Name: Preparazione del idrofobi Frameworks Metal-Organic tramite Plasma avanzata Chemical Vapor Deposition del perfluoroalcani per la rimozione di ammoniaca (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-10-10T22:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 5 s
Description: Scopri la preparazione di framework metall-organici idrofobici mediante deposizione chimica da vapore al plasma perfluoroalcanica. Questo metodo migliora la stabilità in ambienti umidi e aumenta l'assorbimento di ammoniaca nei materiali porosi.

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Gli autori ringraziano il Defense Threat Reduction Agency per il finanziamento con il numero di progetto BA07PRO104, Martin Smith, Corrine Stone e Colin Willis del Defence Science and Technology Laboratory (DSTL) per la loro esperienza nella tecnologia del plasma a bassa pressione, e Matteo Browe e Wesley Gordon di Edgewood Chemical Biological Center (ECBC) per il test microbreakthrough e misure di angolo di contatto, rispettivamente.

1. Cu-BTC sintesi e preparazione <ol><li> Mescolare 12,5 ml di acqua deionizzata e 12,5 ml di dimetilformammide in un vasetto da 100 ml a vite tappo per circa 5 min. </li><li> Aggiungere 0,87 g (3,6 mmol) di rame (II) triidrato nitrato seguita da 0,50 g (2,4 mmol) di acido trimesico alla soluzione nel vaso e agitare per circa 5 min. La soluzione diventerà di colore blu. Posizionare il vaso ricoperto in forno preriscaldato a 120 ° C per circa 24 ore. </li><li> Rimuovere il vaso dal forno. Una volta che il vaso si è raffreddato a temperatura ambiente, recuperare i cristalli Cu-BTC tramite filtrazione sotto vuoto su carta da filtro valutazione di recuperare cristalli uguali o superiori a 2,5 micron. Risciacquare i cristalli risultanti con diclorometano, infine mettendo i cristalli in una soluzione fresca di diclorometano. </li><li> Sostituire il solvente ogni 24 ore e sostituirlo con diclorometano fresco per i prossimi tre giorni per aiutare la rimozione dei solventi meno volatili dai pori della Cu-BTC. </li><li> Riscaldare i cristalli Cu-BTC a 170 ° C in un forno sotto vuoto o mediante una linea Schlenk per rimuovere eventuali molecole ospiti residui dal materiale. Completamente attivato Cu-BTC deve essere profondo blu al viola a colori. </li><li> Confermano la struttura e composizione chimica di Cu-BTC via polvere diffrazione di raggi X e trasformata di Fourier spettroscopia infrarossa, rispettivamente. </li></ol> 2. Plasma avanzata Chemical Vapor Deposition di perfluoroalcani in Cu-BTC 14 <ol><li> Prima di ogni esperimento pulire il reattore al plasma e qualsiasi vetreria da utilizzare nel trattamento del plasma con un plasma di aria a 50 W per almeno 30 min. Questo rimuove qualsiasi film perfluoroalcano che possono formarsi sulle superfici interne della camera di reazione o di vetro da esperimenti precedenti. </li><li> Mettere una quantità nota di attivazione Cu-BTC in una bottiglia 250 ml Pyrex e diffusa nel flacone su un lato per assicurare un trattamento omogeneo. Un panno permeabile deve essere collocato intornocollo della bottiglia con un elastico per minimizzare la quantità di campione che si perde su applicazione di un vuoto. </li><li> Posizionare la bottiglia nella camera di plasma. Applicare un vuoto finché la camera ha raggiunto una pressione ≤ 0,20 mbar per almeno 30 minuti per rimuovere l&#39;acqua che eventualmente adsorbita sul campione. </li><li> Collegare il gas perfluoroalcano e regolare il regolatore di pressione entro le specifiche del controllore di flusso di massa. </li><li> Regolare il controllore di flusso di massa per riempire la camera di reazione con la quantità appropriata di gas perfluoroalcano per mantenere la pressione desiderata dell&#39;esperimento. Ruotare la bottiglia all&#39;interno dell&#39;apparato PECVD per creare un trattamento più omogenea della polvere. </li><li> Accendere il plasma con un generatore di 13,56 MHz RF, e sintonizzare la frequenza radio con l&#39;unità LC corrispondenza per massimizzare la potenza riducendo al minimo la riflettanza. Risintonizzare periodicamente durante il trattamento. </li><li> Una volta che il trattamento è completo, evacuare la camera di qualsiasiperfluoroalcano gas residuo e poi sfogo alla pressione atmosferica. Rimuovere il campione dall&#39;apparecchio PECVD e recuperare il materiale trattato dai lati della bottiglia. Un dispositivo antistatico deve essere usato per recuperare la massima quantità di materiale. </li><li> Collocare il materiale trattato in stufa a 120 ° C per rimuovere eventuali gas perfluoroalcano non reagito. Poi posto il materiale trattato in un essiccatore per evitare assorbimento di acqua dall&#39;atmosfera. </li><li> Sciacquare il materiale residuo lasciato in bottiglia e filtrare di recuperare i rifiuti per il corretto smaltimento. </li><li> Caratterizzare il trattato Cu-BTC con 20 Magic Angle F filatura risonanza magnetica nucleare, trasformata di Fourier spettroscopia infrarossa, e la spettroscopia di fotoelettroni a raggi x. </li></ol> 3. Invecchiamento della Cu-BTC in condizioni di umidità <ol><li> Impostare la temperatura desiderata e umidità relativa della camera ambientale e lasciarlo equilibrare. </li><li> Stendere il campione in modo uniforme inun contenitore aperto e posto nella camera ambientale per il tempo desiderato. </li><li> Caratterizzare il campione Cu-BTC con diffrazione di raggi X e una isoterma di azoto a 77 K per determinare il grado di degrado. </li></ol> 4. Esperimenti Ammoniaca Microbreakthrough 2 <ol><li> Preparare un 14,6 L zavorra di ammoniaca a 5.000 mg / m 3 da primo iniettando una zavorra vuoto con 210 ml di ammoniaca ordinata. Quindi riempire il reattore con aria zero a una pressione di 15 psi. Collegare la zavorra in linea con l&#39;apparato microbreakthrough. </li><li> Eseguire un tubo vuoto nell&#39;apparecchio microbreakthrough per determinare il segnale di alimentazione. Impostare controllori di flusso di massa per ammoniaca e aria secca a 8 e 12 ml / min, rispettivamente, per creare un flusso di 20 ml / min di 2.000 mg / m 3 ammoniaca. Eseguire un metodo programmato per controllare il gascromatografo e fotoionizzatore per determinare il segnale di alimentazione di ammoniaca nell&#39;effluente. L&#39;umidità può essere aggiunto al sistemase desiderato eseguendo parte della corrente di diluente attraverso una cella saturatore temperatura controllata nella misura necessaria per raggiungere l&#39;umidità relativa desiderata. </li><li> Mettere una piccola quantità di lana di vetro sotto della fritta di vetro in un tubo di vetro nominale 4 mm id. Pesare circa 10-15 mg di materiale nel tubo. La massa utilizzata deve risultare in circa 55 mm 3 di volume di sorbente, risultando in un tempo di permanenza letto di circa 0,15 sec. </li><li> Flusso di aria secca attraverso il tubo di vetro come si è riscaldata a 150 ° C per 1 ora per rimuovere l&#39;acqua adsorbita. Pesare il campione dopo la rigenerazione. </li><li> Trasferire il campione in linea e fissare in posizione verticale in un bagnomaria regolato a 25 ° C. </li><li> Impostare i controllori di flusso di massa per l&#39;ammoniaca e aria secca a 8 e 12 ml / min, rispettivamente, per creare un flusso di 20 ml / min a 2000 mg / m 3 ammoniaca bypassando il campione per le linee di riempimento con il gas di alimentazione. </li><li> Flusso il flusso di ammoniaca attraverso il campione ed eseguire un programmatoMetodo per controllare il gascromatografo e fotoionizzatore per monitorare la concentrazione di ammoniaca nell&#39;effluente. </li><li> Una volta che la concentrazione dell&#39;effluente ha raggiunto la concentrazione di alimentazione, spegnere il flusso di ammoniaca e permettere al campione di off-gas di ammoniaca che non è fortemente adsorbita al campione. </li><li> Togliere il campione dal bagno d&#39;acqua per l&#39;analisi post-esposizione tramite diffrazione di raggi X e trasformata di Fourier analisi a raggi infrarossi. </li><li> Integrare il segnale gascromatografo vs dati, per determinare il carico di ammoniaca per il campione. </li></ol>

<ol><li>Montoro, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Capture+of+Nerve+Agents+and+Mustard+Gas+Analogues+by+Hydrophobic+Robust+MOF-5+Type+Metal-Organic+Frameworks%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Capture of Nerve Agents and Mustard Gas Analogues by Hydrophobic Robust MOF-5 Type Metal-Organic Frameworks.</a> J. Am. Chem. Soc. 133, 11888-11891 (2011).</li>
<li>Glover, T. G., Peterson, G. W., Schindler, B. J., Britt, D., Yaghi, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((MOF-74+building+unit+has+a+direct+impact+on+toxic+gas+adsorption%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Eng.+Sci%22%5BJournal%5D)">MOF-74 building unit has a direct impact on toxic gas adsorption.</a> Chem. Eng. Sci. 66, 163-170 (2011).</li>
<li>Britt, D., Tranchemontagne, D., Yaghi, O. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Metal-organic+frameworks+with+high+capacity+and+selectivity+for+harmful+gases%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+Natl.+Acad.+Sci.+U.S.A%22%5BJournal%5D)">Metal-organic frameworks with high capacity and selectivity for harmful gases.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 105, 11623-11627 (2008).</li>
<li>Peterson, G. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ammonia+Vapor+Removal+by+Cu%283%29%28BTC%29%282%29+and+Its+Characterization+by+MAS%5BTitle%5D)+AND+%22NMR.+J.+Phys.+Chem.+Nanomater.+Interfaces%22%5BJournal%5D)">Ammonia Vapor Removal by Cu(3)(BTC)(2) and Its Characterization by MAS.</a> NMR. J. Phys. Chem. Nanomater. Interfaces. 113 (3), 13906-13917 (2009).</li>
<li>Gul-E-Noor, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+varying+water+adsorption+on+a+Cu%283%29%28BTC%29%282%29+metal-organic+framework+%28MOF%29+as+studied+by+%281%29H+and+%2813%29C+solid-state+NMR+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Chem.+Chem.+Phys%22%5BJournal%5D)">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.</a> Phys. Chem. Chem. Phys. 13 (3), 7783-7788 (2011).</li>
<li>DeCoste, J. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+effect+of+water+adsorption+on+the+structure+of+the+carboxylate+containing+metal-organic+frameworks+Cu-BTC%2C+Mg-MOF-74%2C+and+UiO-66%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Mater.+Chem%22%5BJournal%5D)">The effect of water adsorption on the structure of the carboxylate containing metal-organic frameworks Cu-BTC, Mg-MOF-74, and UiO-66.</a> J. Mater. Chem. , (2013).</li>
<li>Küsgens, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+of+metal-organic+frameworks+by+water+adsorption%5BTitle%5D)+AND+%22Microporous+and+Mesoporous+Mater%22%5BJournal%5D)">Characterization of metal-organic frameworks by water adsorption.</a> Microporous and Mesoporous Mater. 120, 325-330 (2009).</li>
<li>Cavka, J. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+New+Zirconium+Inorganic+Building+Brick+Forming+Metal+Organic+Frameworks+with+Exceptional+Stability%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">A New Zirconium Inorganic Building Brick Forming Metal Organic Frameworks with Exceptional Stability.</a> J. Am. Chem. Soc. 130, 13850-13851 (2008).</li>
<li>DeCoste, J. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stability+and+degradation+mechanisms+of+metal-organic+frameworks+containing+the+Zr6O4%28OH%294+secary+building+unit%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Mater.+Chem.+A%22%5BJournal%5D)">Stability and degradation mechanisms of metal-organic frameworks containing the Zr6O4(OH)4 secary building unit.</a> J. Mater. Chem. A. 1, 5642-5650 (2013).</li>
<li>Yang, S. J., Park, C. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Preparation+of+Highly+Moisture-Resistant+Black-Colored+Metal+Organic+Frameworks%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Mater%22%5BJournal%5D)">Preparation of Highly Moisture-Resistant Black-Colored Metal Organic Frameworks.</a> Adv. Mater. 24, 4010-4013 (2012).</li>
<li>Li, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Enhanced+Hydrostability+in+Ni-Doped+MOF-5%5BTitle%5D)+AND+%22Inorg.+Chem%22%5BJournal%5D)">Enhanced Hydrostability in Ni-Doped MOF-5.</a> Inorg. Chem. 51, 9200-9207 (2012).</li>
<li>Jasuja, H., Huang, Y. -g, Walton, K. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Adjusting+the+Stability+of+Metal+-+Organic+Frameworks+under+Humid+Conditions+by+Ligand+Functionalization%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Adjusting the Stability of Metal - Organic Frameworks under Humid Conditions by Ligand Functionalization.</a> Langmuir. 28, 16874-16880 (2012).</li>
<li>Jasuja, H., Burtch, N. C., Huang, Y. -g, Cai, Y., Walton, K. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Kinetic+Water+Stability+of+an+Isostructural+Family+of+Zinc-Based+Pillared+Metal+-+Organic+Frameworks%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Kinetic Water Stability of an Isostructural Family of Zinc-Based Pillared Metal - Organic Frameworks.</a> Langmuir. 29, 633-642 (2012).</li>
<li>Decoste, J. B., Peterson, G. W., Smith, M. W., Stone, C. A., Willis, C. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Enhanced+Stability+of+Cu-BTC+MOF+via+Perfluorohexane+Plasma-Enhanced+Chemical+Vapor+Deposition%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Enhanced Stability of Cu-BTC MOF via Perfluorohexane Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition.</a> J. Am. Chem. Soc. 134, 1486-1489 (2012).</li>
<li>Bradley, R. H., Smith, M. W., Andreu, A., Falco, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface+studies+of+novel+hydrophobic+active+carbons%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Surf.+Sci%22%5BJournal%5D)">Surface studies of novel hydrophobic active carbons.</a> Appl. Surf. Sci. 257, 2912-2919 (2011).</li>
<li>Poire, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modification+of+active+carbon+by+hydrophobic+plasma+plymers%5BTitle%5D)+AND+%22Plasma+Deposition+of+Polymeric+Thin+Films%22%5BJournal%5D)">Modification of active carbon by hydrophobic plasma plymers.</a> Plasma Deposition of Polymeric Thin Films. 54, 185-196 (1994).</li>
<li>Hozumi, A., Takai, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Preparation+of+ultra+water-repellent+films+by+microwave+plasma-enhanced+CVD%5BTitle%5D)+AND+%22Thin+Solid+Films%22%5BJournal%5D)">Preparation of ultra water-repellent films by microwave plasma-enhanced CVD.</a> Thin Solid Films. 303 (97), 222-225 (1997).</li>
<li>Dolbier, W. R. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aDolbier%2C+WR+%22Guide+to+Fluorine+NMR+for+Organic+Chemists%22">Guide to Fluorine NMR for Organic Chemists</a>. , John Wiley & Sons, Inc. (2009).</li>
<li>Maricq, M. M., Waugh, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((NMR+IN+ROTATING+SOLIDS%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Chem.+Phys%22%5BJournal%5D)">NMR IN ROTATING SOLIDS.</a> J. Chem. Phys. 70, 3300-3316 (1979).</li>
<li>Kim, M., Cahill, J. F., Su, Y., Prather, K. A., Cohen, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Postsynthetic+ligand+exchange+as+a+route+to+functionalization+of+%27inert%27+metal-organic+frameworks%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Sci%22%5BJournal%5D)">Postsynthetic ligand exchange as a route to functionalization of 'inert' metal-organic frameworks.</a> Chem. Sci. 3, 126-130 (2012).</li>
<li>d'Agostino, R., et al. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3ad%27Agostino%2C+R+%22Advanced+Plasma+Technology%22">Advanced Plasma Technology</a>. , Wiley-VCH. (2008).</li>
<li>DeCoste, J. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((+The+effect+of+water+adsorption+on+the+structure+of+the+carboxylate+containing+metal-organic+frameworks+Cu-BTC%2C+Mg-MOF-74%2C+and+UiO-66%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Mater.+Chem.+A%22%5BJournal%5D)"> The effect of water adsorption on the structure of the carboxylate containing metal-organic frameworks Cu-BTC, Mg-MOF-74, and UiO-66.</a> J. Mater. Chem. A. , (2013).</li>
</ol>

Gli autori dichiarano di non avere interessi finanziari in competizione.

La sintesi di Cu-BTC, come nella maggior parte MOFs, può essere fortemente dipendente dal rapporto di reagenti utilizzati e la temperatura di sintesi viene condotta a. Variando la temperatura o il solvente usato nella sintesi ha dimostrato di produrre diverse morfologie di una struttura MOF 20. Pertanto è di forte importanza di seguire la procedura prevista in letteratura per qualsiasi MOF essere sintetizzato. Inoltre, si dovrebbe considerare i reagenti, solventi e condizioni di sintesi nella scelta di un rec...

Strutture in metallo-organica (MOF) sono diventati una classe leader di materiali porosi per la rimozione dei gas tossici 1-3. MOF hanno una capacità senza precedenti di personalizzare le funzionalità di interazione chimica mirata. Cu-BTC (noto anche come HKUST-1 o Cu 3 (BTC) 2) precedentemente trovato per avere un altissimo carico di ammoniaca, tuttavia, questo è un costo di stabilità strutturale del materiale 4. Ulteriori studi su Cu-BTC hanno indicato che si umidità è in grado di degradare la struttura MOF, rendendolo inefficace per molte potenziali applicazioni 5,6,21. L&#39;instabilità strutturale di alcuni contenente carbossilato MOFs in presenza di acqua liquida o elevata umidità è stato un deterrente importante da utilizzare in applicazioni commerciali o industriali 7. Sarebbe più ideale per MOFs utilizzati per la rimozione chimica per avere stabilità intrinseca in presenza di umidità. Tuttavia, molti MOFs con stabilità superiore, come UiO-66, hanno scarsa capacità di rimozione chimica, mentre molti MOFs con siti metallici aperti come MOF-74 e Cu-BTC hanno superiori capacità di rimozione chimica 2,4,8,9. Siti metallici aperto in MOF-74 e Cu-BTC aumentano l&#39;assorbimento di gas tossici quali ammoniaca, ma questi siti sono anche suscettibili di legare l&#39;acqua, avvelenare i siti attivi e in molti casi con conseguente rottura strutturale. Al fine di preservare le proprietà chimiche di acqua instabile MOF, sono stati fatti vari tentativi per migliorare la stabilità dell&#39;acqua di MOF. MOF-5 è stato mostrato un miglioramento nella resistenza di umidità in seguito al trattamento termico, creando uno strato carbonioso intorno al MOF, tuttavia, la maggiore idrofobicità è a scapito della superficie e funzionalità in definitiva 10. MOF-5 è stato anche dimostrato di avere la sua stabilità all&#39;idrolisi aumentata attraverso drogaggio con Ni 2 + ioni 11. Inoltre, 1,4-diazabiciclo [2.2.2] ottano contenuteMOFs ING (noto anche come DMOFs) sono stati utilizzati per mostrare l&#39;accordatura della stabilità dell&#39;acqua per incorporazione di vari gruppi pendenti sul 1,4-benzene dicarbossilato linker 12,13. La mancanza di stabilità all&#39;idrolisi di alcuni di MOF, in particolare quelle ad elevato assorbimento di gas tossico, ha portato all&#39;uso di plasma la deposizione di vapore chimico (PECVD) di perfluoroalcani per creare gruppi fluorurati sulle superfici del MOF per aumentare la sua idrofobicità 14. Questa tecnica offre il vantaggio unico che può essere utilizzato per modificare qualsiasi MOF contenente idrogeni aromatici, nonché altri potenziali gruppi funzionali sulle superfici interne di MOF. Tuttavia, la tecnica può essere difficile da controllare a causa della formazione di radicali altamente reattivi nel plasma. I radicali reagiscono non solo con gli atomi di idrogeno aromatici, ma anche con CF x gruppi già reagito sulle superfici MOF. Il controllo attento della procedura è necessaria per garantire blo poricompleto costituito non si verifica, rendendo il MOF inefficace. Questa tecnica è stata utilizzata da altri per alterare le proprietà bagnanti di materiali di carbonio, tuttavia, a nostra conoscenza non era mai stato precedentemente utilizzato per migliorare stabilità all&#39;idrolisi di materiale microporoso 15,16..

<table><tbody><tr><td>Nitrato di rame (II) Triidrato</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>61194</td><td></td></tr><tr><td>Acido trimesico</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>482749</td><td></td></tr><tr><td>Etanolo</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>130147</td><td></td></tr><tr><td>Dimetilformammide</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>319937</td><td></td></tr><tr><td>Diclorometano</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>187332</td><td></td></tr><tr><td>Esafluoroetano</td><td>Synquest Labs</td><td>1100-2-05</td><td></td></tr><tr><td>Sistema Femto-Plasma</td><td>Diener Elettronica</td><td>Unità di base Tipo B</td><td></td></tr><tr><td>Generatore di plasma</td><td>Diener Elettronica</td><td>Tipo D</td><td>0-100 W a 13,56 MHz</td></tr><tr><td>Pompa rotativa a palette per sistema al plasma</td><td>Leybold</td><td>D16BCS PFPE</td><td>Adatta per gas corrosivi</td></tr><tr><td>Dispositivo di trattamento delle polveri</td><td>Diener Electronic</td><td>Option 5.9</td><td>Bottiglia di vetro e dispositivo rotante all'interno del sistema al plasma</td></tr><tr><td>Camera Ambientale</td><td>Sistemi Ambientali Associati</td> Gascromatografo <td>HD-205</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Hewlet Packard</td><td>HP5890 Serie II</td><td></td></tr><tr><td>Rivelatore a fotoionizzazione</td><td>O-I Analytical</td><td>4430/5890</td><td></td></tr><tr><td>Lampada a fotoionizzazione</td><td>Eccilite</td><td>FK-794U</td><td></td></tr><tr><td></td><td>NESLAB</td><td>RTE-111</td><td></td></tr><tr><td>Tubi in vetro fritte</td><td>CDA Analytical</td><td>MX062101</td><td>Tubi di campionamento Dynatherm</td></tr></tbody></table>

preparazione del idrofobi frameworks metal-organic tramite plasma avanzata chemical vapor deposition del perfluoroalcani per la rimozione di ammoniaca

Preparation of Hydrophobic Metal-Organic Frameworks via Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition of Perfluoroalkanes for the Removal of Ammonia

Plasma maggiore deposizione di vapore chimico (PECVD) di perfluoroalcani è stata a lungo studiata per accordare le proprietà umettanti delle superfici. Per i materiali microporosi elevata area superficiale, come ad esempio strutture metallo-organici (MOF), sfide uniche si presentano per i trattamenti PECVD. Qui il protocollo per lo sviluppo di un MOF che in precedenza era instabile a condizioni di umidità è presentato. Il protocollo descrive la sintesi di Cu-BTC (noto anche come HKUST-1), il trattamento di Cu-BTC con PECVD di perfluoroalcani, l&#39;invecchiamento dei materiali in condizioni umide, e gli esperimenti successivi ammoniaca microbreakthrough sulle quantità milligrammo di materiali microporosi. Cu-BTC ha una superficie estremamente elevata (~ 1.800 m 2 / g) rispetto alla maggior parte dei materiali o superfici che sono stati precedentemente trattati con metodi PECVD. Parametri quali la pressione della camera e tempo di trattamento sono estremamente importanti per garantire il plasma perfluoroalcano penetra e reagires con le superfici interne MOF. Inoltre, il protocollo per esperimenti microbreakthrough ammoniaca stabiliti qui può essere utilizzata per una varietà di gas di prova e materiali microporosi.

<html> Entro i risultati rappresentativi autori hanno scelto di presentare le caratteristiche di un 0,50 g campione di Cu-BTC trattati con esafluoroetano (C 2 F 6) per 4 ore ad una pressione di 0,30 mbar e un plasma potenza di 50 W. MOFs trattati con una plasma perfluoroalcano in condizioni adeguate dovrebbe mostrare maggiore idrofobicità. Questo può essere dimostrato mettendo la polvere sulla cima di acqua liquida e determinare se i galleggianti esempio o misurando l&#39;angolo di contatto dell&#39...

Qui vengono descritte le procedure di plasma enhanced chemical vapour deposition di perfluoroalcani su materiali microporosi quali strutture metallo-organici per migliorare la loro stabilità e idrofobicità. Inoltre, prove svolta di quantità milligrammo di campioni è descritto in dettaglio.

Preparazione del idrofobi Frameworks Metal-Organic tramite Plasma avanzata Chemical Vapor Deposition del perfluoroalcani per la rimozione di ammoniaca

Plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) of perfluoroalkanes has long been studied for tuning the wetting properties of surfaces. For high ...

L'obiettivo generale del seguente esperimento è preparare un framework metallo-organico idrofobico per aumentarne la stabilità all'acqua. Questo risultato si ottiene innanzitutto sintetizzando un framework metallo-organico mediante metodi termici VO come secondo passaggio. Il framework metallo-organico viene quindi trattato mediante deposizione chimica da vapore assistita da plasma di un perfluoroalcano per aggiungere gruppi idrofobici alle superfici interne ed esterne.Successivamente, il materiale viene invecchiato e la capacità di ammoniaca del materiale ottenuto viene valutata mediante un apparato micro-breakthrough. I risultati dimostrano che i campioni trattati con plasma HD mostrano un aumento nell'assorbimento di ammoniaca. Le implicazioni di questa tecnica si estendono alla creazione di strutture organometalliche idrofobiche in vari altri materiali porosi che possono essere stabili in diverse condizioni ambientali.Questi materiali hanno diverse applicazioni nell'immagazzinamento di gas, nella filtrazione, nella catalisi e persino nel rilascio di farmaci, dove la stabilità strutturale è fondamentale. Il principale vantaggio di questa tecnica rispetto ai metodi esistenti di modifica postsintetica che utilizzano la chimica umida consiste nel fatto che la deposizione chimica da vapore assistita da plasma di perfluoroalcani può essere applicata a una varietà di materiali indipendentemente dai gruppi funzionali presenti. Inoltre, questa tecnica è più ecologica rispetto ad altri metodi poiché non utilizza solventi e, di conseguenza, produce rifiuti minimi.Per prima cosa, agitare 12,5 millilitri di acqua deionizzata e 12,5 millilitri di dimetilformammide in un barattolo da 100 millilitri con tappo a vite per circa cinque minuti; aggiungere quindi 0,87 grammi di nitrato di rame(II) triidrato, seguiti da 0,5 grammi di acido trimesico nel barattolo, e agitare la soluzione blu risultante per circa cinque minuti. Chiudere quindi il barattolo e collocarlo in un forno preriscaldato a 120 gradi Celsius per circa 24 ore. Dopo aver lasciato raffreddare il barattolo a temperatura ambiente, recuperare i cristalli di BTC di rame mediante filtrazione sotto vuoto utilizzando carta da filtro idonea al recupero di cristalli di dimensioni maggiori o uguali a 2,5 micrometri.Quindi lavare i cristalli ottenuti con 10 millilitri di diclorometano per tre volte e trasferire il materiale risultante in un vial da 20 millilitri. Successivamente, aggiungere una quantità sufficiente di diclorometano per ricoprire completamente i cristalli, quindi sigillare il vial. Cambiare il solvente ogni 24 ore con diclorometano fresco per i successivi tre giorni al fine di favorire la rimozione dei solventi meno volatili dai pori del BTC di rame.Dopo aver filtrato i cristalli di BTC di rame, riscaldarli gradualmente fino a 170 gradi Celsius in un forno sotto vuoto per rimuovere eventuali molecole ospiti residue dal materiale al termine del processo. Confermare la struttura e la composizione chimica dei cristalli di BTC di rame mediante diffrazione a raggi X su polvere e spettroscopia infrarossa a trasformata di Fourier prima di ogni esperimento.Pulire il reattore al plasma e tutte le attrezzature in vetro da utilizzare nel trattamento al plasma con plasma d'aria a 50 watt per almeno 30 minuti. Al termine, posizionare 0,5 grammi di rame attivato BTC in un flacone Pyrex da 250 millilitri e distribuirli uniformemente all'interno del flacone per garantire un trattamento omogeneo. Quindi avvolgere un tessuto permeabile attorno al collo del flacone e fissarlo con un elastico per minimizzare la perdita del campione durante l'applicazione del vuoto.Successivamente, posizionare la bottiglia nella camera al plasma. Applicare il vuoto fino a quando la camera raggiunge una pressione inferiore o uguale a 0,2 millibar per almeno 30 minuti, per rimuovere qualsiasi traccia di acqua che potrebbe essere stata assorbita sul campione. Collegare il gas ESA fluoruro, ETANO etano allo strumento.Quindi regolare il regolatore di portata massica per riempire la camera di reazione con la quantità appropriata di gas esafluoroetano. Per mantenere la pressione desiderata dell'esperimento, ruotare la bottiglia all'interno del dispositivo P-E-C-V-D per ottenere un trattamento del pulviscolo più omogeneo. Accendere il plasma alla potenza desiderata mediante un generatore RF a 13,56 megahertz e sintonizzare la frequenza radio tramite l'unità di adattamento LC per massimizzare la potenza riducendo al minimo la riflettanza.Al termine del trattamento, evacuare la camera da qualsiasi gas residuo di esafluoroetano, quindi aerare con aria secca fino alla pressione atmosferica. Rimuovere il campione dall'apparato P-E-C-V-D e raccogliere il materiale trattato dalle pareti della bottiglia in un vial da 20 millilitri. Collocare il vial aperto in un forno preriscaldato a 120 gradi Celsius per due ore al fine di rimuovere qualsiasi residuo di esafluoroetano non reagito.Dopo aver rimosso il materiale trattato dal forno, trasferirlo in un essiccatore per prevenire l'assorbimento di acqua dall'atmosfera. Risciacquare con acqua il materiale residuo rimasto nella bottiglia e filtrare per recuperare i rifiuti da smaltire correttamente. Caratterizzare il BTC di rame trattato mediante fluorina allo stato solido, risonanza magnetica nucleare, spettroscopia infrarossa con trasformata di Fourier e spettroscopia fotoelettronica a raggi X.In seguito, impostare la temperatura desiderata e l'umidità relativa di una camera ambientale rispettivamente a 45 gradi Celsius e al 100%. Dopo l'equilibrazione, distribuire il campione uniformemente in un contenitore aperto e collocarlo nella camera per tre giorni. Al termine del processo di invecchiamento, caratterizzare il campione di rame BTC mediante diffrazione a raggi X e isoterma di azoto a 77 kelvin per determinare il grado di degradazione.Successivamente, preparare un pallone da 14,6 litri contenente ammoniaca a una concentrazione di cinque milligrammi per metro cubo, iniettando prima 210 millilitri di ammoniaca pura in un pallone vuoto. Quindi riempire il pallone con aria priva di inquinanti fino a una pressione di 15 PS.I. Collegare il pallone in serie con l'apparato per la micro rottura. Eseguire un tubo bianco nell'apparato per la micro rottura.Impostare i regolatori di portata massica per l'ammoniaca e l'aria secca rispettivamente a otto e 12 millilitri al minuto, in modo da ottenere una portata totale di 20 millilitri al minuto di ammoniaca a 2000 milligrammi per metro cubo. Eseguire un metodo programmato per controllare il cromatografo a gas e il rilevatore a ionizzazione fotoelettrica al fine di determinare il segnale in ingresso di ammoniaca. Nell'effluente, posizionare una piccola quantità di ovatta di vetro sotto il pritt di vetro all'interno di un tubo di vetro con diametro interno nominale di quattro millimetri.Riempire il campione fino a un’altezza di quattro millimetri e pesare il materiale. Successivamente, riscaldare il campione a 150 gradi Celsius per un’ora, facendo passare aria secca attraverso il tubo di vetro per rimuovere qualsiasi acqua assorbita. Dopo aver pesato il campione essiccato, posizionare il tubo in serie e fissarlo in posizione verticale in un bagno d’acqua regolato a 25 gradi Celsius.Impostare i regolatori di portata massica per l'ammoniaca e l'aria secca rispettivamente a otto e 12 millilitri al minuto, in modo da ottenere un flusso di 20 millilitri al minuto con una concentrazione di 2000 milligrammi per metro cubo di ammoniaca, bypassando il campione verso le linee di riempimento con il gas di alimentazione. Successivamente, far passare il flusso di ammoniaca attraverso il campione ed eseguire un metodo programmato per controllare il cromatografo a gas e il rilevatore a ionizzazione fotoelettrica al fine di monitorare la concentrazione di ammoniaca nell'effluente. Una volta che la concentrazione nell'effluente ha raggiunto quella del flusso di alimentazione, spegnere il flusso di ammoniaca e permettere al campione di degasare l'ammoniaca non fortemente assorbita.Rimuovere il campione dal bagno termostatato per l'analisi post-esposizione mediante diffrazione a raggi X e analisi infrarossa a trasformata di Fourier. Infine, integrare il segnale del gascromatografo rispetto ai dati temporali per determinare il carico di ammoniaca per i campioni di tarme trattati con un plasma perfluoroalcanico. In condizioni adeguate, questi dovrebbero mostrare un'idrofobicità potenziata. Questo può essere dimostrato posizionando la polvere sulla superficie dell'acqua liquida e verificando se il campione galleggia, oppure misurando l'angolo di contatto dell'acqua su un pellet pressato.Come mostrato qui, l'angolo di contatto per i pellet di rame BTC e per quelli di rame BTC trattati con plasma di esafluoroetano è stato misurato rispettivamente a 59 gradi e 123 gradi. La presenza di gruppi CFX sulla superficie dei pori aumenta l'idrofobicità del materiale, inducendolo a respingere l'acqua. La presenza di legami CF è indicata da bande spettrali comprese tra 1300 e 1.140 cm⁻¹.Nel risultato della spettroscopia infrarossa con trasformata di Fourier in riflessione totale attenuata, come mostrato qui, il grado di fluorurazione e la conferma del tipo di specie CFX possono essere effettuati mediante risonanza magnetica nucleare a rotazione ad angolo magico del fluoro, come illustrato, oppure mediante spettroscopia fotoelettronica a raggi X. Le due principali specie di fluoro osservate in questo campione sono i gruppi CF₂ a circa -87 ppm e i gruppi CF a circa -152 ppm. È presente un piccolo picco a circa -80 ppm che rappresenta i gruppi CF₃. Tutti gli altri picchi significativi corrispondono a bande secondarie di rotazione a intervalli di circa nove kilohertz rispetto al picco principale.I gruppi CFX sono probabilmente una combinazione di gruppi che hanno reagito con le superfici interne della falena, nonché di un rivestimento amorfo sulla parte esterna del cristallo di falena. L'elevata dimensione e quantità di bande laterali in rotazione per le specie CF due e CF indicano che questi gruppi CFX sono fortemente legati alla struttura di rame BTC e relativamente immobili. Qui sono mostrati i pattern di diffrazione a raggi X del rame BTC e del rame BTC trattato al plasma di fluoro ETH etano HOF dopo invecchiamento a 45 gradi Celsius e 100% di umidità relativa per tre giorni.I modelli mostrano un cambiamento quasi completo della struttura del campione non trattato. Tuttavia, il campione trattato al plasma mostra modifiche minime nella struttura. I risultati indicano una maggiore stabilità strutturale anche in condizioni di umidità elevate.Viene presentato qui un test di breakthrough su microscala di campioni di rame BTC invecchiati e di campioni di rame BTC trattati con etano fluoro esafluoro, per l'ammoniaca a una concentrazione di 2000 milligrammi per metro cubo. L'integrazione al di sopra delle curve di breakthrough fornisce capacità pari a 1,1 millimole di ammoniaca per grammo di rame BTC e 5,3 millimoli di ammoniaca per grammo di rame BTC trattato con plasma di esafluoroetano. L'assorbimento migliorato di ammoniaca da parte del campione di rame BTC trattato al plasma dopo invecchiamento è dovuto alla conservazione della struttura cristallina originale del rame BTC, rispetto al campione di rame BTC invecchiato.Nel tentativo di eseguire questa procedura, è importante ricordare che in qualsiasi plasma a base di perfluoroalcani esiste il potenziale di formare fluoruro di idrogeno e altri gas corrosivi. È necessario adottare particolari precauzioni per proteggere l'operatore e gli strumenti da queste specie nocive, assicurandosi che tutti i tubi, le valvole, i regolatori di flusso massico, i collegamenti e le guarnizioni della pompa a vuoto siano realizzati con materiali resistenti alla corrosione e vengano ispezionati regolarmente. Seguendo questa procedura, è possibile sviluppare numerose nuove materiali microporosi con specie fluorurate sulle loro superfici.Questi gruppi funzionali non solo influenzano le proprietà e l'idrofobicità del materiale, ma ne alterano anche le proprietà di assorbimento, poiché le superfici interne del materiale modificato sono altamente polari e chimicamente inerti.

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