É apresentada uma abordagem simples, reprodutível e versátil para a síntese de membranas de quadro orgânico-metal policristalino intergrown, em uma ampla gama de não modificado porosa e suportes não porosos.
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Artigo de método
Eletroforética cristalização das membranas ultrafinos estrutura Metal-orgânicos de alto desempenho
Neste artigo
Resumo
Resumo
Nós relatamos a síntese de membranas de metal-orgânicos framework (MOF) policristalino fino, altamente intergrown, sobre uma vasta gama de suportes porosos e não porosos não modificados (polímero, cerâmica, metal, carbono e grafeno). Desenvolvemos uma técnica de cristalização de romance, que é denominada a abordagem ENACT: Assembleia eletroforética núcleos para a cristalização de filmes finos altamente intergrown (ENACT). Essa abordagem permite uma elevada densidade de nucleação heterogênea de MOFs sobre um substrato escolhido através da deposição eletroforética (EPD) diretamente do sol precursor. O crescimento dos núcleos MOF bem embalados conduz a um filme MOF altamente intergrown policristalino. Nós mostramos que esta abordagem simples pode ser usada para a síntese de zeólita fina, intergrown imidazol framework (ZIF) -7 e ZIF-8 filmes. As membranas de ZIF-8 nm de espessura 500 resultantes mostram uma consideravelmente alta permeância de2 H (8,3 x 10-6 mol m-2 s-1 Pa-1) e seletividades de gás ideal (7.3 para H2/CO2, 15,5 para H2/N2, 16.2 para H2/CH4e 2655 para H2/c3H8). Um desempenho atraente para C3H6/c3H8 separação também é alcançado (uma C3H6 permeância de 9,9 x 10-8 mol m-2 s-1 Pa-1 e um C3H 6/c3H8 ideal seletividade de 31,6 a 25 ° C). No geral, o processo ENACT, devido à sua simplicidade, pode ser estendido para sintetizar intergrown filmes finos de uma vasta gama de materiais cristalinos nanoporous.
Introdução
Membranas de peneiramento moleculares finas oferecem uma alta eficiência na separação de moléculas e podem reduzir o custo global de combustíveis, captura de CO2 , purificação de água, recuperação de solventes, etc.1,2. MOFs são uma classe promissora de material para a síntese de membranas de peneiramento moleculares por causa da química sintética isoreticular envolvidos e cristalização relativamente simples3. Até à data, MOF membranas composto de diversas estruturas cristalinas, incluindo que, de ZIF-4, -7, -8, -9, -11,-67, -90 e-93 e UiO-66, HKUST-1 e MIL-53 foram ....
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Protocolo
Atenção: Leia atentamente as fichas de dados de segurança (MSDS) dos produtos químicos envolvidos. Alguns dos produtos químicos utilizados no experimento são tóxicos. O presente método envolve a síntese de nanopartículas. Portanto, tome as devidas precauções. O procedimento de síntese toda deve ser realizado em uma coifa ventilada.
Nota: Os detalhes dos instrumentos, os produtos químicos e os materiais envolvidos na síntese dos filmes MOF estão listados na tabela 1.
1. preparação de uma solução de sal de Metal e a solução de vinculador para o Sol de Precursor
Nota: Para ....
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Resultados
Uma armadilha caseira de EPD foi usada para sintetizar os filmes do MOF (Figura 1). Digitalização de imagens de microscopia eletrônica de varredura (SEM) e difração de raios x (XRD) padrões foram coletados para o filme de núcleos de ZIF-8 (Figura 2). SEM utilizou-se a imagem as morfologias de superfície e transversais do suporte AAO, membrana ZIF-8/AAO, suporte de panela, membrana ZIF-8/PAN, ZIF-8/grafeno filme e ZIF-7/AAO da mem.......
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Discussão
A característica de destaque do método ENACT no que diz respeito a métodos existentes15 é que o método ENACT permite a síntese de filmes MOF ultrafinos, altamente intergrown sobre uma ampla gama de substratos porosos e não porosas. Evita-se qualquer pré-tratamento do substrato, tornando este método bastante simples para a síntese de filmes do MOF. Embora o equipamento EPD tem de ser utilizado para a deposição de um filme de núcleos, o equipamento é composto por uma fonte de energia, um eletrodo de.......
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Divulgações
Os autores não têm nada para divulgar.
Agradecimentos
Reconhecemos a nossa instituição de origem, a École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), por seu apoio generoso. Este projeto recebeu financiamento da Horizonte 2020 pesquisa do União Europeia, e programa de inovação sob o Marie Skłodowska-Curie conceder acordo n. º 665667. Os autores agradecer Pascal Alexander Schouwink por sua ajuda com XRD.
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Materiais
| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| Nitrato de zinco hexahidratado | Sigma-Aldrich | 96482-500G | 98% de pureza |
| 2-Metilimidazol | Sigma-Aldrich | M50850-500G | 99% de pureza |
| Benzimidazol | TCI | B0054-500G | 98% de pureza |
| Fita | DuPont | KPT-1/8 | |
| Epóxi | GC Electronics | 19-823 | |
| Folha de cobre | Alfa Aesar | 13380.CV | 99,9% de pureza |
| Fonte de energia para EPD | Gamry Instruments | Interface 1000E Potenciostato | |
| Limpador ultrassônico | MTI corporation | VGT-1860QTD | |
| AAO | GE Healthcare Life Sciences | 6809-7013 | |
| PAN | Shandong MegaVision | O limite de peso molecular é de 100 kDa |
Referências
- 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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Reimpressões e permissões
