Fremstilling af metal-organiske ramme-baserede kompositter for effektivitet

Dr. Qingsheng Wang, lektor og George Armistead '23 Faculty Fellow i Artie McFerrin Department of Chemical Engineering ved Texas A&M University, og hans team af forskere har brugt over tre år på at finde mere effektive måder at fremstille metal-organiske rammer (MOF) på. -baserede kompositter til industrielle anvendelser såsom flammehæmmere.

MOF'er er en klasse af krystallinske materialer med permanent porøsitet og brede anvendelser, herunder gasrensning, gasseparation, vandrensning, katalyse og lægemiddellevering. Der kræves dog procesforbedringer for at producere MOF'er med en højere kapacitet i industrien, efterhånden som brugen og anvendelserne af MOF-baserede kompositter udvides.

"At producere MOF'er kræver en dyb forståelse af procesteknik og stringente betingelser, og selv med det kan kun en lille mængde produceres ad gangen," sagde Wang. "Mange ændringer er nødvendige for at forbedre processen, hvis vi vil masseproducere MOF'er."

Wangs gruppe har offentliggjort fire undersøgelser i ACS Publications vedrørende deres opdagelser om MOF-stabilitet, MOF-udviklingsprocesser, fremstilling af MOF-baserede kompositter og deres anvendelser inden for flammehæmning.

I øjeblikket fremstilles de fleste MOF-polymer-kompositter efter et diskret bottom-up-princip, der kræver komplekse kemiske reaktioner blandet i forskellige polymerer i opløsninger. Denne flertrinsproces kræver betydelig tid, energi og penge til at producere minimale mængder.

Ved at kombinere dele af MOF's udviklingsproces har Wangs team opdaget en et-trins metode ved hjælp af reaktionsekstrudering til at producere MOF-baserede kompositter i større skala sikkert og effektivt. Sammen med opvarmningsbetingelserne, påførte forskydnings- og trykkræfter kan MOF'er opfylde de nødvendige reaktionsbetingelser for mekanokemisk syntese.

Derudover giver resultaterne ny indsigt i at skabe MOF-baserede polymersystemer til polyolefiner, reducere deres røgemissioner og forbedre flammehæmning under forbrænding. Metoden forbedrede også sikkerheden og effektiviteten ved at forbedre MOF'ens termiske stabilitet og mekaniske egenskaber, samtidig med at dens brændbarhed blev reduceret.

Dette arbejde blev for nylig offentliggjort i ACS Sustainable Chemistry &Engineering .

"Hvis vi bruger reaktiv ekstruderingsfremstilling, kan vi tage udgangsmaterialet kombineret med en polymer for at producere MOF'er og direkte blande det med plastik ved at negligere flere reaktionstrin i konventionelle hydrotermiske metoder," sagde Wang. "Ved at bruge denne proces kan vi hver dag komme omkring kilogramskala sammenlignet med den traditionelle metode, som normalt kun kan producere i gramskala."

De håber at se denne metode blive brugt i industrien til at fremme bæredygtighedsindsatsen, procesforbedringer og processikkerhed.

I deres undersøgelse offentliggjort i Industrial &Engineering Chemistry Research , Wang viste brugen af ​​MOF som et flammehæmmer. En kommercielt tilgængelig MOF blev inkorporeret i et opsvulmende flammehæmmende/polypropylen (IFR/PP) kompositsystem. Resultaterne viser, at tilsætningsstofferne udviser en stærk synergistisk effekt mellem dem til forbedring af dannelsen og stabiliteten af ​​det opsvulmende kullag for at forhindre den intensive forbrænding af PP.

Disse resultater kunne forbedre IFR-systemer for polyolefiner, hvilket reducerer deres røgemissioner under forbrænding. I betragtning af at alle råmaterialerne er kommercielt tilgængelige, og fremstillingsmetoden er kompatibel med nuværende industrielle processer, kan metoden præsenteret i denne undersøgelse udvides til industrielle anvendelser.

"Vi kan bruge MOF'er på så mange måder - fra vandbehandling til kulstoffangst," sagde Wang. "Jeg vil gerne fortsætte med at forbedre denne proces, så industrien kan bruge MOF'er i større skala i forskellige nyttige applikationer." + Udforsk yderligere

Spraytørring for at producere nye materialer til industrielle applikationer