Dr. Qingsheng Wang, universitair hoofddocent en George Armistead '23 Faculty Fellow in de Artie McFerrin Department of Chemical Engineering aan de Texas A&M University, en zijn team van onderzoekers hebben meer dan drie jaar besteed aan het vinden van efficiëntere manieren om metaal-organisch raamwerk (MOF) te vervaardigen -gebaseerde composieten voor industriële toepassingen zoals vlamvertragers.

MOF's zijn een klasse van kristallijne materialen met permanente porositeit en brede toepassingen, waaronder gaszuivering, gasscheiding, watersanering, katalyse en medicijnafgifte. Er is echter procesverbetering nodig om MOF's met een hogere capaciteit in de industrie te produceren naarmate het gebruik en de toepassingen van MOF-gebaseerde composieten toenemen.

"Het produceren van MOF's vereist een diep begrip van procestechniek en strikte voorwaarden, en zelfs dan kan er slechts een kleine hoeveelheid tegelijk worden geproduceerd", zegt Wang. "Er zijn veel aanpassingen nodig om het proces te verbeteren als we MOF's in massa willen produceren."

Wang's groep heeft vier studies gepubliceerd in ACS Publications met betrekking tot hun ontdekkingen over MOF-stabiliteit, MOF-ontwikkelingsprocessen, fabricage van MOF-gebaseerde composieten en hun toepassingen in vlamvertraging.

Momenteel worden de meeste MOF-polymeercomposieten bereid volgens een discreet bottom-up-principe dat complexe chemische reacties vereist die in verschillende polymeren in oplossingen worden gemengd. Dit meerstappenproces kost veel tijd, energie en geld om minimale hoeveelheden te produceren.

Door delen van het MOF-ontwikkelingsproces te combineren, heeft het team van Wang een eenstapsmethode ontdekt met behulp van reactie-extrusie om MOF-gebaseerde composieten veilig en effectief op grotere schaal te produceren. Samen met de verhittingsconditie, toegepaste schuif- en compressiekrachten, kunnen MOF's voldoen aan de vereiste reactiecondities voor mechanochemische synthese.

Bovendien bieden de bevindingen nieuwe inzichten in het creëren van MOF-gebaseerde polymeersystemen voor polyolefinen, het verminderen van hun rookemissies en het verbeteren van de vlamvertraging tijdens verbranding. De methode verbeterde ook de veiligheid en efficiëntie door de thermische stabiliteit en mechanische eigenschappen van de MOF te verbeteren en tegelijkertijd de ontvlambaarheid te verminderen.

Dit werk is onlangs gepubliceerd in ACS Sustainable Chemistry &Engineering .

"Als we reactieve extrusieproductie gebruiken, kunnen we het uitgangsmateriaal in combinatie met een polymeer gebruiken om MOF's te produceren en het direct met kunststoffen mengen door verschillende reactiestappen in conventionele hydrothermische methoden te verwaarlozen", zei Wang. "Door dit proces te gebruiken, kunnen we elke dag rond de kilogramschaal komen in vergelijking met de traditionele methode, die meestal alleen in gramschaal kan produceren."

Ze hopen dat deze methode in de industrie wordt gebruikt voor vooruitgang op het gebied van duurzaamheid, procesverbetering en procesveiligheid.

In hun studie gepubliceerd in Industrial &Engineering Chemistry Research , toonde Wang het gebruik van MOF als vlamvertrager. Een in de handel verkrijgbare MOF werd opgenomen in een opzwellend vlamvertragend/polypropyleen (IFR/PP) composietsysteem. De resultaten laten zien dat de additieven een sterk synergetisch effect tussen hen vertonen voor verbetering van de vorming en stabiliteit van de opzwellende verkoolde laag om de intensieve verbranding van PP te voorkomen.

Deze bevindingen zouden de IFR-systemen voor polyolefinen kunnen verbeteren en hun rookemissies tijdens verbranding kunnen verminderen. Aangezien alle grondstoffen in de handel verkrijgbaar zijn en de bereidingsmethode compatibel is met de huidige industriële processen, kan de methodologie die in deze studie wordt gepresenteerd, worden uitgebreid voor industriële toepassingen.

"We kunnen MOF's op zoveel manieren gebruiken - van waterbehandeling tot koolstofopvang", zei Wang. "Ik wil dit proces graag blijven verbeteren, zodat de industrie MOF's op grotere schaal kan gebruiken in verschillende nuttige toepassingen." + Verder verkennen

Sproeidrogen om nieuwe materialen te produceren in industriële toepassingen