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 do đó được tạo ra Cavitation nổi tiếng với những tác dụng độc đáo của nó đối với các phản ứng hóa học, được gọi là Sonochemistry. Sự nổ dữ dội của bong bóng xâm thực tạo ra các điểm nóng cục bộ với nhiệt độ thoáng qua cực cao (5000 K), áp suất (1800 atm) và tốc độ làm mát (10¹⁰Ks^-1) cũng như sóng xung kích và kết quả là máy bay phản lực lỏng. Tại những Xâm thực các điểm nóng, sự tạo mầm và tăng trưởng tinh thể, ví dụ như do Ostwald chín, được gây ra và thúc đẩy. Tuy nhiên, kích thước hạt bị hạn chế vì những điểm nóng đó được đặc trưng bởi tốc độ làm mát cực cao có nghĩa là nhiệt độ của môi trường phản ứng rơi trong vòng mili giây.
Siêu âm được biết là tổng hợp MOF mau dưới Nhẹ điều kiện quy trình, chẳng hạn như Không dung môitại nhiệt độ phòng và dưới áp suất môi trường xung quanh. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng MOF có thể được sản xuất Tiết kiệm chi phí tại Năng suất cao thông qua con đường sonochemical. Cuối cùng, các sonochemical Tổng hợp MOF là một xanh, phương pháp thân thiện với môi trường.

Chuẩn bị MOF-5

Trong nghiên cứu của Wang et al (2011), Zn₄O [1,4-benzenedicarboxylate]₃ đã được tổng hợp thông qua sonochemical lộ trình. 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 đã được tổng hợp qua sonochemical lộ trình. Để chuẩn bị kích thước 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 tìm thấy một sonochemical tuyến đường tổng hợp nhanh MOF vi xốp huỳnh quang, Zn₃(BTC)₂⋅12H₂O (1) và cảm biến chọn lọc các organoamines bằng cách sử dụng tinh thể nano 1. Kết quả cho thấy siêu âm Tổng hợp là một cách tiếp cận đơn giản, hiệu quả, chi phí thấp và thân thiện với môi trường đối với MOF nano.
MOF 1 được tổng hợp bằng phương pháp siêu âm tại một Ambient nhiệt độ và Khí quyển áp suất cho các thời gian phản ứng khác nhau 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 các cấu trúc đã được xác nhận bằng IR, phân tích nguyên tố và phân tích Rietveld của các mẫu nhiễu xạ tia X bột (XRD) bằng WinPLOTR và Fullprof¹³. 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 chiếu xạ siêu âm ở nhiệt độ và áp suất môi trường xung quanh trong 5 phút đã cho 1 trong một đáng kể Năng suất cao (75,3%, dựa trên H₃BTC). Ngoài ra, năng suất của 1 tăng dần từ 78,2% lên 85,3% với thời gian phản ứng tăng từ 10 đến 90 phút. Kết quả này cho thấy rằng Tổng hợp nhanh của MOF có thể được thực hiện một cách đáng kể Năng suất cao sử dụng phương pháp siêu âm. So với tổng hợp thủy nhiệt của cùng một hợp chất MOF 1, được thực hiện ở 140 ° C ở áp suất cao trong 24 giờ, 12 tổng hợp siêu âm được tìm thấy là một phương pháp hiệu quả cao với năng suất cao và chi phí thấp.
Vì không thu được sản phẩm nào bằng cách trộn kẽm axetat với H3BTC trong cùng một môi trường phản ứng ở nhiệt độ và áp suất môi trường xung quanh trong trường hợp không siêu âm, Sonication phải chơi một quan trọng vai trò trong quá trình hình thành MOF 1.

Quá trình siêu âm: Từ phòng thí nghiệm đến Công nghiệp Vảy

Thiết bị sonochemical

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 để sản xuất sonochemical ở quy mô thương mại. Một loạt lớn các sonotrode, bộ tăng áp, lò phản ứng, tế bào dòng chảy, hộp khử tiếng ồn và phụ kiện cho phép cấu hình thiết lập tối ưu cho sonochemical phản ứng. Thiết bị siêu âm của Hielscher rất Mạnh mẽ, được thiết kế cho 24/7 hoạt động và chỉ cần bảo trì rất ít.