Giới thiệu vật liệu MOFs
MOF là từ viết tắt của Metal Organic Framework nghĩa là khung kim loại hữu cơ. Vật liệu MOFs là một dạng vật liệu mới gồm nhiều loại vật liệu có cấu trúc tinh thể và diện tích bề mặt riêng lớn từ 1000 – 10000m2/g. Cùng các đặc tính như độ xốp cao, cấu trúc dễ điều chỉnh, khả năng thích ứng, linh hoạt hơn các vật liệu xốp truyền thống. Đặc tính cấu trúc của một số vật liệu MOFs tiêu biểu: MOF-5, UiO-66, HKUST-1, MIL-101…Tính đến thời điểm hiện tại từ 2005 đến nay đã có hơn 2000 cấu trúc MOFs được công bố và số lượng tăng dần theo các năm.
Vật liệu MOFs được hình thành từ năm 1995 với cấu trúc tinh thể đầu tiên được gọi là vật liệu kim loại – hữu cơ MOFs do Omar M.Yaghi công bố. Sự ra đời của loại vật liệu này là bước phát triển cho các loại vật liệu cổ điển như than hoạt tính, zeolite với các vấn đề cấu trúc không đồng nhất, kích thước lỗ xốp không đều, chi phí và độ ổn định cao.
Cấu trúc của vật liệu Mofs
Về cấu trúc, vật liệu Mofs được xây dựng bao gồm 2 thành phần chính là phần vô cơ và phần liên kết hữu cơ. Cụ thể như sau:
>>Bạn muốn tìm hiểu thêm về vật liệu Bakelite?
- Phần vô cơ – kim loại trong kết cấu vật liệu MOFs
Còn được gọi là đơn vị thứ cấp – secondary building units, viết tắt là SBUs là phần bao gồm các phi kim điển hình là oxy, nito và các ion kim loại như kim loại chuyển tiếp, kim loại nhóm chính, kiềm. Cụ thể là Cu, Co, Zn, Fe…
- Phần liên kết hữu cơ trong kết cấu vật liệu MOFs
Thường là carboxylate, phosphonate, pyridyl, imidazolate hoặc các nhóm chức azolate khác. Nhiệm vụ của các liên kết hữu cơ là thanh chống các ion kim loại và là cầu nối trong cấu trúc của MOFs vì được hình thành trước.
Theo nghiên cứu, cấu trúc của MOFs sẽ được quyết định bởi phần vô cơ cùng kích thước, hình dạng các cầu nối. Trong đó hình dạng của khung vật liệu MOFs được quyết định phần lớn bởi độ dài liên kết.
Tính chất của vật liệu MOFs
- Độ ổn định nhiệt của MOFs
Vật liệu MOFs không bền về nhiệt so với zeolite và dễ bị phá hủy ở nhiệt độ cao trên 500 độ C hoặc ở nhiệt độ thấp trong chân không. Một số yếu tố ảnh hưởng đến độ ổn định nhiệt của MOFs là vị trí, bản chất nhóm chức, độ cứng kim loại, sự có mặt của các dung môi… Ngoài ram số lượng liên kết, độ bền liên kết giữa nút và linker cũng có ảnh hưởng
- Độ bền hóa học
Là yếu tố đảm bảo vật liệu có khả năng năng chống lại tác động của môi trường: nước, độ ẩm, tác nhân oxy hóa… tránh bị phá hủy cấu trúc. Phương pháp xác định dùng nhiễu xạ bột của MOFs trước và sau khi ngâm trong một dung môi nhất định. Ngoài ra nhà khoa học Van Der Voort và Leus cũng đã thử nghiệm tính ổn định của MOFs trong các môi trường acid, bazo, nước…
- Độ bền trong nước
Vật liệu MOFs khi được tăng độ mạnh liên kết giữa các phần vô cơ và liên kết hữu cơ sẽ có tính chất đặc trưng là bền trong nước. Ví dụ 1 số vật liệu MOFs ổn định trong nước: Chromium-based MIL 101, zeolitic imidazolate framework (ZIFs), meta azolate frameworks (MAFs)… Một số vật liệu MOFs thông thường sẽ không ổn định trong nước do sự tác động vào nút kim loại liên kết phối trí, kết quả làm sụp đổ khung cấu trúc.
- Độ ổn định acid/base
Hầu như các vật liệu MOFs đều kém bền trong môi trường acid/base và các loại môi trường hóa chất do liên kết phối trí yếu. Tuy nhiên, hiện nay các nhà nghiên cứu để cải thiện độ bền trong acid/base của vật liệu MOFs cần sử dụng các phương pháp như: kết hợp các kim loại hóa trị cao và carboxylate hoặc kết hợp kim loại hóa trị thấp và azolate.
- Độ ổn định cơ học
Vật liệu MOFs có kích thước lỗ lớn, độ xốp cao nên độ ổn định cơ học yếu trong điều kiện áp suất cao, chịu tải trọng lớn. Nhất là dễ biến dạng khi áp suất bên ngoài mạnh, thậm chí là thay đổi hình dạng, biến đổi pha, sụp đổ lỗ xốp…
Q/C: Tuấn Hưng Phát cung cấp các thiết bị van – vật tư đường ống – phụ kiện đường ống chính hãng, đầy đủ giấy tờ CO, CQ. Đơn Vị sở hữu kho hàng 1,2 nghìn mét vuông, có thể đảm bảo chủ động về nguồn hàng có sẵn trong nước đáp ứng được hầu hết nhu cầu của thị trường trong nước. Một số sản phẩm mũi nhọn được lập kế hoạch lưu trữ hàng hóa: Van bướm, van bi 3 ngã điều khiển điện, van cổng, van 1 chiều, van cầu…; các thiết bị đo lường như đồng hồ nước, đồng hồ áp suất, đồng hồ nhiệt độ,…; các thiết bị phụ kiện đường ống: tê, cút, kép, khớp nối mềm chống rung, mặt bích,… Quý Vị có nhu cầu vui lòng liên hệ Hotline để nhận hỗ trợ tư vấn.
Ứng dụng vật liệu MOFs
Hiện nay, vật liệu MOFs được ứng dụng rộng rãi và phổ biến trong rất nhiều lĩnh vực, dưới đây là một số ứng dụng điển hình nhất:
- Hấp phụ chất hữu cơ, kim loại nặng giúp loại bỏ các chất độc ra khỏi môi trường nhờ cấu trúc mao quản và độ xốp đặc trưng. Đặc biệt là trong hệ thống nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp, vật liệu MOFs được ưu tiên sử dụng.
- Trong phân tách hóa học nhờ diện tích bề mặt riêng lớn, các lỗ xốp có cấu trúc trật tự và kích thước có thể thay đổi trong khoảng rộng, nhóm chức hóa học đa dạng trên bề mặt bên trong lỗ xốp và bên ngoài, có độ bền nhiệt chấp nhận được.
- Trong kỹ thuật y sinh, điển hình là trong lĩnh vực dẫn truyền thuốc nhờ đặc tính không đọc, phân hủy sinh học tốt.
- Trong kỹ thuật xúc tác, vật liệu MOFs được sử dụng để làm chất xúc tác hoặc biến tính cho các phản ứng hóa học.
Trên đây, chung ta đã tìm hiểu khá chi tiết về kết cấu, tính chất của vật liệu MOFs, cũng như ứng dụng của vật liệu này trong thực tiễn đời sống sản xuất. Đến đây, Quý Bạn Đọc đã có cái nhìn nhất định về loại vật liệu này. Hãy phản hồi tại phần comment về cách nhìn của Bạn về MOFs nhé.
Bài viết nằm trong series tìm hiểu về các loại vật liệu. Quý Vị có thể tham khảo thêm các chủ đề thú vị khác tại đây.
