اهمیت و کاربرد نانو چارچوب های فلزـ آلی در جذب، ذخیره و آزاد سازی متان

نوع مقاله: مروری

نویسندگان

1 دانشکده شیمی، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران

2 گروه شیمی، دانشکده علوم، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

3 شرکت گاز استان مازندران، ساری، ایران

چکیده

گاز طبیعی که قسمت عمده آن را متان تشکیل می دهد، سوخت خوبی برای وسیله های نقلیه است. چارچوب فلز ـ آلی(MOFs) به عنوان یک گروه نو از مواد جاذب در ذخیره گاز طبیعی، توجه زیادی را به خود جلب کرده ­اند. ساختارهای MOF با اتصال واحدهای ساختمانی ثانویه تشکیل شده از یون­ های فلزی و اتصال دهنده های آلی، شبکه­ های گوناگونی را تشکیل می دهند. این مواد منظم، دارای تخلخل بالا هستند و از قابلیت طراحی بالایی برخوردارند. این ویژگی، MOFها را برای کاربردهای ویژه در به دام اندازی و جذب مواد گوناگون مناسب کرده است. بررسی این مواد در جذب متان خالص متمرکز شده است، هر چند گاز طبیعی دارای مقدار کمی از هیدروکربن­ های بزرگ ­تر مانند اتان و پروپان است که جذب بیش تری نسبت به متان دارا هستند. دراین مقاله، یک نمای کلی از وضعیت فعلی چارچوب فلز ـ آلی برای ذخیره سازی متان نشان داده می شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Kitagawa S., Kitaura R., Noro S., Functional Porous Coordination Polymers, Angew. Chem. Int. Ed., 43: 2334–2375 (2004).

[2] Akhbari K., Morsali A., Modulating Methane Storage in Anionic Nano-Porous MOF Materials via Post-Synthetic Cation Exchange Process, Dalton Trans., 42: 4786-4789 (2013).

[4] Noori Y., Akhbari K., Post-Synthetic Ion-Exchange Process in Nanoporous Metal–Organic Frameworks; an Effective Way for Modulating Their Structures and Properties, RSC Adv., 7: 1782-1808 (2017).

[3] Abbasi A.R., Rizvandi M., Influence of the Ultrasound-Assisted Synthesis of Cu–BTC Metal–Organic Frameworks Nanoparticles on Uptake and Release Properties of Rifampicin, Ultrason. Sonochem., 40: 465–471 (2018).

[5] Rostamnia S., Alamgholiloo H., Jafari M., Rookhosh R., Abbasi A.R., Pd-Grafted Open Metal Site Copper-Benzene-1, 4-Dicarboxylate Metal–Organic Frameworks (Cu-BDC MOF’s) as Promising Interfacial Catalysts for Sustainable Suzuki Coupling, Appl. Organometal. Chem., 30: 954-958 (2016).

[6] Rostamnia S., Karimi Z., Preparation and Catalytically Study of Metal–Organic Frameworks of Amine/MIL-53 (Al) as a Powerful Option in the Rapid N-Formylation Condensation in Neat Conditions, Inorganica Chimica Acta., 428: 133–137 (2015).

[7] Rostamnia S., Xin H., Basic Isoreticular Metal–Organic Framework (IRMOF‐3) Porous Nanomaterial as a Suitable and Green Catalyst for Selective Unsymmetrical Hantzsch Coupling Reaction, Appl. Organometal. Chem., 28: 359–363 (2014).

[8] Rostamnia S., Morsali A., Basic Isoreticular Nanoporous Metal–Organic Framework for Biginelli and Hantzsch Coupling: IRMOF-3 as a Green and Recoverable Heterogeneous Catalyst in Solvent-Free Conditions, RSC Adv., 4: 10514-10518 (2014).

[9] Abbasi A.R., Yousefshahi M., Azadbakht A., Morsali A., Masoomi M.Y., Methyl Orange Removal from Wastewater Using [Zn2(oba)2(4-bpdh)].3DMF Metal–Organic Frameworks Nanostructures, J. Inorg. Organomet. Polym., 25: 1582–1589 (2015).

[10] مرسلی، علی؛ "نانو شیمی ابرمولکول­ها"، انتشارات دانشگاه تربیت مدرس، (1389).

[11] Barbour L.J., Crystal Porosity and the Burden of Proof, Chem. Commun., 1163–1168 (2006).

[12] Takamizawa S., “Making Crystals by Design: Nanoporosity, Gas Storage, Gas Sensing”, Wiley-VCH, Weinheim, (2007).

[13] Brunauer S., Deming S.L., Deming W.E., Teller E., On a Theory of the van der Waals Adsorption of Gases, J. Am. Chem. Soc., 62: 1723-1732 (1940).

[14] Gregg, S., Sing, K. “Adsorption, Surface Area and Porosity”, London: Academic Press, (1984).

[15] Plévert J., Gentz T., Laine A., Li H., Young V., Yaghi O.M., A Flexible Germanate Structure Containing 24-Ring Channels and with Very Low Framework Density, J. Am. Chem. Soc., 123: 12706–12707 (2001).

[16] Kaneko K., Ishii C., Superhigh Surface Area Determination of Microporous Solids, Colloids. Surf., 67: 203–212 (1992).

[17] Férey G., Mellot-Draznieks C., Serre C., Millange F., Dutour J., Surblé S., A Chromium Terephthalate-Based Solid with Unusually Large Pore Volumes and Surface Area, Science., 309: 2040–2042 (2005).

[18] Batten S.R., Neville S.M., Turner D.R., “Coordination Polymers, Design, Analysis and Application”, The Royal Society of Chemistry, Chapter 10, (2009).

[19] Ockwig N.W., Delgado-Friedrichs O., O’Keeffe M., Yaghi O.M., Reticular Chemistry: Occurrence and Taxonomy of Nets and Grammar for the Design of Frameworks, Acc. Chem. Res., 38: 176–182 (2005).

[20] Suh M.P., Cheon Y.E., Lee E.Y., Syntheses and Functions of Porous Metallosupramolecular Networks, Coord. Chem. Rev., 252: 1007–1026 (2008).

[21] Rowsell J.L.C., Yaghi O.M., Metal–Organic Frameworks: A New Class of Porous Materials, Micropor. Mesopor. Mater., 73:3–14 (2004).

[22] Zhou W., Wu H., Hartman M.R., Yildirim T., Hydrogen and Methane Adsorption in Metal−Organic Frameworks:  A High-Pressure Volumetric Study, J. Phys.Chem. C, 111: 1613–16137  (2007).

[23] Senkovska I., Kaskel S., High Pressure Methane Adsorption in the Metal-Organic Frameworks Cu3(btc)2, Zn2(bdc)2dabco, and Cr3F(H2O)2O(bdc)3,Micropor. Mesopor. Mater., 112: 108–115  (2008).

[24] Seki K., Design of an Adsorbent with an Ideal Pore Structure for Methane Adsorption Using Metal Complexes, Chem. Commun., 1496–1497 (2001).

[25] Peng Y., Krungleviciute V., Eryazici I., Hupp J.T., Farha O.K., Yildirim T., Methane Storage in Metal-Organic Frameworks: Current Records, Surprise Findings, and Challenges, J. Am. Chem. Soc., 135: 11887-11894 (2013).

[26] Lozano-Castello D., Alcaniz-Monge J., Casa-Lillo M.A., Cazorla-Amoros D., Linares-Solano A., Advances in the Study of Methane Storage in Porous Carbonaceous Materials, Fuel, 81: 1777–1803 (2002).

[27] Menon V.C., Komarneni S.J., Porous Adsorbents for Vehicular Natural Gas Storage: A Review, Porous Mater., 5: 43–58 (1998).

[28] He Y., Zhou W., Qian G., Chen B., Methane Storage in Metal–Organic Frameworks, Chem. Soc. Rev., 43: 5657–5678 (2014).

[29] Mason J.A., Veenstra M., Long J.P., Evaluating Metal–Organic Frameworks for Natural Gas Storage, Chem. Sci., 5: 32–51 (2014).

[30] Makal T.A., Li J.R., Lu W., Zhou H.C., Methane Storage in Advanced Porous Materials, Chem. Soc. Rev., 41: 7761–7779 (2012).

[31] Liss W.E., Thrasher W.H., Steinmetz G.F., Chowdiah P., Attari A., “Variability of Natural Gas Composition in Select Major Metropolitan Areas of the United States”, PB92–224617 (GRI), (1992).

[32] He Y., Krishna R., Chen B., Metal–Organic Frameworks with Potential for Energy-Efficient Adsorptive Separation of Light Hydrocarbons, Energy Environ. Sci., 5: 9107–9120 (2012).

[33] Zhang H., Deria P., Farha O.K., Hupp J.T., Snurr R.Q., A Thermodynamic Tank Model for Studying the Effect of Higher Hydrocarbons on Natural Gas Storage in Metal-Organic Frameworks, Energy Environ. Sci., 8: 1501–1510 (2015).

[34] Celzard A., Fierro V., Preparing a Suitable Material Designed for Methane Storage: Acomprehensive Report, Energy Fuels, 19: 573–583 (2005).