Материал MOF, MIL-160 для хранения и разделения газов

Материал MOF, MIL-160 для хранения и разделения газов.

 

 

Материал MOF, MIL-160, свойства

Способ получения (синтез)

Применение

 

Материал MOF, MIL-160, свойства:

Ученые создали новый материал MOF, MIL-160 для адсорбционное охлаждения и отопления, осушение газов и воздуха, улавливание CO₂ (углекислого газа), хранения и разделения газов. Данный материал относится к классу металлорганических соединений каркасных структур (MOF).

Металл-органические структуры (англ. metal-organic frameworks, MOF) – это пористые кристаллические материалы, в которых ионы металла связаны между собой с органическими лигандами. Внутри таких каркасных структур образуются достаточно крупные поры нанометрового размера, в которых могут находиться «гостевые» молекулы, то есть молекулы других веществ.

MIL-160 — гидрофильный металлоорганический каркас (MOF), его гидрофильность, стабильность и «дышащая» структура открывают широкие возможности для энергоэффективных технологий и устойчивого развития.

Химическая формула: Al(OH)(FDA)
(где FDA = C₆H₂O₅ (фуран-2,5-дикарбоновая кислота)

Год открытия: 2013 (Férey et al.), разработан исследовательской группой MIL (Matériaux de l’Institut Lavoisier) под руководством профессора Герара Ферея (Gérard Férey)

Тип структуры: моноклинная.

Пространственная группа: P2₁/c.

Кристаллическая структура MIL-160:

– Состоит из октаэдрических AlO₄(OH)₂ единиц, соединённых через карбоксилатные группы FDA-лигандов, образуя трёхмерную пористую сеть.

– Имеет один тип микропор: ~5.0-7.0 Å.

Физико-химические свойства:

Свойство	Значение / описание
Цвет	Белый порошок
Плотность	~ 0.25–0.45 г/см³
Термостабильность	До ~300 °C в инертной атмосфере
Размер пор	Микропоры ~5.0-7.0 Å
Химическая стабильность	Устойчив к воде, слабым кислотам и основаниям
Гидрофильность	Высокая (проявляет селективную адсорбцию воды)
Площадь поверхности (BET)	500–650 м²/г
Объём пор	По адсорбции азота(P/P₀ ≈ 0.99) ~ 0.20 – 0.25 см³/г, По адсорбции воды(насыщение) – до 0.3 см³/г MIL-160 — гидрофильный MOF, и его поры эффективно заполняются водой, тогда как азот (неполярный газ) может не полностью проникать в узкие микропоры из-за особенностей структуры и полярности поверхности. Поэтому объём пор по воде часто выше, чем по азоту.
Биосовместимость	Предположительно высокая (благодаря отсутствию токсичных металлов)
Экологичность	Высокая — лиганд получают из возобновляемых ресурсов (биомасса)
«Дышащее» поведение	Да — структурная гибкость при адсорбции/десорбции воды
Адсорбционные свойства	Высокая селективность к воде, CO₂, метанолу и другим полярным молекулам

 

Способ получения (синтез):

MIL-160 обычно синтезируют гидротермальным или сольвотермальным методом.

Классический протокол (гидротермальный):

Реагенты:

• Источник Al³⁺: Al(NO₃)₃9H₂O (0.5–1.0 ммоль)
• 2,5-фурандикарбоновая кислота (FDA, 0.5–1.0 ммоль)
• Вода: 10–20 мл (деионизированная).

Процедура:

• Растворить FDA и соль алюминия в воде.
• Перемешать при комнатной температуре.
• Перенести в автоклав и выдержать при 100–150 °C в течение 6–24 часов.
• Охладить и получить белый осадок.
• Промыть дистиллированной водой и/или этанолом.
• Активировать (удалить растворитель из пор) при 120–150 °C под вакуумом.

 

Применение:

• Адсорбционное охлаждение и отопление.
• Осушение газов и воздуха.
• Улавливание CO₂.
• Хранение и разделение газов.
• Катализ (ввиду наличия активных центров Al³⁺).

 

Примечание: © Фото https://www.pexels.com, https://pixabay.com