Forskere finder potentiale i miljøvenlig synthesizer

Længe før dimethylformamid (DMF) mislykkedes squishy legetøjstesten, kemikere rejste bekymring over dets anvendelse som opløsningsmiddel i konstruktionen af ​​metal-organiske rammer (MOF'er).

Miljø- og fødevareministeriet erklærede i juni 2018, at DMF var blandt tre giftige kemikalier, der findes i legetøj. Kort tid efter det, legetøjet blev trukket fra de danske butikshylder.

Når det kom til MOF'er (porøse nanomaterialer med en lang række anvendelser) har kemikere søgt miljøbevidste metoder til MOF -syntese, efter ordsproget "godartet efter design". DMF bruges som opløsningsmiddel i MOF -forberedelsesreaktioner og har ikke levet op til denne standard.

"Der genereres meget affald i disse opløsningsmidler, og bortskaffelse kan være et reelt problem, "sagde Michael A. Sinnwell, en PNNL postdoc.

Sinnwell, PNNL materialeforsker Praveen Thallapally, og kolleger undersøgte en grønnere måde at syntetisere MOF'er på.

"Folk, der ønsker at lave MOF'er i stor skala - kommercielle virksomheder, for eksempel - ønsker at gøre det ved hjælp af grønne produktionsprincipper, "Sinnwell sagde." DMF er stadig det mest almindelige opløsningsmiddel, der bruges i dag hovedsageligt på grund af forudsigelige resultater i sammensætning, størrelse, og form på de sidste MOF'er. Så, hvis bæredygtige metoder skal implementeres, disse faktorer, der vides at påvirke ydeevnen, skal kontrolleres. "

En anden rolle for et alsidigt kemikalie

Superkritisk kuldioxid (scCO ₂ ), er et vigtigt kommercielt og industrielt opløsningsmiddel. Og det kunne erstatte DMF i MOF -syntese.

Sinnwell er hovedforfatter til en undersøgelse, der blev offentliggjort i foråret i tidsskriftet ChemSusChem, der talte for brug af scCO ₂ i syntesen af ​​MOF'er på grund af dets effektivitet som et miljøvenligt alternativ.

"Legemliggjort i principperne for grøn kemi er behovet for at designe miljømæssigt godartede kemiske processer, som effektivt bruger vedvarende ressourcer, undgå giftige og farlige reagenser, og minimere brugen af ​​flygtige kulbrinteopløsningsmidler, mens der udvikles kemiske reaktioner, "Sinnwell skriver i undersøgelsen." Faktisk, en godartet designmentalitet har motiveret vedtagelsen af ​​ikke -konventionelle opløsningsmiddelalternativer til kemiske processer, der kræver en 'væske'. "

Et super-lovende MOF-medie

Tilsvarende forfattere Sinnwell og Thallapally samlede et team af eksperter på tværs af PNNL for at vise, at scCO ₂ er et lovende medie til MOF -byggeri.

Forskergruppen overvåger scCO ₂ syntese af ZIF-8, en kommercielt relevant MOF, i realtid. Specifikt, de brugte in situ røntgendiffraktion, mikroskopi, og simuleringer for at tilvejebringe en systematisk undersøgelse af kerne- og vækstprocesser. Forskerne vurderede virkningerne af offerskabeloner, Reaktionstid, massefylde, og temperatur har på sammensætning, størrelse, og morfologi.

Resultaterne viser, at skabelonmorfologi og reaktionstid, begge kontrollerbare faktorer, påvirke hierarkisk porøsitet og morfologi af ZIF-8 og ZIF-8 kompositter. Sinnwell sagde, at resultaterne giver en vej mod konstruktion af målrettede materialer ved hjælp af metoder baseret på videnskabelig teori og eksperiment. "Bæredygtige og økonomiske metoder til fremstilling af avancerede materialer er værd at forfølge, "sagde Sinnwell." I dette papir, vi så-i realtid-den 'grønne' dannelse af et lovende adsorberende materiale i superkritisk CO ₂ . Betingelser som temperatur, størrelsen eller formen på startkemikalier kan gøre en stor forskel på det endelige produkt. "