23226

سنتز و شناسايي چارچوب فلز-آلي مغناطيسي بر بستر پرليت و بررسي خواص جذب و كاتاليزگري آن

كارشناسي ارشد

علوم و فناوري نانو - نانوشيمي

1399

1399/8/28

دكتر محبوبه رباني

شيمي

چكيده در اين پروژه، ابتدا با روش¬هاي سريع و كم هزينه و آسان نانو¬ذرات ميله¬اي شكل CuCoFe2O4 و CuCoFe2O4-Perlite سنتز شد كه استفاده از ماده معدني پرليت در اين تركيب گزارش شده¬است. بدين منظور، براي سنتز اين نانو¬ذره از روش هم¬رسوبي با بازده بالا و از نمك¬هاي كبالت (II) استات، مس (II) استات، و آهن (II) سولفات استفاده شد. نسبت آهن : كبالت : مس در اين پژوهش، 1 : 8/0 : 2/0 بوده است. سپس چارچوب فلز-آلي HKUST-1 با روش هيدروترمال سنتز و يك بار با نانو¬ذرات فريت و يك بار هم با نانوذرات فريت بر بستر پرليت كامپوزيت شد و اين كامپوزيت¬ها به ترتيب F.MOF و F.P.MOF نام گرفت. اثر بستر پرليت در كاربرد¬هاي جذب و كاتاليزگري براي F.P.MOF نسبت به حالتي كه از F.MOF استفاده شده بود مشخص گرديد. ساختار، مورفولوژي، خصوصيات نوري و بار سطحي اين كامپوزيت توسط روش¬هاي FT-IR، FE-SEM، TEM، XRD، EDS، BET و پتانسيل زتا مورد بررسي قرار گرفت. پس از شناسايي اين كامپوزيت¬ها از آن¬ها در دو بخش كاربرد جذب و كاربرد كاتاليزگري در واكنش¬هاي آلي استفاده شد، كه در بخش كاربرد جذب، جذب رنگ¬هاي آلي آبي متيلن و نارنجي متيل ، و در بخش آلي كاتاليزگري واكنش¬هاي هانش و بيجينلي بررسي شد. در بخش كاربرد جذب با آناليز UV-Vis و در بخش آلي توسط آناليز¬هاي FT-IR و NMR گزارشات مربوطه ارائه شد. با رسم نمودار، بيشينه ظرفيت جذب براي جاذب F.MOF و آناليت¬هاي آبي متيلن و نارنجي متيل به ترتيب مقادير 63/47 و 82/23 mg/g، و براي جاذب F.P.MOF و آناليت¬هاي آبي متيلن و نارنجي متيل به ترتيب مقادير 41/49 و 76/41 mg/g به دست آمد. نتايج حاكي از افزايش بيشينه ظرفيت جذب در حالتي است كه از جاذب داراي بستر پرليت استفاده شده است زيرا پرليت باعث افزايش مساحت سطح مي¬شود. در بخش آلي واكنش هانش و بيجينلي از الكل مربوطه استفاده شد كه اين واكنش در دنيا براي اولين بار به انجام رسيده است. در اين بخش دو كاتاليزگر سنتز شده با هم مقايسه شد. راندمان واكنش بيجينلي با استفاده از بنزيل الكل براي كاتاليزگر¬هاي F.MOF و F.P.MOF به ترتيب برابر با 72% و 80% به دست آمد. همچنين راندمان واكنش هانش با استفاده از بنزيل الكل براي كاتاليزگر¬هاي F.MOF و F.P.MOF به ترتيب برابر با 76% و 82% محاسبه شد. نتايج نشان مي¬دهند كاتاليزگر داراي پرليت به دليل مساحت سطح بيشتر راندمان¬هاي بالاتري دارد.

1399/11/19

Synthesis and characterization of a magnetic metal-organic framework on perlite substrate and investigation of its adsorption and catalytic properties

11/19/2021 12:00:00 AM

Abstract In this project, CuCoFe2O4 and CuCoFe2O4-Perlite rod-shaped nanoparticles were first synthesized using fast, low cost and easy methods, and the use of perlite mineral in this compound has been reported. To this purpose, for the synthesis of this nanoparticle, high-efficiency co-precipitation method and salts of cobalt (II) acetate, copper (II) acetate, and iron (II) sulfate were used. The ratio of iron: cobalt: copper in this study was 1: 0.8: 0.2. The HKUST-1 metal-organic framework was then synthesized by hydrothermal method. It was composed once with ferrite nanoparticles and once with ferrite nanoparticles on perlite support, and these composites were named F.MOF and F.P.MOF, respectively. The effect of perlite support on adsorption and catalytic applications for F.P.MOF was determined compared to the case where F.MOF was used. The structure, morphology, optical properties and surface charge of this composite were investigated by FT-IR, FE-SEM, TEM, XRD, EDS, BET and zeta potential methods. After identifying these composites, they were used in two parts: adsorption application and catalytic applications in organic reactions, which in the adsorption application, adsorption of methylene blue and methyl orange organic dyes, and in the organic catalytic applications, the hantzsch and biginelli reactions were examined. Relevant reports were presented in the adsorption application section by UV-Vis analysis and in the organic reactions by FT-IR and NMR analyzes. By drawing the diagram, the maximum adsorption capacity for F.MOF adsorbent and methylene aqueous analytes and methyl orange were 47.63 and 23.82 mg/g, respectively, and for FPMOF adsorbent and methylene aqueous analytes and methyl orange the values of 49.41 and 41.76 mg/g were obtained, respectively. The results show that the maximum adsorption capacity is increased when the adsorbent with perlite support is used because perlite increases the surface area. In the organic Hantzsch and Biginelli reactions, corresponding alcohol was used for the first time in the world. In this section, two synthesized catalysts were compared. Biginelli reaction efficiency using benzyl alcohol for F.MOF and F.P.MOF catalysts was 72% and 80%, respectively. Also, Hantzsch reaction efficiency using benzyl alcohol for F.MOF and F.P.MOF catalysts was calculated to be 76% and 82%, respectively. The results show that the catalyst with perlite support has higher efficiencies due to the larger surface area.

كلمات كليدي: نانو¬ذرات ميله¬اي شكل CuCoFe2O4-Perlite، چارچوب فلز-آلي HKUST-1، كامپوزيت CuCoFe2O4-Perlite@SiO2-NH2-HKUST-1، جذب آلاينده¬هاي رنگي، كاتاليزگر، واكنش هانش و واكنش بيجينلي

Keywords: CuCoFe2O4-Perlite rod-shaped nanoparticles, HKUST-1 metal- organic framework, CuCoFe2O4-Perlite@SiO2-NH2-HKUST-1 composite, Adsorption of dye pollutants, Catalyst, Hantzsch reaction and Biginelli reaction