự nổ tung dữ dội của các bong bóng cavitation tạo ra các điểm nóng cục bộ với nhiệt độ tạm thời cực cao (5000 K), áp suất (1800 atm) và tốc độ làm mát (10¹⁰Ks^-1) cũng như sóng xung kích và các tia chất lỏng được tạo ra. Tại các điểm nóng cavitation này, quá trình hình thành và phát triển tinh thể, ví dụ như qua quá trình Ostwald ripening, được kích thích và thúc đẩy. Tuy nhiên, kích thước hạt bị giới hạn do các điểm nóng này có tốc độ làm mát cực cao, nghĩa là nhiệt độ của môi trường phản ứng giảm xuống trong vòng vài mili giây.
Siêu âm được biết đến là phương pháp tổng hợp MOFs nhanh chóng trong điều kiện quá trình nhẹ nhàng, chẳng hạn như không sử dụng dung môi, ở nhiệt độ phòng và áp suất môi trường. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng MOFs có thể được sản xuất một cách hiệu quả về chi phí với năng suất cao thông qua con đường sonochemical. Cuối cùng, quá trình tổng hợp sonochemical của MOFs là một phương pháp xanh, thân thiện với môi trường.

Chuẩn bị MOF-5

Trong nghiên cứu của Wang et al (2011), Zn₄O [1,4-benzenedicarboxylate]₃ được tổng hợp thông qua phương pháp sonochemical. 1,36g H₂BDC và 4,84g Zn (KHÔNG₃)₂· 6 giờ₂O đã được hòa tan trong DMF 160mL. Sau đó, 6,43g TEA đã được thêm vào hỗn hợp dưới chiếu xạ siêu âm. Sau 2 giờ, kết tủa không màu được thu thập bằng cách lọc và rửa bằng DMF. Chất rắn được sấy khô ở 90 ° C trong chân không và sau đó được lưu trữ trong máy hút ẩm chân không.

Chuẩn bị MOF Cu vi xốp₃(BTC)₂

Li et al. (2009) báo cáo tổng hợp siêu âm hiệu quả của khung hữu cơ kim loại ba chiều (3-D) (MOF) với các kênh 3-D, chẳng hạn như Cu₃(BTC)₂ (HKUST-1, BTC = benzen-1,3,5-tricarboxylate). Phản ứng của cupric acetate và H₃BTC trong dung dịch hỗn hợp DMF / EtOH / H₂O (3: 1: 2, v / v) dưới chiếu xạ siêu âm tại nhiệt độ môi trường xung quanh và áp suất khí quyển cho thời gian phản ứng ngắn (5–60 phút) cho Cu₃(BTC)₂ Trong Năng suất cao (62.6–85.1%). Những Cu này₃(BTC)₂ Tinh thể nano có kích thước của phạm vi kích thước 10–200nm, rất nhiều em so với những người được tổng hợp bằng phương pháp dung môi thông thường. Không có sự khác biệt đáng kể về tính chất hóa lý, ví dụ: diện tích bề mặt BET, thể tích lỗ rỗng và khả năng lưu trữ hydro, giữa Cu₃(BTC)₂ Tinh thể nano được điều chế bằng phương pháp siêu âm và các vi tinh thể thu được bằng cách sử dụng phương pháp dung môi cải tiến. So với các kỹ thuật tổng hợp truyền thống, chẳng hạn như kỹ thuật khuếch tán dung môi, phương pháp thủy nhiệt và dung môi, phương pháp siêu âm để xây dựng MOF xốp được tìm thấy là cao Hiệu quả và thân thiện với môi trường hơn.

Chuẩn bị MOF Mg (II) một chiều

Tahmasian et al. (2013) báo cáo một Hiệu quả, chi phí thấpvà Thân thiện với môi trường lộ trình sản xuất khung hữu cơ kim loại-siêu phân tử 3D (MOF) dựa trên MgII, {[Mg(HIDC)(H₂O)₂]⋅1,5 giờ₂O}_N (H3L = axit 4,5-imidazole-dicarboxylic) bằng cách sử dụng một tuyến đường hỗ trợ siêu âm.
Cấu trúc nano {[Mg(HIDC)(H₂O)₂]⋅1,5 giờ₂O}_N được tổng hợp thông qua quy trình sonochemical sau đây. Để chuẩn bị các hạt nano {[Mg(HIDC)(H2O)2]⋅1.5H₂O}n (1), 20 mL dung dịch phối tử H₃IDC (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) Các băng tần được chọn: 3383 (W), 3190 (W), 1607 (Br), 1500 (M), 1390 (S), 1242 (M), 820 (M), 652 (M)).
Để nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ thuốc thử ban đầu đến kích thước và hình thái của hợp chất cấu trúc nano, các quá trình trên được thực hiện trong điều kiện nồng độ sau của thuốc thử ban đầu: [HL2−] = [Mg2+] = 0,025 M.

Sono-Tổng hợp MOF vi xốp huỳnh quang

Qiu et al. (2008) đã phát hiện ra một phương pháp sonochemical để tổng hợp nhanh chóng các vật liệu MOF lỗ xốp phát quang, Zn.₃(BTC)₂⋅12H₂O (1) và phát hiện chọn lọc các hợp chất organoamine bằng cách sử dụng các tinh thể nano của 1. Kết quả cho thấy tổng hợp siêu âm là một phương pháp đơn giản, hiệu quả, chi phí thấp và thân thiện với môi trường để sản xuất các vật liệu MOF ở quy mô nano.
MOF 1 được tổng hợp bằng phương pháp siêu âm ở nhiệt độ và áp suất môi trường trong các khoảng thời gian phản ứng lần lượt là 5, 10, 30 và 90 phút. Một thí nghiệm đối chứng cũng được thực hiện để tổng hợp hợp chất 1 bằng phương pháp thủy nhiệt, và cấu trúc của chúng được xác nhận bằng phân tích hồng ngoại (IR), phân tích nguyên tố và phân tích Rietveld của mẫu khuếch tán tia X (XRD) bằng phần mềm WinPLOTR và Fullprof.¹³. Đáng ngạc nhiên, phản ứng của kẽm acetate dihydrate với axit benzen-1,3,5-tricarboxylic (H₃BTC) trong 20% ethanol trong nước (v/v) dưới tác dụng của tia siêu âm ở nhiệt độ và áp suất phòng trong 5 phút đã cho ra sản phẩm 1 với năng suất rất cao (75,3%, dựa trên H).₃BTC). Ngoài ra, hiệu suất của 1 tăng dần từ 78,2% lên 85,3% khi thời gian phản ứng tăng từ 10 lên 90 phút. Kết quả này cho thấy việc tổng hợp nhanh chóng MOF có thể được thực hiện với hiệu suất cao đáng kể bằng phương pháp siêu âm. So với phương pháp tổng hợp hydrothermal của cùng hợp chất MOF 1, được thực hiện ở 140°C dưới áp suất cao trong 24 giờ, phương pháp tổng hợp bằng siêu âm được xác định là một phương pháp hiệu quả cao với năng suất cao và chi phí thấp.
Vì không thu được sản phẩm nào khi trộn axetat kẽm với H3BTC trong cùng môi trường phản ứng ở nhiệt độ và áp suất phòng mà không có siêu âm, có thể kết luận rằng siêu âm đóng vai trò quan trọng trong quá trình hình thành MOF 1.
 

Phương pháp tổng hợp đơn giản các cấu trúc supramolecular bằng cách sử dụng siêu âm. – Đọc thêm!

Tìm kiếm thiết bị sonochemical tốt nhất cho quy trình của bạn!

Hielscher Ultrasonics có kinh nghiệm lâu năm trong việc thiết kế và sản xuất các ultrasonicators mạnh mẽ và đáng tin cậy và lò phản ứng sonochemical. Hielscher bao gồm các yêu cầu ứng dụng của bạn với nhiều loại thiết bị siêu âm – từ nhỏ Thiết bị phòng thí nghiệm qua Băng ghế dự bị và phi công ultrasonicators lên đến đầy đủ-Hệ thống công nghiệp Cho sản xuất sonochemical quy mô thương mại. Một loạt các sonotrode, bộ khuếch đại, bình phản ứng, tế bào dòng chảy, hộp giảm tiếng ồn và phụ kiện cho phép cấu hình thiết lập tối ưu cho phản ứng sonochemical của bạn. Máy siêu âm Hielscher rất bền bỉ, được thiết kế để hoạt động 24/7 và chỉ cần bảo trì rất ít.