Preparación de hidrófobos orgánicos marcos de metal a través de Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition de perfluoroalcanos para la eliminación de amoniaco

El objetivo general del siguiente experimento es preparar un marco orgánico metálico hidrofóbico para aumentar su estabilidad hídrica. Esto se logra sintetizando primero un marco orgánico metálico a través de métodos térmicos VO como segundo paso. La estructura orgánica metálica se trata mediante la deposición de vapor químico mejorada con plasma de un por fluoro acan para agregar grupos hidrofóbicos a las superficies internas y externas.

A continuación, el material se envejece y se evalúa la capacidad de amoníaco del material resultante mediante un aparato de micro avance. Los resultados demuestran que las muestras tratadas con plasma HD muestran una mejora en la absorción de amoníaco. Las implicaciones de esta técnica se extienden hacia la creación de estructuras orgánicas metálicas hidrofóbicas en varios otros materiales porosos que pueden ser estables a una variedad de condiciones ambientales.

Estos materiales tienen diversas aplicaciones en el almacenamiento de gas, la filtración, la catálisis e incluso la administración de fármacos, donde la estabilidad estructural es primordial. La principal ventaja de esta técnica sobre los métodos de modificación postsintética existentes que utilizan química húmeda es que la deposición química de vapor mejorada con plasma de alcanos per fluoro se puede aplicar a una variedad de materiales, independientemente de los grupos funcionales presentes. Además, esta técnica es más ecológica que otros métodos, ya que no se utiliza disolvente y, por lo tanto, la producción de residuos es mínima.

Primero, revuelva 12,5 mililitros de agua desionizada y 12,5 mililitros de dimetilformamida en un frasco con tapón de rosca de 100 mililitros durante aproximadamente cinco minutos, agregue 0,87 gramos de cobre, dos hidratos de nitrato, seguidos de 0,5 gramos de ácido trius al frasco y revuelva la solución azul resultante durante aproximadamente cinco minutos. Luego cierre el frasco y colóquelo en un horno precalentado a 120 grados centígrados durante aproximadamente 24 horas. Después de dejar que el frasco se enfríe a temperatura ambiente, recupere los cristales de cobre BTC mediante filtración al vacío con papel de filtro clasificado para recuperar cristales mayores o iguales a 2,5 micrómetros.

A continuación, enjuague los cristales resultantes con 10 mililitros de diclorometano tres veces y transfiera el material resultante a un vial de 20 mililitros. A continuación, agregue suficiente di clorometano para sumergir los cristales y luego selle el vial. Intercambie el solvente cada 24 horas con diclorometano fresco durante los próximos tres días para ayudar en la eliminación de los solventes menos volátiles de los poros de cobre BTC.

Después de filtrar los cristales de cobre BTC, caliéntelos gradualmente a 170 grados centígrados en un horno de vacío para eliminar cualquier molécula huésped residual del material cuando termine. Confirmó la estructura y la composición química, los cristales de cobre BTC a través de difracción de rayos X en polvo y Fourier. Transforme la espectroscopia infrarroja antes de cada experimento.

Limpie el reactor de plasma y cualquier material de vidrio que se vaya a utilizar en el tratamiento de plasma con plasma de aire a 50 vatios durante al menos 30 minutos. Al terminar, coloque 0,5 gramos de BTC de cobre activado en una botella de Pyrex de 250 mililitros y extiéndala por toda la botella para garantizar un tratamiento homogéneo. A continuación, coloque un paño permeable alrededor del cuello del frasco y asegúrelo con una banda elástica para minimizar la pérdida de muestra al aplicar el vacío.

A continuación, coloque el frasco en la cámara de plasma. Aplique un vacío hasta que la cámara alcance una presión menor o igual a 0,2 milibar durante al menos 30 minutos para eliminar el agua que pueda haber absorbido la muestra. Conecte el gas fluoro, etano HEXA y ETH al instrumento.

A continuación, ajuste el controlador de flujo másico para llenar la cámara de reacción con la cantidad adecuada de gas etano fluorado HEXA ETH. Para mantener la presión deseada del experimento, gire la botella dentro del dispositivo P-E-C-V-D para crear un tratamiento más homogéneo del polvo. Encienda el plasma a la potencia deseada con un generador de RF de 13,56 megahercios y sintonice la frecuencia de radio con la unidad de adaptación lc para maximizar la potencia y minimizar la reflectancia.

Una vez finalizado el tratamiento, evacue la cámara de cualquier residuo de gas hexa fluoro et etano y luego ventile con aire seco a presión atmosférica. Retire la muestra del aparato P-E-C-V-D y recupere el material tratado de los lados de la botella en un vial de 20 mililitros. Coloque el vial abierto en un horno precalentado a 120 grados centígrados durante dos horas para eliminar cualquier gas hexa fluoroetano no reactivo.

Después de retirar el material tratado del horno, transfiéralo a un desecado para evitar la absorción de agua de la atmósfera. Enjuague el material residual que queda en la botella con agua y filtro para recuperar los desechos para su correcta eliminación. Caracterizar el cobre BTC tratado con flúor de estado sólido, resonancia magnética nuclear de Fourier, espectroscopía infrarroja transformada y espectroscopía de fotoelectrones de rayos X.

A continuación, ajuste la temperatura deseada y la humedad relativa de una cámara ambiental a 45 grados centígrados y 100% respectivamente. Después del equilibrio, extienda la muestra uniformemente en un recipiente abierto y colóquela en la cámara durante tres días. Una vez completado el proceso de envejecimiento, se caracterice la muestra de cobre BTC con difracción de rayos X y una isoterma de nitrógeno a 77 kelvin para determinar el grado de degradación.

A continuación, prepare un lastre de 14,6 litros de amoníaco a cinco miligramos por metro cúbico inyectando primero un lastre vacío con 210 mililitros de amoníaco puro. A continuación, llene el lastre con aire cero a una presión de 15 CV. Conecto el balasto en línea con el aparato de micro avance. Coloque un tubo en blanco en el aparato de micro avance.

Configure los controladores de flujo másico para amoníaco y aire seco a ocho y 12 mililitros por minuto respectivamente para crear un flujo de 20 mililitros por minuto de 2000 miligramos por metro cúbico de amoníaco. Ejecute un método programado para controlar el cromatógrafo de gases y el detector de fotoionización para determinar la señal de alimentación de amoníaco. En el efluente, coloque una pequeña cantidad de lana de vidrio debajo de la capa de vidrio en un tubo de vidrio de diámetro interior nominal de cuatro milímetros.

Llene la muestra hasta cuatro milímetros de altura y pese el material. A continuación, caliente la muestra a 150 grados centígrados durante una hora mientras fluye aire seco a través del tubo de vidrio para eliminar el agua absorbida. Después de pesar la muestra seca, coloque el tubo en línea y asegúrelo en posición vertical en un baño de agua ajustado a 25 grados centígrados.

Configure los controladores de flujo másico para amoníaco y aire seco a ocho y 12 mililitros por minuto respectivamente para crear un flujo de 20 mililitros por minuto a 2000 miligramos por metro cúbico de amoníaco mientras evita la muestra a las líneas de llenado con el gas de alimentación. Después de esto, haga fluir el flujo de amoníaco a través de la muestra y ejecute un método programado para controlar el cromatógrafo de gases y el detector de fotoionización para monitorear la concentración de amoníaco en el efluente. Una vez que la concentración del efluente haya alcanzado la concentración de alimentación, apague el flujo de amoníaco y permita que la muestra libere gases de cualquier amoníaco que no haya sido fuertemente absorbido por la muestra.

Retire la muestra del baño de agua para el análisis posterior a la exposición a través de difracción de rayos X y cuatro eea, análisis infrarrojo transformado. Por último, integre la señal del cromatógrafo de gases frente a los datos de tiempo para determinar la carga de amoníaco para las polillas de muestra tratadas con un plasma por fluoroacan en condiciones adecuadas deben mostrar una hidrofobicidad mejorada. Esto se puede demostrar colocando el polvo sobre agua líquida y determinando si la muestra flota o midiendo el ángulo de contacto con el agua en un gránulo prensado.

Como se ve aquí, se midió que el ángulo de contacto para el cobre BTC y los pellets de cobre BTC tratados con plasma de fluoro eth etano HEXA fue de 59 grados y 123 grados respectivamente. La presencia de grupos CFX en la superficie de los poros se suma a la hidrofobicidad del material, lo que hace que el material repela el agua. La presencia de enlaces CF se indica mediante bandas espectrales entre 1300 y 1.140 centímetros inversos.

En los resultados de la espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier de reflectancia total atenuada, como se puede ver aquí, el grado de nación fluorada y la confirmación del tipo de especie CFX se pueden realizar con resonancia magnética nuclear de giro de ángulo mágico de flúor como se muestra aquí, o espectroscopia de fotoelectrones de rayos X. Las dos principales especies de flúor observadas en esta muestra son los dos grupos de CF a aproximadamente menos 87 PP M y los grupos CF a aproximadamente menos 152 PP M. Hay un pequeño pico a aproximadamente menos 80 PP M que representa los tres grupos de CF. Todos los demás picos significativos representan bandas laterales giratorias a intervalos de aproximadamente nueve kilohercios desde el pico principal.

Los grupos CFX son probablemente una combinación de grupos que han reaccionado con las superficies internas de la polilla, así como con una capa amorfa en el exterior del cristal de la polilla. El gran tamaño y la cantidad de bandas laterales giratorias para las especies CF two y CF indican que estos grupos CFX están estrechamente unidos a la estructura del cobre BTC y relativamente inmóviles los patrones de difracción de rayos X del cobre BTC y el cobre tratado con plasma de etano fluorado ETH de Hof. Las muestras de BTC se muestran aquí después de envejecer a 45 grados centígrados y 100% HR durante tres días.

Los patrones muestran un cambio casi completo en la estructura de la muestra no tratada. Sin embargo, la muestra tratada con plasma muestra cambios mínimos en la estructura. Los resultados son indicativos de una mayor estabilidad estructural incluso en condiciones de humedad adversas.

Aquí se presentan pruebas micro innovadoras de muestras de cobre BTC envejecido y HOF fluoro eth Ethan tratadas con cobre BTC para amoníaco a una concentración de 2000 miligramos por metro cúbico. La integración por encima de las curvas de avance produce capacidades de 1,1 milimoles de amoníaco por gramo de cobre, BTC y 5,3 milimoles de amoníaco por pergramo de hexa fluoro, ETH etano plasma de cobre tratado con plasma. La mayor absorción de amoníaco de la muestra de BTC de cobre tratada con plasma después del envejecimiento se debe a la retención de la estructura cristalina original de cobre BTC en comparación con la muestra de BTC de cobre envejecido.

Al intentar este procedimiento, es importante recordar que en cualquier plasma perfluoroalcano, existe la posibilidad de formar fluoruro de hidrógeno y otros gases corrosivos. Se debe tener especial cuidado para proteger al usuario y los instrumentos de estas especies dañinas, incluso asegurándose de que todas las válvulas de tubería, controladores de flujo másico, conexiones y sellos de la bomba de vacío estén hechos de materiales resistentes a la corrosión y se inspeccionen regularmente. Siguiendo este procedimiento, se pueden desarrollar muchos materiales microporosos nuevos con especies fluoradas en sus superficies.

Estos grupos funcionales no solo afectan a las propiedades e hidrofobicidad del material, sino que también alteran las propiedades de absorción, ya que las superficies internas del material modificado son altamente polares y químicamente inertes.