Μικροπορώδη μεταλλοργανικά πλέγματα (MOFs) Zr4+ και σύνθετα υλικά ΜΟF-αλγινικό οξύ για απομάκρυνση τοξικών-ραδιενεργών οξυανιόντων και υδρόφοβων οργανικών ρύπων από υδατικά διαλύματα
Authors: Ράπτη Σοφία 
Published: June 2021

Το θέμα της παρούσας διατριβής αφορά τη σύνθεση και τη μελέτη νέων Zr4+-MOFs με υποκαταστάτες ανάλογα του τερεφθαλικού οξέος με στόχο την απομόνωση μικροπορωδών MOFs και τη μελέτη τους ως ροφητές και αισθητήρες φωτοφωταύγειας για τοξικά ανιόντα. Όπως επίσης και η περαιτέρω ανάπτυξη αυτών των υλικών μέσω μετασυνθετικής τροποποίησης με αλγινικό οξύ ώστε να χρησιμοποιηθούν ως πληρωτικά υλικά σε ιοντοανταλλακτικές στήλες. Επιπλέον, στην παρούσα διατριβή μελετήθηκε η σύνθεση νέων Zr-MOFs με υποκαταστάτες ανάλογα του τερεφθαλικού οξέος και ομάδες μακράς αλυσίδας αλκυλίων με στόχο την απομόνωση μικροπορωδών υδρόφοβων-υπερυδρόφοβων MOFs πολλά υποσχόμενων στην απομάκρυνση οργανικών ρύπων. Ωστόσο, λόγω της μικρής μηχανικής αντοχής που παρουσίασαν αυτά τα υλικά δεν ήταν εφικτή η πρακτική εφαρμογή στην επεξεργασία υδατικών ρύπων και έτσι στοχεύσαμε στην χημική ενσωμάτωση τους σε υφάσματα, τα οποία ήταν αρχικά τροποποιημένα με πολυντοπαμίνη. Στα πλαίσια της παρούσας εργασίας έγινε εφικτή η σύνθεση και η απομόνωση 14 οργανικών ενώσεων (υποκαταστατών)-ανάλογα του τερεφθαλικού οξέος με διαφορετικές λειτουργικές ομάδες, 15 μεταλλοργανικών πολυμερών (MOFs), 3 σύνθετων MOFs με αλγινικό οξύ για την χρήση τους ως στατικές φάσεις σε ιοντοανταλλακτικές στήλες, 3 MOFs ενσωματωμένων σε υφάσματα και η απομόνωση 10 υλικών τα οποία έχουν ροφήσει ανιόντα. Συγκεκριμένα, περιγράφεται η σύνθεση και ο χαρακτηρισμός των οργανικών ενώσεων: 2-((πυριδινυλ-2-μεθυλ)αμμώνιο)-τερεφθαλικού οξέος (H2PATP), 2,5-διάμινο-τερεφθαλικού οξέος ((ΝH2)2BDC), 2-αιθυλάμινο-τερεφθαλικού οξέος (C2H5NH-H2BDC), 2-προπυλάμινο-τερεφθαλικού οξέος (C3H7NH-H2BDC), 2-ισοβουτυλάμινο-τερεφθαλικού οξέος (C4H9NH-H2BDC), 2-βουτυλάμινο-τερεφθαλικού οξέος (C4H9NH-H2BDC), 2-πεντυλάμινο-τερεφθαλικού οξέος (C5H11NH-H2BDC), 2-εξυλάμινο-τερεφθαλικού οξέος (C6H13NH-H2BDC), 2-επτυλάμινο-τερεφθαλικού οξέος (C7H15NH-H2BDC), 2-οκτυλάμινο-τερεφθαλικού οξέος (C8H17NH-H2BDC), 2-νονυλάμινο-τερεφθαλικού οξέος (C9H19NH-H2BDC), 2-δεκυλάμινο-τερεφθαλικού οξέος (C10H21NH-H2BDC), 2-ενδεκυλάμινο-τερεφθαλικού οξέος (C11H23NH-H2BDC) και 2-δοδεκυλάμινο-τερεφθαλικού οξέος (C12H25NH-H2BDC), των μεταλλοργανικών πολυμερών: MOR-1 ([Zr6O4(OH)4(NH3+BDC)6]Cl6), MOR-2 (H16[Zr6O16(H2PATP)4]Cl8), MOR-3 ([Zr6O4(OH)4((NH2)2BDC)6]Cl12), ET-MOF (H16[Zr6O16(C2H5NH-H2BDC)4]), PROP-MOF (H16[Zr6O16(C3H7NH-H2BDC)4]), SBUT-MOF (H16[Zr6O16(C4H9NH-H2BDC)4]), BUT-MOF (H16[Zr6O16(C4H9NH-H2BDC)4]), PENT-MOF (H16[Zr6O16(C5H11NH-H2BDC)4]), HEX-MOF (H16[Zr6O16(C6H13NH-H2BDC)4]), OCT-MOF (H16[Zr6O16(C8H17NH-H2BDC)4]), NON-MOF (H16[Zr6O16(C9H19NH-H2BDC)4]), DEC-MOF (H16[Zr6O16(C10H21NH-H2BDC)4]), UNDEC-MOF (H16[Zr6O16(C11H23NH-H2BDC)4]) και DODEC-MOF (H16[Zr6O16(C12H25NH-H2BDC)4]), των σύνθετων MOR-1-ΗΑ, MOR-2-ΗΑ και BUT-MOF/HA, των υφασμάτων/PDA/MOFs: ύφασμα/PDA/MOR-1, ύφασμα/PDA/OCT-MOF και ύφασμα/PDA/NON-MOF και τέλος ο χαρακτηρισμός των μεταλλοργανικών πολυμερών τα οποία έχουν ροφήσει τοξικά ανιόντα: MOR-1@Cr(VI) ([Zr6O4(OH)4(NH3+-BDC)6](Cr2O72-)3), MOR-1/ReO4- ([Zr6O4(OH)4(NH3+-BDC)6](ReO4)4Cl2), MOR-2@Cr2Ο72- [Zr6O8(Cr2O7)4(H2PATP)4], MOR-2@CrΟ42- [Zr6O8(Cr2O7)2(CrO4)2(H2PATP)4], MOR-2/ReO4- [Zr6O8(ReO4)8(H2PATP)4], MOR-3@Cr2Ο72- ([Zr6O4(OH)4((NH2)2BDC)6](Cr2O7)4Cl4), MOR-3@CrΟ42- ([Zr6O4(OH)4((NH2)2BDC)6](CrO4)4Cl4), (H10[Zr6O12(SeO4)2(BUT-NH-BDC)4]) BUT-MOF/SeO42-, BUT-MOF/ΗSeO32- (H4[Zr6O8(HSeO3)4(BUT-NH-BDC)4]), BUT-MOF/SeCN-, (H12[Zr6O12(SeCN)4(BUT-NH-BDC)4]).Μελετήθηκαν λεπτομερώς οι ιδιότητες ρόφησης του MOR-1, MOR-2 και MOR-3 για ανιόντα Cr(VI) με πειράματα διαλείποντος έργου και με πειράματα ιοντοανταλλακτικών στηλών για τα δύο πρώτα. Επίσης μελετήθηκαν οι ιδιότητες ρόφησης του MOR-1 και του MOR-2 στην ιοντοανταλλαγή ανιόντων Re(VII) και Tc(VII). Επιπλέον, για τα ET-MOF, PROP-MOF, SBUT-MOF και BUT-MOF πραγματοποιήθηκαν λεπτομερείς μελέτες για την ικανότητα ρόφησης ανιόντων Se(VΙ), Se(IV) και SeCN-. Επιπρόσθετα, πραγματοποιήθηκαν μελέτες φωταύγειας για την ανίχνευση τοξικών ανιόντων από υδατικά διαλύματα όπως ανιόντα Re(VII) για το MOR-1 και το MOR-2 και ανιόντα Cr(VI) για το MOR-2. Τέλος, πραγματοποιήθηκαν μελέτες για την απομάκρυνση αντηλιακών ενώσεων: Bενζοφαινόνη-3 (BZ3), 4-ισοαμυλ μεθοξυκινναμωμικό (IMC), 3-(4-μεθυλβενκυλιδενο) καμφορά (4-ΜΒΟ), Οκτοκρυλένιο (OCR), 2-αιθυλεξυλ 4-μεθοξυκινναμωμικό (EMC) και αιθυλεξυλ διμεθυλ ΡΑΒΑ (EDP) με τα υφάσματα ύφασμα/MOR-1, ύφασμα/OCT-MOF και ύφασμα/NON-MOF.