Se presenta un enfoque simple, reproducible y versátil para la síntesis de membranas de marco metal-orgánico de policristalino pegados, en una amplia gama de poroso y soportes no porosos.
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Artículo de método
Electroforético cristalización de membranas ultrafinas marco Metal-orgánico de alto rendimiento
En este artículo
Resumen
Resumen
Divulgamos la síntesis de membranas de marco metal-orgánico (MOF) policristalino delgadas, muy pegados, sobre una amplia gama de soportes porosos y no porosos sin modificar (polímero, cerámica, metal, carbono y grafeno). Hemos desarrollado una técnica de cristalización de novela, que se denomina el enfoque ENACT: el conjunto de núcleos electroforético para la cristalización de películas delgadas muy pegadas (ENACT). Este enfoque permite una alta densidad de nucleación heterogénea de MOF en un sustrato solicitadas a través de la deposición electroforética (EPD) directamente desde el sol precursor. El crecimiento de núcleos MOF bien empaquetados conduce a una película MOF policristalinos muy pegados. Nos muestran que este enfoque simple puede utilizarse para la síntesis de zeolita fina, pegados imidazol marco (ZIF) -7 y ZIF-8 películas. Las membranas de ZIF-8 nm de espesor 500 resultantes muestran una considerablemente alta permeancia de2 H (8,3 x 10-6 mol m-2 s-1 Pa-1) y gas ideal selectividades (7.3 para H2/CO2, 15.5 para H2/n2, 16.2 para H2/CH4y 2655 H2/c3H8). También es un atractivo rendimiento de C3H6/c3H8 separación alcanzada (una C3H6 permeancia de 9.9 x 10-8 mol m-2 s-1 Pa-1 y C3H 6/c3H8 ideal selectividad de 31,6 a 25 ° C). En general, el proceso de ENACT, debido a su simplicidad, puede ampliarse para sintetizar películas delgadas pegadas de una amplia gama de materiales nanoporosos.
Introducción
Las membranas delgadas de tamizado moleculares ofrecen una eficacia alta energía en la separación de las moléculas y pueden reducir los costos de combustibles, captura de CO2 , purificación del agua, recuperación de solventes, etc.1,2. MOF es una prometedora clase de material para la síntesis de membranas tamizadas moleculares debido a la química sintética isoreticular implicados y cristalización relativamente simple3. Hasta la fecha, MOF membranas consta de diversas estructuras cristalinas, incluyendo que ZIF-4, -7, -8, -9, -11,-67, -90 y -93 y UiO-66, HKUST-1 y 53 ....
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Protocolo
PRECAUCIÓN: Lea cuidadosamente las hojas de datos de seguridad del material (MSDS) de los productos químicos implicados. Algunos de los productos químicos utilizados en el experimento son tóxicos. El presente método consiste en la síntesis de nanopartículas. Por lo tanto, tomar las precauciones apropiadas. El procedimiento de síntesis todo debe realizarse en una campana bien ventilada.
Nota: Los detalles de los instrumentos, los productos químicos y los materiales involucrados en la síntesis de las películas MOF se enumeran en la tabla 1.
1. preparación de una solución de sal metálica y vinculador ....
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Resultados
Un montaje casero de EPD se utilizó para sintetizar las películas MOF (figura 1). Análisis de imágenes de microscopía electrónica (SEM) y difracción de rayos x (DRX) obtuvieron los patrones para la película de núcleos de ZIF-8 (figura 2). SEM fue utilizado a la imagen de la morfología superficial y transversal de la apoyo AAO, ZIF-8/AAO membrana, ayuda de la cacerola, ZIF-8 PAN, ZIF-8/grafeno película y membrana de ZIF-7/AAO (
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Discusión
La característica sobresaliente del método con respecto a los métodos existentes15 ENACT es que el método ENACT permite la síntesis de películas MOF muy pegadas, ultrafinas en una amplia gama de sustratos porosos y no porosos. Se evita cualquier pretratamiento del sustrato, haciendo este método bastante sencillo para la síntesis de películas MOF. Aunque el equipo EPD debe ser utilizado para la deposición de una película de núcleos, el equipo se compone de una fuente de energía, un electrodo de met.......
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Divulgaciones
Los autores no tienen nada que revelar.
Agradecimientos
Reconocemos nuestra institución, la École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), por su generoso apoyo. Este proyecto ha recibido financiación de Horizon 2020 investigación la Unión Europea y programa de innovación en Marie Skłodowska-Curie conceder acuerdo Nº 665667. Los autores agradecen a Pascal Alexander Schouwink por su ayuda con DRX.
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Materiales
| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| Nitrato de zinc hexahidratado | Sigma-Aldrich | 96482-500G | 98% de pureza |
| 2-Metilimidazol | Sigma-Aldrich | M50850-500G | 99% de pureza |
| Benzimidazol | TCI | B0054-500G | 98% de pureza |
| DuPont | KPT-1/8 | ||
| Epoxi | GC Electronics | 19-823 | |
| Lámina de cobre | Alfa Aesar | 13380.CV | 99,9% de pureza |
| Fuente de alimentación para EPD | Gamry Instruments | Interface 1000E Potenciostato | |
| Limpiador ultrasónico | MTI corporation | VGT-1860QTD | |
| AAO | GE Healthcare Life Sciences | 6809-7013 | |
| PAN | Shandong MegaVision | El límite de peso molecular es de 100 kDa |
Referencias
- Knebel, A., et al. Defibrillation of soft porous metal-organic frameworks with electric fields. Science. 358, 347-351 (2017).
- Brown, A. J., et al. Interfacial microfluidic processing of metal-organic framework hollow fiber membranes. Science....
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Reimpresiones y permisos
