Summary
هنا يتم وصف إجراءات البلازما تعزيز ترسيب الأبخرة الكيميائية من perfluoroalkanes على المواد الصغيرة التي يسهل اختراقها مثل الأطر المعدنية العضوية لتعزيز الاستقرار وللا مائية. وعلاوة على ذلك، وصفت اختبار اختراق كميات مليغرام من العينات في التفاصيل.
Abstract
منذ فترة طويلة ودرس البلازما تعزيز ترسيب الأبخرة الكيميائية (PECVD) من perfluoroalkanes لضبط خصائص ترطيب الأسطح. للمواد الصغيرة التي يسهل اختراقها مساحة السطح العالية، مثل الأطر المعدنية العضوية (موفس)، تحديات فريدة من نوعها تقدم نفسها للعلاجات PECVD. هنا يتم تقديم بروتوكول لتطوير وزارة المالية التي كانت غير مستقرة في السابق لظروف الرطبة. يصف بروتوكول تركيب النحاس وBTC (المعروف أيضا باسم HKUST-1)، ومعاملة النحاس وBTC مع PECVD من perfluoroalkanes، شيخوخة المواد تحت الظروف الرطبة، والتجارب اللاحقة الأمونيا microbreakthrough على كميات مليغرام من المواد الصغيرة التي يسهل اختراقها. مكعب-BTC تبلغ مساحتها السطحية عالية جدا (~ 1،800 م 2 / ز) بالمقارنة مع معظم المواد أو الأسطح التي تم التعامل من قبل وسائل PECVD. المعلمات مثل ضغط الغرفة ووقت العلاج هي في غاية الأهمية لضمان تخترق البلازما perfluoroalkane لوالردق مع الأسطح الداخلية وزارة المالية. وعلاوة على ذلك، وبروتوكول للتجارب microbreakthrough الأمونيا المنصوص عليها هنا يمكن أن تستخدم لمجموعة متنوعة من الغازات اختبار والمواد الصغيرة التي يسهل اختراقها.
Introduction
أصبحت الأطر المعدنية العضوية (موفس) فئة الرائدة في مجال مواد مسامية لإزالة الغازات السامة 1-3. موفس لديها قدرة غير مسبوقة لتصميم وظائف لاستهداف التفاعل الكيميائي. مكعب-BTC (المعروف أيضا باسم HKUST-1 أو النحاس 3 (BTC) 2) وقد وجد سابقا أن يكون هناك مرتفعة بشكل استثنائي الأمونيا التحميل، ولكن هذا هو بتكلفة الاستقرار الهيكلي المادة 4. وقد أشارت دراسات أخرى على النحاس وBTC أن الرطوبة نفسها قادرة على المهينة هيكل وزارة المالية، وجعلها غير فعالة للعديد من التطبيقات المحتملة 5،6،21. كان عدم الاستقرار الهيكلي بعض الكربوكسيل تحتوي على موفس في وجود الماء السائل أو الرطوبة العالية رادعا رئيسيا للاستخدام في التطبيقات التجارية أو الصناعية 7.
سيكون من الأكثر مثالية لموفس تستخدم لإزالة المواد الكيميائية لتحقيق الاستقرار المتأصلة في وجود الرطوبة. ومع ذلك، فإن العديد MOخ مع الاستقرار متفوقة، مثل عيش-66، لديها قدرات الفقراء إزالة المواد الكيميائية، في حين أن العديد موفس مع مواقع المعادن مفتوحة مثل MOF-74 والنحاس وBTC ديك قدرات متفوقة إزالة الكيميائية 2،4،8،9. مواقع المعادن مفتوحة في MOF-74 والنحاس وBTC تعزيز امتصاص الغازات السامة مثل الأمونيا، ولكن هذه المواقع هي أيضا عرضة للمياه ملزمة، تسميم المواقع المفعلة وفي كثير من الحالات يؤدي إلى انهيار الهيكلية. من أجل الحفاظ على الخصائص الكيميائية للمياه غير مستقر وزارة المالية، وقد بذلت محاولات مختلفة لتعزيز الاستقرار المياه من موفس. وقد تبين MOF-5 أن يكون هناك تحسين في مقاومة الرطوبة على المعالجة الحرارية، من خلال خلق طبقة كربونية حول وزارة المالية، إلا أن زيادة للا مائية هي على حساب مساحة السطح وظائف في نهاية المطاف 10. وقد تبين أيضا MOF-5 لديك زيادة hydrostability من خلال المنشطات مع ني 2 + أيونات 11. علاوة على ذلك، 1،4-diazabicyclo [2.2.2] اوكتان تحتوي علىوقد استخدمت موفس جي (المعروف أيضا باسم DMOFs) لإظهار ضبط الاستقرار المياه من خلال دمج المجموعات المختلفة على قلادة dicarboxylate رابط 1،4-البنزين 12،13.
عدم وجود hydrostability بعض من موفس، وتحديدا تلك التي مع ارتفاع امتصاص الغازات السامة، مما أدى إلى استخدام البلازما تعزيز ترسيب الأبخرة الكيميائية (PECVD) من perfluoroalkanes لإنشاء مجموعات المفلورة على أسطح وزارة المالية لزيادة للا مائية لها 14. هذا الأسلوب يوفر فائدة الفريدة التي يمكن استخدامها لتغيير أي MOF التي تحتوي على الهيدروجين العطرية، فضلا عن المجموعات الوظيفية المحتملة الأخرى على الأسطح الداخلية للموفس. ومع ذلك، يمكن للتقنية أن يكون من الصعب السيطرة عليها بسبب تشكيل الجذور شديدة التفاعل في البلازما. الجذور تتفاعل ليس فقط مع ذرات الهيدروجين العطرية، ولكن أيضا مع CF خ مجموعات ردت بالفعل على أسطح وزارة المالية. تحكم دقيق لإجراء ضروري لضمان BLO المسامckage لا يحدث، مما يجعل وزارة المالية غير فعالة. وقد استخدمت هذه التقنية من قبل الآخرين لتغيير خصائص ترطيب للمواد الكربون، ولكن على حد علمنا انه لم يسبق استخدامها لتعزيز hydrostability المواد الصغيرة التي يسهل اختراقها 15،16.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. مكعب-BTC تحضير وإعداد
- يحرك 12.5 مل من الماء منزوع الأيونات و 12.5 مل من ثنائي ميثيل في 100 مل المسمار غطاء جرة لحوالي 5 دقائق.
- إضافة 0.87 غ (3.6 ملمول) النحاس (II) هيدرات نترات تليها 0.50 غرام (2.4 ملمول) من حامض trimesic إلى حل في جرة ويحرك المزيج لمدة 5 دقائق تقريبا. فإن الحل بدوره الزرقاء اللون. وضع جرة توج في فرن محمى على حرارة 120 درجة مئوية لمدة حوالي 24 ساعة.
- إزالة جرة من الفرن. بمجرد أن يبرد إلى درجة حرارة الغرفة جرة، واستعادة بلورات النحاس وBTC عبر الترشيح فراغ باستخدام ورق الترشيح تقييما لاسترداد بلورات أكبر من أو يساوي 2.5 ميكرون. شطف بلورات الناتج مع ثنائي كلورو ميثان، ووضع في نهاية المطاف البلورات في محلول جديدة من ثنائي كلورو ميثان.
- تبادل المذيب كل 24 ساعة واستبدالها مع ثنائي كلورو ميثان الطازجة خلال الأيام الثلاثة المقبلة للمساعدة في إزالة المذيبات أقل تقلبا من مسام النحاس وBTC.
- تسخين البلورات النحاس وBTC إلى 170 درجة مئوية في فرن فراغ أو عن طريق خط Schlenk لإزالة أي جزيئات ضيف المتبقية من هذه المادة. تنشيط بالكامل النحاس وBTC يجب أن يكون أزرق إلى اللون الأرجواني اللون.
- تأكيد هيكل والكيميائية الماكياج من النحاس وBTC عبر مسحوق حيود الأشعة السينية وفورييه، تحويل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء، على التوالي.
2. البلازما تعزيز ترسيب الأبخرة الكيميائية من Perfluoroalkanes على النحاس وBTC 14
- قبل كل تجربة تنظيف مفاعل البلازما وأي الأواني الزجاجية لاستخدامها في علاج البلازما مع البلازما الجوية في 50 W لمدة 30 دقيقة على الأقل. هذا يزيل أي perfluoroalkane الأفلام التي قد تكون تشكلت على الأسطح الداخلية من دائرة رد الفعل أو الأواني الزجاجية من التجارب السابقة.
- وضع كمية معروفة من تنشيط النحاس وBTC في 250 مل زجاجة بيركس وانتشرت في جميع أنحاء الزجاجة على جانبها لضمان المعاملة متجانسة. يجب وضع قطعة قماش نفاذية حولعنق الزجاجة مع الشريط المطاطي لتقليل كمية من العينة التي فقدت على تطبيق فراغ.
- وضع زجاجة في غرفة البلازما. تطبيق فراغ حتى وصلت إلى غرفة الضغط ≤ 0.20 م بار لمدة 30 دقيقة على الأقل لإزالة أي المياه التي قد كثف على العينة.
- توصيل الغاز perfluoroalkane وضبط منظم لضغط ضمن المواصفات وحدة تحكم تدفق الشامل.
- ضبط وحدة تحكم تدفق الشامل لملء غرفة التفاعل مع كمية مناسبة من الغاز perfluoroalkane للحفاظ على الضغط المطلوب من التجربة. تدوير زجاجة داخل جهاز PECVD لخلق علاج أكثر تجانسا من المسحوق.
- ضوء البلازما مع مولد 13.56 ميغاهرتز الترددات اللاسلكية، وتوليف تردد الراديو مع وحدة LC مطابقة لتعظيم قوة مع تقليل الانعكاس. مادة retune دوريا طوال فترة العلاج.
- مرة واحدة علاج اكتمال إخلاء القاعة من أيالغاز perfluoroalkane المتبقية ومن ثم إلى تنفيس الضغط الجوي. إزالة عينة من الجهاز PECVD واسترداد المواد المعالجة من الجانبين من القمقم. جهاز التحجر وينبغي أن تستخدم لاسترداد أكبر قدر ممكن من المواد.
- وضع المادة المعالجة في الفرن على 120 درجة مئوية لإزالة أي غاز perfluoroalkane غير المتفاعل. ثم ضع المادة المعالجة في مجفف لمنع امتصاص الماء من الجو.
- شطف المواد المتبقية في زجاجة وتصفية لاسترداد النفايات للتخلص السليم.
- تميز تعامل مع النحاس وBTC 20 F زاوية السحر الغزل بالرنين المغناطيسي النووي، فورييه، تحويل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء، والأشعة السينية الضوئية الطيفي.
3. الشيخوخة من النحاس وBTC تحت الظروف الرطبة
- ضبط درجة الحرارة المطلوبة والرطوبة النسبية للغرفة البيئية والسماح لها لكي تتوازن.
- نشر العينة بشكل متساو فيوعاء مفتوح ومكان في الغرفة البيئية لمبلغ من الوقت المطلوب.
- تميز العينة النحاس وBTC مع حيود الأشعة السينية وأيسوثرم النيتروجين في 77 K لتحديد درجة التدهور.
4. تجارب الأمونيا Microbreakthrough 2
- إعداد الصابورة 14.6 L من الأمونيا في 5،000 ملغ / م 3 في أول حقن الصابورة فارغة مع 210 مل من الأمونيا أنيق. ثم ملء الصابورة مع صفر الهواء لضغط 15 رطل. ربط الصابورة تمشيا مع جهاز microbreakthrough.
- تشغيل أنبوب فارغ في جهاز microbreakthrough لتحديد إشارة الأعلاف. تعيين وحدات تحكم تدفق الشامل للأمونيا والهواء الجاف إلى 8 و 12 مل / دقيقة، على التوالي، لخلق تدفق 20 مل / دقيقة من 2،000 ملغ / م 3 الأمونيا. تشغيل الأسلوب المبرمج للسيطرة على الكروماتوجرافي الغاز وكاشف التأيين الضوى لتحديد إشارة الأعلاف من الأمونيا في النفايات السائلة. يمكن إضافة الرطوبة إلى نظامإذا رغبت في ذلك عن طريق تشغيل جزء من تيار مخفف من خلال خلية مرطبات التحكم في درجة حرارته بمعدل اللازمة لتحقيق الرطوبة النسبية المطلوبة.
- وضع كمية صغيرة من الصوف الزجاجي تحت فريت الزجاج في الاسمية 4 ملم معرف أنبوب زجاجي. تزن حوالي 10-15 ملغ من المواد في أنبوب. كتلة المستخدمة ينبغي أن يؤدي إلى حوالي 55 ملم 3 من حجم المواد الماصة، مما أدى في وقت الإقامة السرير ما يقرب من 0.15 ثانية.
- تدفق الهواء الجاف من خلال أنبوب زجاجي كما هو تسخينها إلى 150 درجة مئوية لمدة 1 ساعة لإزالة أي المياه كثف. وزن العينة بعد التجديد.
- وضع العينة في خط وتأمين تستقيم في حمام مائي تعيين إلى 25 درجة مئوية.
- تعيين وحدات تحكم تدفق الشامل للأمونيا والهواء الجاف إلى 8 و 12 مل / دقيقة، على التوالي، لخلق تدفق 20 مل / دقيقة عند 2،000 ملغ / م 3 الأمونيا مع تجاوز العينة إلى خطوط تعبئة الغاز مع الأعلاف.
- تدفق تيار الأمونيا من خلال العينة وتشغيل مبرمجطريقة للسيطرة على الكروماتوجرافي الغاز وكاشف التأيين الضوى لرصد تركيز الأمونيا في النفايات السائلة.
- مرة واحدة وقد بلغ تركيز النفايات السائلة تركيز الأعلاف، وإيقاف تيار الأمونيا وتسمح العينة إلى خارج الغاز أي الأمونيا التي لم يتم كثف بقوة على العينة.
- إزالة عينة من حمام الماء للتحليل بعد التعرض عن طريق حيود الأشعة السينية وفورييه، تحويل تحليل الأشعة تحت الحمراء.
- دمج إشارة الكروماتوجرافي الغاز مقابل البيانات في الوقت لتحديد التحميل الأمونيا للعينة.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
ضمن نتائج ممثل المؤلفين اختار لعرض خصائص عينة 0.50 غرام من النحاس وBTC تعامل مع hexafluoroethane (C 2 F 6) لمدة 4 ساعة عند ضغط 0.30 م بار، وقوة البلازما من 50 دبليو موفس تعامل مع البلازما perfluoroalkane تحت الظروف الملائمة يجب عرض تعزيز للا مائية. هذا يمكن البرهنة عن طريق وضع مسحوق على رأس الماء السائل وتحديد ما إذا كان يطفو عينة أو قياس زاوية اتصال الماء على بيليه ضغط كما رأينا في الشكل 1. تم قياس زاوية الاتصال لالنحاس وBTC وC 2 F 6 البلازما تعامل الكريات النحاس وBTC أن تكون 59 درجة و 123 درجة مئوية، على التوالي. وجود CF س مجموعات على سطح المسام يضيف إلى للا مائية من المادة المسببة المواد لصد المياه.
"/>
الشكل 1. صور من النحاس وBTC فرقت في الماء (أعلى اليسار) وC 2 F 6 البلازما تعامل النحاس وBTC طارد وتطفو على أعلى من الماء (أسفل، يسار). الصور زاوية الاتصال من النحاس وBTC (أعلى، يمين) وC تعامل 2 F 6 البلازما النحاس وBTC (أسفل، يمين) مع قطرات 2 ميكرولتر من المياه.
وأشارت إلى وجود سندات CF كتبها نطاقات طيفية بين 1،300-1،140 سم -1 في مجموع الموهن الانعكاس-فورييه، تحويل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء (ATR-FTIR) النتائج، كما يمكن أن يرى في الشكل 2 17. درجة الفلورة وتأكيد CF س ويمكن أن يتم نوع من الأنواع مع 20 F السحر زاوية غزل (ماس) الرنين المغناطيسي النووي (NMR)، كما يمكن أن يرى في الشكل (3)، أو الأشعة السينية الضوئية الطيفي (XPS). على نوعين الفلور الرئيسية التي لوحظت في هذه العينة هي CF 2 مجموعات في δ ~ -87 جزء في المليون وCF في δ ~ -152جزء بالمليون 18. هناك ذروة صغيرة في ~ -80 δ جزء في المليون، وهو ما يمثل CF 3 مجموعات. تمثل كل قمم هامة أخرى sidebands الغزل في حوالي 9 كيلو هرتز فترات الذروة من الأصل. ومن المرجح أن CF X الجماعات مزيج من الجماعات التي تفاعلت مع الأسطح الداخلية من وزارة المالية، فضلا عن طلاء غير متبلور في الخارج من الكريستال وزارة المالية. حجم كبير وكمية sidebands الغزل لCF 2 و CF الأنواع تشير إلى أن هذه المجموعات CF X بإحكام إلى هيكل النحاس، وغير متحرك نسبيا BTC 19.
الشكل 2. ATR-FTIR أطياف النحاس وBTC (الأزرق والقاع) وC 2 F 6 البلازما تعامل النحاس وBTC (الأحمر وأعلى). تمتد CF يمكن اعتبار نطاقات الأشعة تحت الحمراء بين 1،300 و 1،140 سم -1.
العرض = "4IN" سرك = "/ files/ftp_upload/51175/51175fig3.jpg" />
الرقم 3 20. F MAS NMR أطياف C 2 F 6 البلازما تعامل النحاس وBTC. وصفت العصابات الجانب الغزل بعلامة النجمة (*).
والنحاس، وBTC C 2 F 6 البلازما معاملة عينات النحاس وBTC كانت أعمارهم بسرعة عند 45 درجة مئوية و 100٪ RH لمدة ثلاثة أيام. حيود الأشعة السينية (XRD) أنماط (الشكل 4) إظهار تغيير كامل في بنية بالقرب من العينة غير المعالجة، ولكن يظهر العينة معاملة البلازما تغيرات طفيفة في الهيكل. النتائج تدل على تعزيز الاستقرار الهيكلي حتى في ظل ظروف الرطوبة القاسية. موصوفة تحليلات من الاستقرار المعزز للالنحاس وBTC تعامل مع البلازما perfluoroalkane في العمق في مكان آخر 14.
75/51175fig4.jpg "/>
الشكل 4. أنماط XRD من النحاس وBTC (الأسود والسفلي)، النحاس، BTC الذين تتراوح أعمارهم بين 45 درجة مئوية في و100٪ RH لمدة 3 أيام (الأزرق والمتوسطة)، وC 2 F 6 البلازما تعامل النحاس وBTC الذين تتراوح أعمارهم بين 45 درجة مئوية في و100 ٪ RH لمدة 3 أيام (أحمر، أعلى).
والتخطيطي للجهاز يستخدم لتحليل microbreakthrough يمكن العثور عليها في الشكل 5. يتم عرض الاختبار Microbreakthrough من الذين تتراوح أعمارهم بين النحاس وBTC و C 2 F 6 تعامل عينات النحاس وBTC لNH 3 بتركيز 2،000 ملغ / م 3 في الشكل 6. التكامل فوق منحنيات اختراق تعطي قدرات 1.1 مليمول الأمونيا / غرام من النحاس، و 5.3 ملمول BTC الأمونيا / ز من C 2 F 6 البلازما تعامل النحاس وBTC. ويرجع ذلك إلى الإبقاء على النحاس وBTC التركيب البلوري الأصلي، بالمقارنة مع العينة الذين تتراوح أعمارهم بين النحاس وBTC امتصاص الأمونيا المعزز للتعامل عينة البلازما النحاس وBTC بعد الشيخوخة.
her.within صفحة = "دائما"> 
الرقم 5. التخطيطي من الأجهزة microbreakthrough المستخدمة في تحليل عينات من الأمونيا اختراق النحاس وBTC. الشكل إعادة استخدامها بإذن من المرجع 13.
الرقم 6. منحنيات الأمونيا اختراق من النحاس وBTC (الازرق) وC 2 F 6 تعامل البلازما النحاس وBTC (الأحمر) تظهر تركيز النفايات السائلة قياس مع الوقت بالنسبة لاختراق تطبيع من قبل كتلة العينة المستخدمة.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
تركيب النحاس وBTC، كما هو الحال في معظم موفس، يمكن أن تعتمد بشكل كبير على نسبة المواد الداخلة في التفاعل المستخدمة ودرجة الحرارة ويتم تركيب بها في. متفاوتة وقد تبين أن درجة الحرارة أو المذيبات المستخدمة في التوليف لإنتاج الأشكال التضاريسية مختلفة من هيكل وزارة المالية 20. لذا فإنه من الأهمية قوية لمتابعة الإجراء المنصوص عليه في الأدبيات لأي وزارة المالية يجري تصنيعه. علاوة على ذلك، ينبغي للمرء أن ينظر في المواد المتفاعلة، والمذيبات، والظروف التوليف عند اختيار الوعاء الذي لإجراء التوليف. يمكن موفس تتراوح في حجمها من مادة واحدة إلى أخرى، ولكن النحاس وBTC ديه بلورات دقيقة جدا بناء على أمر من 10 ميكرون. ورقة الترشيح التي تم اختيارها لخطوات الترشيح ينبغي أن تكون كافية لاسترداد بلورات صغيرة مثل 2.5 ميكرون لتعظيم العائد، وخطوة الترشيح فراغ قد تمضي ببطء مع مثل ورق الترشيح على ما يرام. علاوة على ذلك، خلال خطوة التنشيط من المهم لرفع درجة حرارة تدريجيا إلى 170درجة مئوية، ورفع درجة الحرارة بسرعة كبيرة لديه القدرة على تدمير يؤدي في هيكل وزارة المالية والصغيرة التي يسهل اختراقها أو تكسير البلورات.
وقد تبين أن PECVD من perfluoroalkanes لتعزيز الاستقرار المياه من موفس التي هي على خلاف ذلك عرضة لتدهور المياه 14. ومع ذلك، هناك العديد من التعقيدات عند العمل مع أدوات PECVD. هناك إمكانية في أي علاج البلازما perfluoroalkane لتشكيل فلوريد الهيدروجين، أو غيرها من الغازات المسببة للتآكل، ويجب إيلاء عناية خاصة لحماية المستخدم وأداة لهذه الأنواع الضارة. تحتاج جميع الأنابيب والصمامات وتحكم تدفق الشامل والاتصالات إلى أن تكون مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ أو غيرها من مواد مقاومة للتآكل، ويجب أن تكون متوافقة مع مضخة فراغ الغازات المسببة للتآكل، ويجب أن يتم فحص جميع الاختام حماية المستخدم من الصك بانتظام. وعلاوة على ذلك، هناك مخاطر تتعلق مولد الترددات اللاسلكية بما في ذلك القدرة على وقف الساعات، وإمكانية إيهيجب سائط مغناطيسية asing، وأي شخص مع جهاز تنظيم ضربات القلب الاقتراب من جهاز البلازما أثناء تشغيله. تنظيف للجهاز البلازما بانتظام عن طريق تشغيل البلازما الأكسجين ضروري لإزالة أي الأفلام التي قد تشكل في غرفة البلازما من التجارب السابقة. والبلازما الجوية في 50 W يجب أن يتوهج بلون وردي مشرق.
علاج مساحيق عبر PECVD يمكن أن تكون مختلفة كثيرا عن علاج رقائق مسطحة أو غيرها من المواد. من أجل ضمان معالجة متجانسة، يجب أن تكون مشتتة في جميع أنحاء مسحوق زجاجة الدورية. للمساحيق التي لديها كثافة منخفضة أو هي جسيمات دقيقة جدا، يحتاج إلى رأس قابلة للاختراق لتوضع على زجاجة لضمان أنه عندما يتم تطبيق فراغ، لا يزال المسحوق في زجاجة. مواد مسامية، مثل موفس، وعادة physisorb المياه بانتظام من الغلاف الجوي. وهذا يجعل من المهم تطبيق فراغ لفترة كافية قبل إدخال الغاز perfluoroalkane والإضاءة البلازما لضمان MOF سطح يتفاعل فقط مع الأنواع perfluoroalkane. مكعب-BTC قد تغير اللونية من الضوء الأزرق (رطب) إلى الأرجواني العميق (المجففة) التي يمكن استخدامها للإشارة عندما المياه physisorbed تم إزالتها تماما. من المهم أن تحدد لنظام المواد perfluoroalkane الصغيرة التي يسهل اختراقها الغاز عملية العلاج التي هي المثل الأعلى، والعوامل مثل كمية المواد، وضغط الغاز perfluoroalkane، والطاقة البلازما، ووقت معالجة جميع يكون لها تأثير على النتيجة العامة لهذه العملية. على سبيل المثال، زيادة في كمية المواد يعالجون يتطلب زيادة في العلاج لتحقيق نتائج مماثلة. علاوة على ذلك، زيادة في قوة البلازما يخلق المزيد من المتطرفين perfluoroalkane ويمكن أن يؤدي إلى ترسب أسرع و / أو الأنواع المختلفة التي يجري تشكيلها على المواد 21.
النظرية وراء تحليل microbreakthrough وقد سبق بيان جيدا في الأدب 2. يحتاج إلى رعاية خاصة الواجب اتخاذها عند تحميلعينة في أنبوب زجاجي. مع فقط 10-15 ملغ من العينة التي يجري تحميلها في أنبوب يجب على المرء أن يكون حريصا على أن تكون دقيقة جدا في وزنها، بما في ذلك عدم إدخال أي مواد ملوثة وللتعامل مع أنبوب عينة مع القفازات. لتجنب عينات مسحوق النسف حول الأنبوب يجب أن يكون تدفق من أعلى إلى أسفل. يمكن حساب تحميل الديناميكي عن طريق التكامل على منحنى اختراق، سوف تحميل تختلف مع تركيز سوربات ودرجة الحرارة. فيما يتعلق بقياس القدرات الماصة مع أيسوثرم الامتزاز، تقنية اختراق يسمح فقط تحديد التحميل سوربات بتركيز واحد في التجربة، وهو ما يمثل نقطة واحدة على حرارة ثابتة. ومع ذلك، فإن تقنية اختراق يحاكي بشكل وثيق التطبيقات نوع الترشيح الفعلي.
وPECVD المواد الصغيرة التي يسهل اختراقها مع perfluoralkanes يفتح آفاقا في مجالات عديدة. أظهرنا كيف تتعامل مع الأسطح مع الفلورية يمكن أن يغير wettinز خصائص وhydrostability من موفس. وعلاوة على ذلك هذه التقنية يمكن استخدامها لتغيير خصائص امتصاص المواد الصغيرة التي يسهل اختراقها، والسطوح من المادة المعالجة perfluoroalkane البلازما لديهم مجموعات وظيفية مختلفة من المواد غير المعالجة. ويمكن تطبيق هذه التقنية لمجموعة متنوعة من المواد الأخرى الصغيرة التي يسهل اختراقها، وكذلك تمتد إلى مجموعة متنوعة من الغازات السلائف الأخرى.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
يعلن الكتاب أنه ليس لديهم مصالح مالية المتنافسة.
Acknowledgments
المؤلفان بالشكر إلى وكالة الدفاع لتقليص التهديد لتمويل المشروع تحت رقم BA07PRO104، مارتن سميث، كورين ستون، وكولين ويليس من مختبر علوم وتكنولوجيا الدفاع (DSTL) لخبرتهم في انخفاض ضغط تكنولوجيا البلازما، وماثيو Browe ويسلي جوردون من مركز إدجوود الكيميائية البيولوجية (ECBC) لاختبار microbreakthrough وقياسات زاوية الاتصال، على التوالي.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Copper (II) Nitrate Trihydrate | Sigma-Aldrich | 61194 | |
| Trimesic acid | Sigma-Aldrich | 482749 | |
| Ethanol | Sigma-Aldrich | 130147 | |
| Dimethyl Formamide | Sigma-Aldrich | 319937 | |
| Dichloromethane | Sigma-Aldrich | 187332 | |
| Hexafluoroethane | Synquest Labs | 1100-2-05 | |
| Femto-Plasma System | Diener Electronic | Basic unit type B | |
| Plasma Generator | Diener Electronic | Type D | 0-100 W at 13.56 MHz |
| Rotary Vane Pump for Plasma System | Leybold | D16BCS PFPE | Appropriate for corrosive gases |
| Powder Treatment Device | Diener Electronic | Option 5.9 | Glass bottle and rotating devise within plasma system |
| Environmental Chamber | Associated Environmental Systems | HD-205 | |
| Gas Chromatograph | Hewlet Packard | HP5890 Series II | |
| Photoionization Detector | O-I Analytical | 4430/5890 | |
| Photoionization Detector Lamp | Excilitis | FK-794U | |
| Water bath | NESLAB | RTE-111 | |
| Fritted glass tubes | CDA Analytical | MX062101 | Dynatherm sampling tubes |
References
- Montoro, C., et al. Capture of Nerve Agents and Mustard Gas Analogues by Hydrophobic Robust MOF-5 Type Metal-Organic Frameworks. J. Am. Chem. Soc. 133, 11888-11891 (2011).
- Glover, T. G., Peterson, G. W., Schindler, B. J., Britt, D., Yaghi, O. MOF-74 building unit has a direct impact on toxic gas adsorption. Chem. Eng. Sci. 66, 163-170 (2011).
- Britt, D., Tranchemontagne, D., Yaghi, O. M. Metal-organic frameworks with high capacity and selectivity for harmful gases. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 105, 11623-11627 (2008).
- Peterson, G. W., et al. Ammonia Vapor Removal by Cu(3)(BTC)(2) and Its Characterization by MAS. NMR. J. Phys. Chem. Nanomater. Interfaces. 113 (3), 13906-13917 (2009).
- Gul-E-Noor, F., et al. Effects of varying water adsorption on a Cu(3)(BTC)(2) metal-organic framework (MOF) as studied by (1)H and (13)C solid-state NMR spectroscopy. Phys. Chem. Chem. Phys. 13 (3), 7783-7788 (2011).
- DeCoste, J. B., et al. The effect of water adsorption on the structure of the carboxylate containing metal-organic frameworks Cu-BTC, Mg-MOF-74, and UiO-66. J. Mater. Chem. , (2013).
- Küsgens, P., et al. Characterization of metal-organic frameworks by water adsorption. Microporous and Mesoporous Mater. 120, 325-330 (2009).
- Cavka, J. H., et al. A New Zirconium Inorganic Building Brick Forming Metal Organic Frameworks with Exceptional Stability. J. Am. Chem. Soc. 130, 13850-13851 (2008).
- DeCoste, J. B., et al. Stability and degradation mechanisms of metal-organic frameworks containing the Zr6O4(OH)4 secary building unit. J. Mater. Chem. A. 1, 5642-5650 (2013).
- Yang, S. J., Park, C. R. Preparation of Highly Moisture-Resistant Black-Colored Metal Organic Frameworks. Adv. Mater. 24, 4010-4013 (2012).
- Li, H., et al.
- Jasuja, H., Huang, Y. -g, Walton, K. S. Adjusting the Stability of Metal - Organic Frameworks under Humid Conditions by Ligand Functionalization. Langmuir. 28, 16874-16880 (2012).
- Jasuja, H., Burtch, N. C., Huang, Y. -g, Cai, Y., Walton, K. S. Kinetic Water Stability of an Isostructural Family of Zinc-Based Pillared Metal - Organic Frameworks. Langmuir. 29, 633-642 (2012).
- Decoste, J. B., Peterson, G. W., Smith, M. W., Stone, C. A., Willis, C. R. Enhanced Stability of Cu-BTC MOF via Perfluorohexane Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition. J. Am. Chem. Soc. 134, 1486-1489 (2012).
- Bradley, R. H., Smith, M. W., Andreu, A., Falco, M. Surface studies of novel hydrophobic active carbons. Appl. Surf. Sci. 257, 2912-2919 (2011).
- Poire, E., et al. Modification of active carbon by hydrophobic plasma plymers. Plasma Deposition of Polymeric Thin Films. 54, 185-196 (1994).
- Hozumi, A., Takai, O. Preparation of ultra water-repellent films by microwave plasma-enhanced CVD. Thin Solid Films. 303 (97), 222-225 (1997).
- Dolbier, W. R. Guide to Fluorine NMR for Organic Chemists. , John Wiley & Sons, Inc. (2009).
- Maricq, M. M., Waugh, J. S.
- Kim, M., Cahill, J. F., Su, Y., Prather, K. A., Cohen, S. M. Postsynthetic ligand exchange as a route to functionalization of 'inert' metal-organic frameworks. Chem. Sci. 3, 126-130 (2012).
- d'Agostino, R., et al. Advanced Plasma Technology. , Wiley-VCH. (2008).
- DeCoste, J. B., et al. The effect of water adsorption on the structure of the carboxylate containing metal-organic frameworks Cu-BTC, Mg-MOF-74, and UiO-66. J. Mater. Chem. A. , (2013).
