Menu

Tehnologie verde de sinteză a MIL-101(Cr)

Autor: Gabriela Blăniță, Oana Grad

Cuvinte cheie: structuri metal-organice, MIL-101(Cr), polimeri de coordinare, sinteză verde

Aplicații

Structurile metal-organice (MOF − Metal Organic Frameworks), subclasă a polimerilor de coordinare, sunt materiale sintetice microporoase a căror proprietăți excepționale se datorează suprafeței specifice, incluzând-o și pe cea interioară a porilor, care poate atinge valori de zeci de mii de m2/g. În plus, volumul, dimensiunile și forma porilor sunt alți parametri cheie care pot fi ajustați pe cale sintetică, ceea ce nu se poate face în cazul echivalenților lor naturali, zeoliții. Toate aceste considerente stau la baza interesului mare din partea industriei pentru aplicații paractice în:

  • conversia și stocarea energiei electrochimice: electrocatalizatori, conductori ionici, dispozitive portabile de stocare a energiei (baterii, supercapacitori)
  • separarea și stocarea de gaze: hidrogen, dioxid de carbon, metan
  • purificarea și separarea lichidelor: preevaporare, tratarea apei
  • cataliza eterogenă și detecţie: gaze, vapori, pesticide, TNT

Aspecte inovative

MIL−101(Cr) este una dintre cele mai studiate structuri metal-organice datorită stabilităţii chimice și termice ridicate, dar și porozităţii sale. Dezvoltarea și implementarea pe scară largă de aplicații practice ale unor materiale construite pe baza acestui MOF este condiţionată de accesul ușor la cantităţi suficiente de material.

În acest context, echipa noastră de cercetători a dezvoltat o tehnologie de sinteză a MIL−101(Cr) care permite obținerea cu randamente crescute a acestui MOF și la costuri mici.

Tehnologia este verde deoarece folosește doar solvenţi nepoluanți (apă, alcool etilic) care sunt ulterior purificaţi și recuperaţi, reducând cantitatea de deșeuri rezultată.

Tehnologia

Tehnologia verde de sinteză, dezvoltată la scară de laborator, este discontinuă, în șarje. Ea conţine proceduri pre-sintetice (pregătire amestec de reacţie), proceduri sintetice și proceduri post-sintetice (separare și purificare produs brut și activare produs purificat). De asemenea, conţine și proceduri de separare și purificare a materiei prime nereacţionate în scopul recirculării.

Întregul proces este reproductibil, atât la nivel de randament, cât și din punct de vedere al proprietăţilor structurale și texturale ale produsului.

În final, produsul rezultat este caracterizat din punct de vedere al:

  • structurii și purităţii: difracţie de raze X
  • suprafeţei interne a porilor, a volumului și distribuţiei de pori: adsorbţia/desorbţia azotului
  • stabilităţii termice și a purităţii probei: analiza termogravimetrică
  • calităţii și mărimii medii a cristalelor: microscopie electronică de baleiaj

Avantaje

  • Metoda de sinteză a fost realizată în premieră de colectivul nostru fără utilizarea aditivilor toxici și extrem de corozivi (acid fluorhidric)
  • Permite producerea la scară de laborator (~40 g/șarjă) a MIL−101(Cr) cu foarte bune proprietăţi structurale și texturale, în condiții de reproductibilitate, cu un randament total de 65%
  • Produsul sintetizat are suprafeţe specifice BET de 3500-3700 m2/g și este însoțit de un buletin de analiză complet (RX, adsorbţie/desorbţie N2, TGA, SEM/TEM)

Brevet

Brevet 132757/ 30.12.2021

Titlu: Procedeu de sinteză a structurii metal-organice MIL-101(Cr)
Inventatori: Blăniță Gabriela, Lupu Dan Miron, Grad Oana, Mișan Ioan, Coldea Ioan Dorian, Lazăr Mihaiela Diana, Borodi Gheorghe, Dan Monica Alexandrina Ioana