WO2007023134A1 - Verfahren zur herstellung von metallorganischen gerüstmaterialien hauptgruppen metallionen enthaltend - Google Patents

Verfahren zur herstellung von metallorganischen gerüstmaterialien hauptgruppen metallionen enthaltend Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a process for the preparation of a porous organometallic framework and to the use of the prepared frameworks.
  • Organometallic frameworks are known in the art. These typically contain at least one at least one metal ion coordinated at least bidentate organic compound.
  • organometallic frameworks are described, for example, in US Pat. No. 5,648,508, EP-A 0 790 253, M.O. Keeffe, J. SoI. State Chem., 152 (2000), 3-20; Li, H., et al., Nature 402 (1999), 276; M. Eddaoudi, Topics in Catalysis 9 (1999), 105-111; Chen et al., Science 291 (2001), 1021-1023 and DE-A 101 11 230.
  • a metal salt is reacted with the at least bidentate organic compound, such as, for example, a dicarboxylic acid, under elevated pressure and elevated temperature.
  • One problem may be that because of the use of a metal salt, the counterion to the metal cation (for example, nitrate) remaining after forming the organometallic framework material in the reaction medium must be separated from the framework material.
  • the metal cation for example, nitrate
  • Another difficulty is that, depending on the metal and organic compound used for the preparation of the framework material, a transferability of the reaction conditions is not readily possible.
  • a transferability of the reaction conditions is not readily possible.
  • the metal component in the organometallic framework material is a main group metal of the second or third main group of the periodic table.
  • the metal component is a transition metal, for example zinc or copper.
  • Such porous organometallic frameworks which may have a main group metal of the second or third main group, also differ in their properties from the above-mentioned analogous frameworks, which may be a reason why modified manufacturing methods are frequently used in the prior art.
  • the ligand used is 3,5-pyrazoldicarboxylic acid.
  • a disadvantage of the use of water is the sometimes poor solubility of the organic compound in water and the frequently obtained low yields of framework and / or its low specific surface area.
  • the object of the present invention is therefore to provide an improved process for the preparation of such porous organometallic frameworks.
  • the object is achieved by a method for producing a porous organometallic framework comprising the step
  • reaction can take place with stirring, which is also advantageous in a scale-up.
  • the reaction takes place at a pressure of at most 2 bar (absolute). However, the pressure is preferably at most 1230 mbar (absolute). Most preferably, the reaction takes place at atmospheric pressure.
  • the reaction can be carried out at room temperature. Preferably, however, this takes place at temperatures above room temperature. Preferably, the temperature is more than 100 0 C. Further, the temperature is preferably not more than 180 0 C and more preferably at most 150 ° C.
  • the organometallic frameworks described above are carried out in water as a solvent with the addition of another base.
  • another base serves in particular to the fact that when using a polybasic carboxylic acid as at least bidentate organic compound, this is readily soluble in water.
  • the solvent for the process according to the invention can be selected in such a way that it reacts basicly as such, but this does not necessarily have to be necessary for carrying out the process according to the invention.
  • a base can be used. However, it is preferred that no additional base is used.
  • the metal compound used for the preparation of the porous organometallic framework material may be nonionic and / or the counterion to the metal cation may be derived from a protic solvent.
  • a non-ionic compound can be avoided with a suitable choice that in the implementation of the porous organometallic framework material, the metal is present in the form of a salt and thereby possibly difficulties in the removal of the corresponding anion in the metal salt, if provided by the metal compound in the Implementation no further interfering salts are generated.
  • the counterion represents a solvent anion, this may, if suitably selected after conversion, be present as a solvent which is equal to the non-solvent used. aqueous organic solvents or may be different.
  • this solvent is at least partially miscible with the non-aqueous organic solvent.
  • water generated during the reaction of the metal compound, its content should be within the limits described below. This can be achieved by using a sufficient amount of the nonaqueous organic solvent.
  • nonionic compounds or counterions to the metal cation which can be derived from protic solvents can be, for example, metal alcoholates, for example methanolates, ethanolates, propanolates, butanolates, in particular aluminum alcoholates.
  • metal alcoholates for example methanolates, ethanolates, propanolates, butanolates, in particular aluminum alcoholates.
  • oxides or hydroxides are conceivable.
  • the metal used is Be “, Mg”, Ca “, Sr”, Ba “, Al '", Ga' "or In '".
  • the metal is Mg ", Ca”, Sr ", Ba”, Al '"or In'".
  • Very particularly preferred are Al '"and Mg".
  • Especially preferred is Al '".
  • the at least one at least bidentate organic compound has at least two atoms, each of which is independently selected from the group consisting of oxygen, sulfur and nitrogen, via which the organic compound can coordinate to the metal. These atoms can be part of the skeleton or functional groups.
  • Examples of functional groups which can be used to form the abovementioned coordinative bonds are, for example, the following functional groups: -CO 2 H, -CS 2 H, -COSH, -NO 2 , -SO 3 H, -Ge (OH) 3 , -Sn (OH) 3 , -Si (SH) 4 , -Ge (SH) 4 , -Sn (SH) 3 , -AsO 3 H, -AsO 4 H, -P (SH) 3 , -As ( SH) 3 , -CH (RSH) 2 , -C (RSH) 3 , -CH (RNH 2 J 2 , -C (RNH 2 J 3 , -CH (ROH) 2 , -C (ROH) 3 , -CH (RCN) 2 , -C (RCN) 3 where R is preferably an alkylene group having 1, 2, 3, 4 or 5 carbon atoms, for example a methylene
  • functional groups are to be mentioned in which the abovementioned radical R is absent.
  • R is absent.
  • the at least two functional groups can in principle be bound to any suitable organic compound, as long as it is ensured that the organic compound containing these functional groups is capable of forming the coordinate bond and for preparing the framework material.
  • the organic compounds containing the at least two functional groups are derived from a saturated or unsaturated aliphatic compound or an aromatic compound or an aliphatic as well as an aromatic compound.
  • the aliphatic compound or the aliphatic portion of the both aliphatic and aromatic compound may be linear and / or branched and / or cyclic, wherein also several cycles per compound are possible. More preferably, the aliphatic compound or the aliphatic portion of the both aliphatic and aromatic compound contains 1 to 15, more preferably 1 to 14, further preferably 1 to 13, further preferably 1 to 12, further preferably 1 to 11 and particularly preferably 1 to 10 C atoms such as 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 or 10 C atoms. Methane, ethane, butane, 2-butene, adamantane, acetylene, ethylene or butadiene are particularly preferred.
  • the aromatic compound or the aromatic part of both aromatic and aliphatic compound may have one or more cores, such as two, three, four or five cores, wherein the cores may be separated from each other and / or at least two nuclei in condensed form.
  • the aromatic compound or the aromatic part of the both aliphatic and aromatic compound one, two or three nuclei, with one or two nuclei being particularly preferred.
  • each nucleus of the compound mentioned may contain at least one heteroatom, such as, for example, N, O, S, B, P, Si, preferably N, O and / or S.
  • the aromatic compound or the aromatic moiety of the both aromatic and aliphatic compounds contains one or two C 6 cores, the two being either separately or in condensed form.
  • benzene, pyrene, dihydropyrene, naphthalene and / or biphenyl and / or bipyridyl and / or pyridyl may be mentioned as aromatic compounds.
  • trans-muconic acid or fumaric acid or phenylenebisacrylic acid examples include trans-muconic acid or fumaric acid or phenylenebisacrylic acid.
  • dicarboxylic acids such as
  • Tricarboxylic acids such as
  • each of the cores can contain at least one heteroatom, where two or more nuclei have identical or different heteroatoms may contain.
  • monocarboxylic dicarboxylic acids preference is given to monocarboxylic dicarboxylic acids, monocarboxylic tricarboxylic acids, monocarboxylic tetracarboxylic acids, dihydric dicarboxylic acids, diacidic tricarboxylic acids, dicerated tetracarboxylic acids, tricarboxylic dicarboxylic acids, tricarboxylic tricarboxylic acids, carboxylic acids, tricyclic tetracarboxylic acids, tetracarboxylic dicarboxylic acids, tetracyclic tricarboxylic acids and / or tetracyclic tetracarboxylic acids.
  • Suitable heteroatoms are, for example, N, O, S, B, P, Si, preferred heteroatoms here are N, S and / or O.
  • a suitable substituent in this regard is, inter alia, -OH, a nitro group, an amino group or an alkyl or To name alkoxy group.
  • At least bidentate organic compounds are acetylenedicarboxylic acid (ADC), campherdicarboxylic acid, fumaric acid, succinic acid, benzenedicarboxylic acids, naphthalenedicarboxylic acids, biphenyldicarboxylic acids such as 4,4'-biphenyldicarboxylic acid (BPDC), pyrazinedicarboxylic acids such as 2,5-pyrazinedicarboxylic acid, bipyridinedicarboxylic acids such as 2, 2'-bipyridine dicarboxylic acids such as 2,2-dicarboxylic acid 1-bipyridine 5,5'-, Benzoltricarbon- acids such as, for example, 1,2,3, 1, 2,4-benzenetricarboxylic acid or 1, 3,5-Benzoltricar- benzenesulfonate (BTC), benzene tetracarboxylic acid, adamantane tetracarboxylic acid (ATC), benzen
  • the organometallic framework material may also comprise one or more monodentate ligands.
  • the at least one at least bidentate organic compound contains no boron or phosphorus atoms.
  • the framework of the organometallic framework material contains no boron or phosphorus atoms.
  • the non-aqueous organic solvent is preferably a Ci -6 alkanol, dimethyl sulfoxide (DMSO), N, N-dimethylformamide (DMF), N, N-diethylformamide (DEF), acetonitrile, toluene, dioxane, benzene, Chlorobenzene, methyl ethyl ketone (MEK), pyridine, tetrahydrofuran (THF), ethyl acetate, optionally halogenated Ci- 0O -alkane, sulfolane, glycol, N-methylpyrrolidone (NMP), gamma-butyrolactone, alicyclic alcohols such as cyclohexanol, ketones, such as Acetone or acetylacetone, cycloketones, such as cyclohexanone, sulfolene or mixtures thereof.
  • DMSO dimethyl sulfoxide
  • a d- 6- alkanol refers to an alcohol having 1 to 6 carbon atoms. Examples of these are methanol, ethanol, n-propanol, i-propanol, n-butanol, i-butanol, t-butanol, pentanol, hexanol and mixtures thereof.
  • Ci -2 oo-alkane is an alkane having 1 to 200 carbon atoms, wherein one or more may be up to all hydrogen atoms substituted by halogen, preferably chlorine or fluorine, in particular chlorine, or replaced out can.
  • halogen preferably chlorine or fluorine, in particular chlorine, or replaced out can. Examples of these are chloroform, dichloromethane, carbon tetrachloride, dichloroethane, hexane, heptane, octane and mixtures thereof.
  • Preferred solvents are DMF, DEF and NMP. Particularly preferred is DMF.
  • non-aqueous preferably refers to a solvent having a maximum water content of 10% by weight, more preferably 5% by weight, still more preferably 1% by weight, still preferably 0.1% by weight. -%, particularly preferably 0.01 wt .-%, based on the total weight of the solvent does not exceed.
  • the maximum water content during the reaction is 10% by weight, more preferably 5% by weight, and still more preferably 1% by weight.
  • solvent refers to pure solvents as well as mixtures of different solvents.
  • the step of reacting the at least one metal compound with the at least one at least bidentate organic compound is followed by a calcination step.
  • the temperature set here is typically more than 250 ° C, preferably 300 to 400 ° C.
  • the ligand present in the pores can be removed.
  • the removal of ligand from the pores of the porous organometallic framework material may be accomplished by treatment of the resulting framework with a nonaqueous solvent.
  • the ligand is removed in a kind of "extraction process” and optionally replaced in the framework by a solvent molecule. This gentle method is particularly suitable when the ligand is a high-boiling compound.
  • the treatment is preferably at least 30 minutes and may typically be carried out for up to 2 days. This may be at room temperature or elevated
  • the treatment can be carried out in a simple boiler by slurrying and stirring the framework material. It may also extraction equipment such as Soxhlet apparatus, in particular technical extraction equipment.
  • Suitable solvents are any of the above genannnten, so examples of play Ci -6 alkanol, dimethyl sulfoxide (DMSO), N, N-dimethylformamide (DMF), N, N-diethylformamide (DEF), acetonitrile, toluene, dioxane, benzene , Chlorobenzene, methyl ethyl ketone (MEK), pyridine, tetrahydrofuran (THF), ethyl acetate, optionally halogenated C 12 O -alkane , sulfolane, glycol, N-methylpyrrolidone (NMP), gamma-butyrolactone, alicyclic alcohols, such as cyclohexanol, ketones, such as acetone or acetylacetone, cycloketones, such as cyclohexanone or mixtures thereof.
  • DMSO dimethyl sulfoxide
  • a most preferred extraction solvent is methanol.
  • the solvent used for the extraction may be the same as or different from that for the reaction of the at least one metal compound with the at least one at least bidentate organic compound.
  • the organometallic frameworks according to the present invention contain pores, in particular micropores and / or mesopores.
  • Micropores are defined as those having a diameter of 2 nm or smaller and mesopores are defined by a diameter in the range of 2 to 50 nm, each according to the definition as described by Pure Applied Chem. 57 (1985), pages 603 to 619, in particular on page 606.
  • the presence of micro- and / or mesopores can be checked by means of sorption measurements, these measurements determining the MOF's absorption capacity for nitrogen at 77 Kelvin according to DIN 66131 and / or DIN 66134.
  • the specific surface area - calculated according to the Langmuir model according to DIN 66135 (DIN 66131, 66134) for an organometallic framework in powder form is more than 5 m 2 / g, more preferably more than 10 m 2 / g, more preferably more than 50 m 2 / g, more preferably more than 500 m 2 / g, even more preferably more than 1000 m 2 / g and particularly preferably more than 1250 m 2 / g.
  • MOF shaped bodies can have a lower specific surface; but preferably more than 10 m 2 / g, more preferably more than 50 m 2 / g, even more preferably more than 500 m 2 / g.
  • the pore size of the organometallic framework can be controlled by choice of the appropriate ligand and / or the at least bidentate organic compound. It is often the case that the larger the organic compound, the larger the pore size.
  • the pore size is preferably from 0.2 nm to 30 nm, more preferably the pore size is in the range from 0.3 nm to 9 nm, based on the crystalline material.
  • larger pores also occur whose size distribution can vary.
  • more than 50% of the total pore volume in particular more than 75%, is formed by pores having a pore diameter of up to 1000 nm.
  • a majority of the pore volume is formed by pores of two diameter ranges. It is therefore further preferred if more than 25% of the total pore volume, in particular more than 50% of the total pore volume, is formed by pores which are in a diameter range of 100 nm to 800 nm and if more than 15% of the total pore volume, in particular more than 25% of the total pore volume is formed by pores ranging in diameter up to 10 nm.
  • the pore distribution can be determined by means of mercury porosimetry.
  • the organometallic framework material can be present in powder form or as agglomerates.
  • the framework material may be used as such or it may be converted into a shaped body. Preferred methods are in this case the Verstran- or tableting.
  • the framework material may include other materials such as binders, lubricants, or other additives added during manufacture. It is also conceivable that the framework material has further components, such as adsorbents such as activated carbon or the like.
  • pellets such as disc-shaped pellets, pills, spheres, granules, extrudates such as strands, honeycomb, mesh or hollow body may be mentioned.
  • the framework material can then be further processed according to the method described above to give a shaped body.
  • Kneading / mulling and shaping can be carried out according to any suitable method, as described, for example, in Ullmanns Enzyklopadie der Technischen Chemie, 4th edition, volume 2, p. 313 et seq. (1972).
  • the kneading / hulling and / or shaping by means of a reciprocating press, roller press in the presence or absence of at least one binder material, compounding, pelleting, tableting, extrusion, co-extruding, foaming, spinning, coating, granulation, preferably spray granulation, spraying, spray drying or a combination of two or more of these methods.
  • pellets and / or tablets are produced.
  • Kneading and / or molding may be carried out at elevated temperatures such as, for example, in the range of room temperature to 300 ° C and / or elevated pressure such as in the range of normal pressure up to a few hundred bar and / or in a protective gas atmosphere such as in the presence of at least one Noble gas, nitrogen or a mixture of two or more thereof.
  • elevated temperatures such as, for example, in the range of room temperature to 300 ° C and / or elevated pressure such as in the range of normal pressure up to a few hundred bar and / or in a protective gas atmosphere such as in the presence of at least one Noble gas, nitrogen or a mixture of two or more thereof.
  • binders for the purposes of the present invention may be both viscosity-increasing and viscosity-reducing compounds.
  • binders containing alumina or alumina as described, for example, in WO 94/29408, silica, as described, for example, in EP 0 592 050 A1, mixtures of silica and alumina, such as For example, in WO 94/13584, clay minerals, as described for example in JP 03-037156 A, for example, montmorillonite, kaolin, bentonite, halloysite, Dickit, Nacrit and anauxite, alkoxysilanes, as described for example in EP 0,102 544 B1, for example tetraalkoxysilanes such as, for example, tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetrapropoxysilane, tetrabutoxysilane or, for example, trialkoxysilanes such as trimethoxysilane, triethoxysilane, tripropoxysilane,
  • an organic compound and / or a hydrophilic polymer such as cellulose or a cellulose derivative such as methylcellulose and / or a polyacrylate and / or a polymethacrylate and / or a polyvinyl alcohol and / or a polyvinylpyrrolidone and / or a polyisobutene and / or a polytetrahydrofuran and / or a polyethylene oxide.
  • a pasting agent inter alia, preferably water or at least one alcohol such as a monoalcohol having 1 to 4 carbon atoms such as methanol, ethanol, n-propanol, iso-propanol, 1-butanol, 2-butanol, 2-methyl-1 propanol or 2-methyl-2-propanol or a mixture of water and at least one of said alcohols or a polyhydric alcohol such as a glycol, preferably a water-miscible polyhydric alcohol, alone or in admixture with water and / or at least one of said monohydric alcohols are used.
  • a monoalcohol having 1 to 4 carbon atoms such as methanol, ethanol, n-propanol, iso-propanol, 1-butanol, 2-butanol, 2-methyl-1 propanol or 2-methyl-2-propanol or a mixture of water and at least one of said alcohols or a polyhydric alcohol such as a glycol, preferably
  • additives that can be used for kneading and / or shaping include amines or amine derivatives such as tetraalkylammonium
  • the order of the additives is basically not critical.
  • the molding obtained according to kneading and / or molding is subjected to at least one drying, generally at a temperature in the range of 25 to 300 ° C, preferably in the range of 50 to 300 0 C and particularly preferably in the range of 100 to 300 0 C is performed. It is also possible to dry in vacuo or under a protective gas atmosphere or by spray drying.
  • At least one of the compounds added as additives is at least partially removed from the shaped body.
  • Another object of the present invention is a porous organometallic framework material obtainable from a process according to the invention for its preparation.
  • the framework material preferably has the specific surfaces (according to Langmuir) generally specified above for framework materials.
  • Another object of the present invention is the use of a porous organometallic framework material containing at least one metal selected from the group consisting of Be “, Mg”, Ca “, Sr”, Ba “, Al '", Ga' “and In '” and at least one at least bidentate organic compound, wherein the organic compound at least two atoms each independently selected from the group consisting of oxygen, sulfur and nitrogen, via which the organic compound coordinates to the metal, in particular a scaffold material obtainable from the inventive method, to Including at least one substance for its storage, separation, controlled release or chemical reaction and as a carrier material, for example for metals, metal oxides, metal sulfides or other framework structures.
  • the at least one substance may be a gas or a liquid.
  • the substance is a gas.
  • gases are hydrogen, hydrocarbons, in particular methane, ethane, ethene, acetylene, propane, n-butane and i-butane, carbon monoxide, carbon dioxide, nitrogen oxides, oxygen, sulfur oxides, halogens, halogenated hydrocarbons, NF 3 , SF 6 , ammonia, boranes , Phosphenes, hydrogen sulfide, amines, formaldehyde, noble gases, in particular helium, neon, argon, krypton and xenon.
  • an organometallic framework according to the invention in which the metal is Al “" or Mg ", for hydrogen storage.
  • the at least one substance may also be a liquid.
  • a liquid examples of such a liquid are disinfectants, inorganic or organic solvents, fuels - especially gasoline or diesel -, hydraulic, radiator, brake fluid or an oil, especially machine oil.
  • the liquid may be halogenated aliphatic or aromatic, cyclic or acyclic hydrocarbons or mixtures thereof.
  • the at least one substance may be an odorant.
  • the odorant is a volatile organic or inorganic compound containing at least one of nitrogen, phosphorus, oxygen, sulfur, fluorine, chlorine, bromine or iodine or an unsaturated or aromatic hydrocarbon or a saturated or unsaturated aldehyde or a Ketone is. More preferred elements are nitrogen, oxygen, phosphorus, sulfur, chlorine, bromine; especially preferred are nitrogen, oxygen, phosphorus and sulfur.
  • the odorant is ammonia, hydrogen sulfide, sulfur oxides, nitrogen oxides, ozone, cyclic or acyclic amines, thiols, thioethers and aldehydes, ketones, esters, ethers, acids or alcohols.
  • ammonia hydrogen sulfide
  • organic acids preferably acetic acid, propionic acid, butyric acid, isobutyric acid, valeric acid, isovaleric acid, caproic acid, heptanoic acid, lauric acid, pelargonic acid
  • cyclic or acyclic hydrocarbons containing nitrogen or sulfur and saturated or unsaturated aldehydes such as hexanal, heptanal, octanal, nonanal, decanal, octenal or notenal, and in particular volatile aldehydes such as butyraldehyde, propionaldehyde, acetaldehyde and formaldehyde, and furthermore fuels such as gasoline, diesel (constituents).
  • the odorous substances may also be odoriferous substances which are used, for example, for the production of perfumes.
  • fragrances or oils which release such fragrances include: essential oils, basil oil, geranium oil, mint oil, cananga oil, cardamom oil, lavender oil, peppermint oil, nutmeg oil, chamomile oil, eucalyptus oil, rosemary oil, lemon oil, lime oil, orange oil, bergamot oil , Clary sage oil, coriander oil, cypress oil, 1,1-dimethoxy-2-pherylethane, 2,4-dimethyl-4-phenyltetrahydrofuran, dimethyltetrahydrobenzaldehyde, 2,6-dimethyl-7-octene-2-ol, 1,2-diethoxy-3 , 7-dimethyl-2,6-octadiene, phenylacetaldehyde, rose oxide, ethyl 2-methylpentanoate, 1- (2,6,6
  • a volatile odorant preferably has a boiling point or boiling point range of less than 300 ° C. More preferably, the odorant is a volatile compound or mixture. Particularly preferably, the odorant has a boiling point or boiling range of less than 250 0 C, more preferably less than 230 0 C, particularly preferably less than 200 0 C.
  • odors which have a high volatility.
  • a volatile odorant preferably has a vapor pressure greater than 0.001 kPa (20 ° C). More preferably, the odorant is a volatile compound or mixture. Most preferably, the odorant has a vapor pressure of greater than 0.01 kPa (20 ° C.), more preferably a vapor pressure greater than 0.05 kPa (20 ° C.). Most preferably, the odors have a vapor pressure of greater than 0.1 kPa (20 ° C). Examples
  • terephthalic acid (BDC) and 23.3 g of Al 2 (SO 4 ) 3 * 18H 2 O are suspended in 100 g of NMP and heated with stirring to 130 0 C for 24 h. Then the suspension is filtered and the filter cake washed several times with NMP. The filter cake is first pre-dried for two days in air and then dried for 72 h at 320 ° C in a muffle furnace under air atmosphere.
  • Example 9 Isobutene polymerization with the aid of the framework from Example 3
  • the AI-MOF from Example 7 is evacuated before the measurement at a pressure of less than 1 mbar at 80 0 C for 5 hours. 161, 96 g of the dried product are transferred to an empty container. This is then cooled to 77 K and evacuated. Hydrogen is added in portions via a gas metering device and the amount taken in each case is determined gravimetrically. At 50.3 bar, the Al-MOF reaches a hydrogen uptake of about 3 wt%.
  • Example 11 Storage of methane with the aid of the framework from Example 7
  • the Al-MOF from Example 7 is evacuated at 80 ° C. for 5 hours at a pressure of less than 1 mbar before the measurement. 161, 96 g of the dried product are transferred to an empty container. This is then heated to 25 ° C and evacuated. Methane was added in portions via a gas metering device and the amount taken in each case was determined gravimetrically. At 50.4 bar 40.3 g / L can be stored in the MOF-filled bottle, and even 79.8 g / L methane at 99.7 bar
  • the surface of the extracted material was 1522 m 2 / g (Langmuir).
  • Example 17 Preparation of an Al-BDC MOF in DMF
  • terephthalic acid (BDC) and 292.9 g of Al 2 (SO 4 ) 3 * 18H 2 O are suspended in 1257 g of DMF and heated to 130 ° C. with stirring for 24 h. The suspension is then filtered and the filter cake is washed with DMF. The filter cake is dried for 2 h at 120 ° C in a drying oven.
  • the other half is calcined at 320 ° C in a muffle furnace for 3 h.
  • the weight loss is 59.8%.
  • the result is a product with a surface area of 1368 m 2 / g.
  • Example 23 Pressureless preparation of a Mg-2,6-naphthalenedicarboxylic acid MOF in DEF
  • the calcined form has a N 2 surface (Langmuir) of 294 m 2 / g.
  • Fig. 10 shows the XRD of the dried, Fig. 11 that of the calcined form.
  • the N 2 surface area is 5 m 2 / g (according to Langmuir) - it is obviously an MOF with only low porosity or very narrow pores.
  • the XRD is shown in FIG.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines porösen metallorganischen Gerüstmaterials durch Umsetzung mindestens einer Metallverbindung, wobei das Metall Be, Mg, Ca, Sr, Ba, AI, Ga oder In ist, mit mindestens einer mindestens zweizähnigen organischen Verbindung sowie die Verwendung solcher porösen metallorganischen Gerüstmaterialien.

Description

Verfahren zur Herstellung von metallorganischen Gerüstmaterialien Hauptgruppen Metallionen enthaltend
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines porösen metallorganischen Gerüstmaterials sowie die Verwendung der hergestellten Gerüstmaterialien.
Poröse metallorganische Gerüstmaterialien sind im Stand der Technik bekannt. Diese enthalten typischerweise mindestens eine an mindestens ein Metallion koordinativ gebundene mindestens zweizähnige organische Verbindung. Solche metallorganischen Gerüstmaterialien (MOF = metal organic framework) werden beispielsweise in US-A 5,648,508, EP-A 0 790 253, M.O. Keeffe, J. SoI. State Chem., 152 (2000), 3 - 20; H. Li et al., Nature 402 (1999), 276; M. Eddaoudi, Topics in catalysis 9 (1999), 105-111; B. Chen et al., Science 291 (2001), 1021-1023 und DE-A 101 11 230 beschrieben.
Für die Herstellung solcher porösen metallorganischen Gerüstmaterialien sind zahlrei- che Verfahren entwickelt worden. Typischerweise wird hierbei in einem geeigneten Lösemittel ein Metallsalz mit der mindestens zweizähnigen organischen Verbindung, wie beispielsweise einer Dicarbonsäure, unter erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur umgesetzt.
Dabei treten jedoch häufig Schwierigkeiten auf. Ein Problem kann darin bestehen, dass aufgrund der Verwendung eines Metallsalzes, das nach Bildung des metallorganischen Gerüstmaterials im Reaktionsmedium verbleibende Gegenion zum Metallkation (zum Beispiel Nitrat) vom Gerüstmaterial abgetrennt werden muss.
Durch die Verwendung hoher Drücke und Temperaturen wird an die Syntheseapparatur zur Herstellung eines porösen metallorganischen Gerüstmaterials hohe Anforderungen gestellt. Es ist üblicherweise nur eine Batch-Synthese in vergleichsweise kleinen Apparaturen möglich und beschrieben. Ein Scale-up erweist sich als sehr aufwendig.
Eine weitere Schwierigkeit besteht darin, dass je nach verwendetem Metall und organischer Verbindung zur Herstellung des Gerüstmaterials eine Übertragbarkeit der Reaktionsbedingungen nicht ohne weiteres möglich ist. Solch ein Fall liegt beispielsweise dann vor, wenn die Metallkomponente im metallorganischen Gerüstmaterial ein Haupt- gruppenmetall der zweiten oder dritten Hauptgruppe des Periodensystems ist. Hierbei werden zur Herstellung teilweise deutlich unterschiedliche Reaktionsbedingungen im Vergleich zu analogen Gerüstmaterialien, bei denen die Metallkomponente ein Über- gangsmetall, beispielsweise Zink oder Kupfer, ist, angewendet.
Solche porösen metallorganischen Gerüstmaterialien, die ein Hauptgruppenmetall der zweiten oder dritten Hauptgruppe aufweisen können, unterscheiden sich auch im Hinblick auf ihre Eigenschaften von den oben genannten analogen Gerüstmaterialien, was ein Grund dafür sein könnte, dass hier im Stand der Technik häufig modifizierte Herstellverfahren herangezogen werden.
T. Loiseau et al., Chem. Eur. J. 2004, (10), 1373-1382 beschreibt beispielsweise die Herstellung porösen Aluminiumterephthalats. Dieses zeichnet sich durch eine bemerkenswert hohe thermische Stabilität aus. So wird berichtet, dass das Material sich erst bei einer Temperatur ab 500 0C zersetzt. Die Synthese erfolgt hierbei durch Umsetzung von Aluminiumnitrat (als Nonahydrat) und 1,4-Benzoldicarbonsäure in deionisier- tem Wasser. Die Reaktion erfolgt unter Druck bei 220 °C. Im Gegensatz zu anderen metallorganischen Gerüstmaterialien zeigt sich hier bei der Herstellung, dass der verwendete Ligand als organische Verbindung nicht nur im metallorganischen Gerüstmaterial als Gerüstbaustein auftritt, sondern zudem als Ligand in den Poren des Gerüstmaterials gehalten wird. Diese zusätzliche Bindung des Liganden im porösen metallor- ganischen Gerüstmaterial tritt typischerweise bei analogen Gerüstmaterialien, die aus Übergangsmetallen aufgebaut sind, nicht auf. Zur Lösung dieses Problems schlagen Loiseau et al. vor, das Material so lange zu erhitzen, bis der in den Poren festgehaltene Ligand entfernt ist. Diese Vorgehensweise birgt den Nachteil in sich, dass der eigentlichen Synthese ein teilweise zeitraubender und stringenter Nachbehandlungsschritt folgen soll, der stark von dem Siede- bzw. Dampfdruck des Liganden abhängig ist. Bei besonders hoch siedenden Liganden kann diese Vorgehensweise auch gänzlich fehlschlagen.
Z. Lin et al., Inorganic Chemistry 44 (2005), 73-76 beschreiben ein metallorganisches Gerüstmaterial, wobei Indium die Metallkomponente bildet und als organische Verbindung 1 ,3,5-Benzoltricarbonsäure verwendet wird. Hier wird ebenfalls Wasser als Lösemittel verwendet. Weiterhin weisen Lin et al. darauf hin, dass zur Reaktion ein hoher Überschuss einer Base (Pyridin) zugesetzt sein muss, um einen adäquaten pH-Wert einzustellen.
L. Pan et al., Inorg. Chem. 40 (2001), 1271-1283, beschreiben Calcium, Strontium und Barium enthaltende poröse metallorganische Gerüstmaterialien und schlagen ebenfalls die Verwendung von Wasser beziehungsweise Wasser/Triethylamin vor. Als Ligand wird 3,5-Pyrazoldicarbonsäure verwendet. Z. Fei et al., Inorg. Chem. 44 (2005), 5200-5202, beschreiben Strontium-Imidazolium Carboxylate.
H.-F. Zhu et al., Crystal Growth & Design 5 (2005), 177-182 beschreiben metallorgani- sehe Gerüstmaterialien aus Calcium und Barium mit 1 ,3,5-Benzoltricarbonsäure in Wasser.
J. Sun et al., Angew. Chem. 114 (2002), 4651-4653 beschreiben unter anderem die Herstellung von Indiumterephthalat in DMF. Die Reaktion findet hierbei unter erhöhtem Druck bei 160 0C statt.
B. Gomez-Lor et al., Inorganic Chemistry 41 (2002), 2429-2432, beschreiben ebenfalls Indiumterephthalat, wobei die Reaktion in Wasser unter Verwendung von Triethylamin als Base durchgeführt wird.
Nachteilig bei der Verwendung von Wasser ist die teilweise schlechte Löslichkeit der organischen Verbindung in Wasser sowie die häufig erhaltenen geringen Ausbeuten an Gerüstmaterial und/oder dessen geringe spezifische Oberfläche.
Ein weiterer Nachteil liegt in der Verwendung hoher Drücke. Hier erlaubt der apparativ hohe Aufwand meist kein Rühren zur Durchmischung der einzelnen Ausgangsstoffe zur Herstellung des metallorganischen Gerüstmaterials.
Es besteht somit nach wie vor ein Bedarf für verbesserte Verfahren zur Herstellung von porösen metallorganischen Gerüstmaterialien, bei denen die Metall komponente ein Metall der zweiten oder dritten Hauptgruppe des Periodensystems ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt somit darin, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung solcher porösen metallorganischen Gerüstmaterialien bereitzustellen.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines porösen metallorganischen Gerüstmaterials den Schritt enthaltend
Umsetzung mindestens einer Metallverbindung mit mindestens einer mindestens zweizähnigen organischen Verbindung, die koordinativ an das Metall binden kann, in Gegenwart eines nicht-wässrigen organischen Lösemittels, wobei das Metall Be", Mg", Ca", Sr", Ba", Al'", Ga'" oder In'" ist und wobei die organische Verbindung zumindest zwei Atome jeweils unabhängig ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Sauerstoff, Schwefel und Stickstoff aufweist, über die die organische Verbindung an das Metall koordinativ binden kann, wobei die Umsetzung unter Rühren und bei einem Druck von höchstens 2 bar (absolut) erfolgt. - A -
Es wurde nämlich gefunden, dass durch die Verwendung eines nicht-wässrigen organischen Lösemittels und den weiter genannten Bedingungen eine zumindest teilweise effizientere Herstellung eines porösen metallorganischen Gerüstmaterials möglich ist, die insbesondere ein einfaches „Scale up" ermöglicht.
Hierbei ist unter anderem vorteilhaft, dass die Umsetzung unter Rühren stattfinden kann, was auch bei einem Scale-up vorteilhaft ist.
Die Umsetzung erfolgt bei einem Druck von höchstens 2 bar (absolut). Vorzugsweise beträgt der Druck jedoch höchstens 1230 mbar (absolut). Insbesondere bevorzugt findet die Umsetzung bei Atmosphärendruck statt.
Die Umsetzung kann bei Raumtemperatur durchgeführt werden. Vorzugsweise findet diese jedoch bei Temperaturen oberhalb der Raumtemperatur statt. Vorzugsweise beträgt die Temperatur mehr als 1000C. Weiterhin bevorzugt beträgt die Temperatur höchstens 1800C und mehr bevorzugt höchstens 150°C.
Typischerweise werden die oben beschriebenen metallorganischen Gerüstmaterialien in Wasser als Lösemittel unter Zusatz einer weiteren Base durchgeführt. Dies dient insbesondere dazu, dass bei Einsatz einer mehrbasigen Carbonsäure als mindestens zweizähniger organischer Verbindung diese leicht löslich in Wasser ist. Durch die Verwendung des nicht-wässrigen organischen Lösemittels ist es nicht erforderlich, eine solche Base einzusetzen. Nichts desto trotz kann das Lösemittel für das erfindungs- gemäße Verfahren derart gewählt werden, dass dieses als solches basisch reagiert, was jedoch nicht zwingend für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sein muss.
Ebenso kann eine Base eingesetzt werden. Bevorzugt ist jedoch, dass keine zusätzli- che Base eingesetzt wird.
Weiterhin bevorzugt kann die verwendete Metallverbindung zur Herstellung des porösen metallorganischen Gerüstmaterials nicht-ionisch sein und/oder das Gegenion zum Metallkation kann sich von einem protischen Lösemittel ableiten lassen. Durch die Verwendung einer nicht-ionischen Verbindung kann bei geeigneter Wahl vermieden werden, dass bei der Umsetzung zum porösen metallorganischen Gerüstmaterial das Metall in Form eines Salzes vorliegt und dadurch gegebenenfalls Schwierigkeiten bei der Entfernung des korrespondierenden Anions im Metallsalz auftreten, sofern durch die Metallverbindung bei der Umsetzung keine weiteren störenden Salze erzeugt wer- den. Stellt das Gegenion ein Lösemittelanion dar, kann dieses bei geeigneter Wahl nach Umsetzung als Lösemittel vorliegen, das gleich dem eingesetzten nicht- wässrigen organischen Lösemittel oder verschieden davon sein kann. In letzterem Fall ist bevorzugt, wenn dieses Lösemittel mit dem nicht-wässrigen organischen Lösemittel zumindest zum Teil mischbar ist. Sollte bei der Umsetzung der Metallverbindung Wasser entstehen, sollte dessen Anteil in den weiter unten beschriebenen Grenzen liegen. Dies kann dadurch erreicht werden, dass eine ausreichende Menge des nicht- wässrigen organischen Lösemittels eingesetzt wird.
Solche nicht-ionischen Verbindungen bzw. Gegenionen zum Metallkation, die sich von protischen Lösemitteln ableiten lassen, können beispielsweise Metallalkoholate, bei- spielsweise Methanolate, Ethanolate, Propanolate, Butanolate, insbesondere Alumini- umalkoholate sein. Ebenso sind Oxide oder Hydroxide denkbar.
Bei dem eingesetzten Metall handelt es sich um Be", Mg", Ca", Sr", Ba", Al'", Ga'" oder In'". Vorzugsweise handelt es sich bei dem Metall um Mg", Ca", Sr", Ba", Al'" oder In'". Ganz besonders bevorzugt sind Al'" und Mg". Insbesondere bevorzugt ist Al'".
Die mindestens eine mindestens zweizähnige organische Verbindung weist zumindest zwei Atome auf, die jeweils unabhängig ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Sauerstoff, Schwefel und Stickstoff, über die die organische Verbindung an das Metall koordinativ binden kann. Diese Atome können Teil des Gerüstes oder funktioneller Gruppen sein.
Als funktionelle Gruppen, über die die genannten koordinativen Bindungen ausgebildet werden können, sind insbesondere beispielsweise folgende funktionellen Gruppen zu nennen: -CO2H, -CS2H, -COSH, -NO2, -SO3H, -Ge(OH)3, -Sn(OH)3, -Si(SH)4, -Ge(SH)4, -Sn(SH)3, -AsO3H, -AsO4H, -P(SH)3, -As(SH)3, -CH(RSH)2, -C(RSH)3, -CH(RNH2J2, -C(RNH2J3, -CH(ROH)2, -C(ROH)3, -CH(RCN)2, -C(RCN)3 wobei R beispielsweise bevorzugt eine Alkylengruppe mit 1, 2, 3, 4 oder 5 Kohlenstoffatomen wie beispielsweise eine Methylen-, Ethylen-, n-Propylen-, i-Propylen, n-Butylen-, i-Butylen-, tert-Butylen- oder n-Pentylengruppe, oder eine Arylgruppe, enthaltend 1 oder 2 aromatische Kerne wie beispielsweise 2 C6-Ringe, die gegebenenfalls kondensiert sein können und unabhängig voneinander mit mindestes jeweils einem Substituenten geeignet substituiert sein können, und/oder die unabhängig voneinander jeweils mindestens ein Heteroatom wie beispielsweise N, O und/oder S enthalten können. Gemäß ebenfalls bevorzugten Ausführungsformen sind funktionelle Gruppen zu nennen, bei denen der oben genannte Rest R nicht vorhanden ist. Diesbezüglich sind unter anderem - CH(SH)2, -C(SH)3, -CH(NH2J2, -C(NH2J3, -CH(OH)2, -C(OH)3, -CH(CN)2 oder -C(CN)3 zu nennen. Die mindestens zwei funktionellen Gruppen können grundsätzlich an jede geeignete organische Verbindung gebunden sein, solange gewährleistet ist, dass die diese funktionellen Gruppen aufweisende organische Verbindung zur Ausbildung der koordinati- ven Bindung und zur Herstellung des Gerüstmaterials befähigt ist.
Bevorzugt leiten sich die organischen Verbindungen, die die mindestens zwei funktionellen Gruppen enthalten, von einer gesättigten oder ungesättigten aliphatischen Verbindung oder einer aromatischen Verbindung oder einer sowohl aliphatischen als auch aromatischen Verbindung ab.
Die aliphatische Verbindung oder der aliphatische Teil der sowohl aliphatischen als auch aromatischen Verbindung kann linear und/oder verzweigt und/oder cyclisch sein, wobei auch mehrere Cyclen pro Verbindung möglich sind. Weiter bevorzugt enthält die aliphatische Verbindung oder der aliphatische Teil der sowohl aliphatischen als auch aromatischen Verbindung 1 bis 15, weiter bevorzugt 1 bis 14, weiter bevorzugt 1 bis 13, weiter bevorzugt 1 bis 12, weiter bevorzugt 1 bis 11 und insbesondere bevorzugt 1 bis 10 C-Atome wie beispielsweise 1 , 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 oder 10 C-Atome. Insbesondere bevorzugt sind hierbei unter anderem Methan, Ethan, Butan, 2-Buten, Adaman- tan, Acetylen, Ethylen oder Butadien.
Die aromatische Verbindung oder der aromatische Teil der sowohl aromatischen als auch aliphatischen Verbindung kann einen oder auch mehrere Kerne wie beispielsweise zwei, drei, vier oder fünf Kerne aufweisen, wobei die Kerne getrennt voneinander und/oder mindestens zwei Kerne in kondensierter Form vorliegen können. Besonders bevorzugt weist die aromatische Verbindung oder der aromatische Teil der sowohl a- liphatischen als auch aromatischen Verbindung einen, zwei oder drei Kerne auf, wobei einer oder zwei Kerne besonders bevorzugt sind. Unabhängig voneinander kann weiter jeder Kern der genannten Verbindung mindestens ein Heteroatom wie beispielsweise N, O, S, B, P, Si, bevorzugt N, O und/oder S enthalten. Weiter bevorzugt enthält die aromatische Verbindung oder der aromatische Teil der sowohl aromatischen als auch aliphatischen Verbindung einen oder zwei C6-Kerne, wobei die zwei entweder getrennt voneinander oder in kondensierter Form vorliegen. Insbesondere sind als aromatische Verbindungen Benzol, Pyren, Dihydropyren, Naphthalin und/oder Biphenyl und/oder Bipyridyl und/oder Pyridyl zu nennen.
Beispielsweise sind unter anderem trans-Muconsäure oder Fumarsäure oder Pheny- lenbisacrylsäure zu nennen. Beispielsweise sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung Dicarbonsäuren wie etwa
Oxalsäure, Bernsteinsäure, Weinsäure, 1 ,4-Butandicarbonsäure, 1 ,4-Butendicarbon- säure, 4-Oxo-Pyran-2,6-dicarbonsäure, 1,6-Hexandicarbonsäure, Decandicarbonsäu- re, 1 ,8-Heptadecandicarbonsäure, 1,9-Heptadecandicarbonsäure, Heptadecandicar- bonsäure, Acetylendicarbonsäure, 1 ,2-Benzoldicarbonsäure, 1,3-Benzoldicarbonsäure, 2,3-Pyridindicarbonsäure, Pyridin-2,3-dicarbonsäure, 1 ,3-Butadien-1 ,4-dicarbonsäure, 1 ,4-Benzoldicarbonsäure, p-Benzoldicarbonsäure, lmidazol-2,4-dicarbonsäure, 2- Methyl-chinolin-3,4-dicarbonsäure, Chinolin-2,4-dicarbonsäure, Chinoxalin-2,3- dicarbonsäure, 6-Chlorchinoxalin-2,3-dicarbonsäure, 4,41-Diaminphenylmethan-3,31- dicarbonsäure, Chinolin-3,4-dicarbonsäure, 7-Chlor-4-hydroxychinolin-2,8-dicarbon- säure, Diimiddicarbonsäure, Pyridin-2,6-dicarbonsäure, 2-Methylimidazol-4,5- dicarbonsäure, Thiophen-3,4-dicarbonsäure, 2-lsopropylimidazol-4,5-dicarbonsäure, Tetrahydropyran-4,4-dicarbonsäure, Perylen-3,9-dicarbonsäure, Perylendicarbonsäure, Pluriol E 200-dicarbonsäure, 3,6-Dioxaoctandicarbonsäure, 3,5-Cyclohexadien-1,2- dicarbonsäure, Octadicarbonsäure, Pentan-3,3-carbonsäure, 4,4l-Diamino-1 ,11- diphenyl-S.S'-dicarbon-säure, 4,41-Diaminodiphenyl-3,31-dicarbonsäureJ Benzidin-3,31- dicarbonsäure, 1,4-Bis-(phenylamino)-benzol-2,5-dicarbonsäure, 1 ,1'-Dinaphthyldicar- bonsäure, 7-Chlor-8-methylchinolin-2,3-dicarbonsäure, 1 -Anilinoanthrachinon-2,41- dicarbonsäure, Polytetrahydrofuran-250-dicarbonsäure, 1 ,4-Bis-(carboxymethyl)- piperazin-2,3-dicarbonsäure, 7-Chlorchinolin-3,8-dicarbonsäure, 1 -(4-Carboxy)-phenyl- 3-(4-chlor)-phenylpyrazolin-4,5-dicarbonsäure, 1,4,5,6,7,7,-Hexachlor-5-norbomen-2,3- dicarbonsäure, Phenylindandicarbonsäure, 1 ,3-Dibenzyl-2-oxo-imidazolidin-4,5-dicar- bonsäure, I^-Cyclohexandicarbonsäure, Naphthalin-1,8-dicarbonsäure, 2-Benzoyl- benzol-1,3-dicarbon-säure, I.S-Dibenzyl^-oxoimidazolidin^.δ-cis-dicarbonsäure, 2,2'- Bichinolin-4,4'-di-carbonsäure, Pyridin-3,4-dicarbonsäure, 3,6,9-Trioxaundecandicar- bonsäure, Hydroxybenzophenon-dicarbonsäure, Pluriol E 300-dicarbonsäure, Pluriol E 400-dicarbonsäure, Pluriol E 600-dicarbonsäure, Pyrazol-3,4-dicarbonsäure, 2,3- Pyrazindicarbonsäure, S.Θ-Dimethyl^.S-pyrazindicarbonsäure, 4,4'-Diaminodiphenyl- etherdiimiddicarbonsäure, 4,4'-Diaminodiphenylmethandiimiddicarbonsäure, 4,4'-Di- aminodiphenylsulfondiimiddicarbonsäure, 1 ,4-Naphthalindicarbonsäure, 2,6-Naphtha- lindicarbonsäure, 1 ,3-Adamantandicarbonsäure, 1,8-Naphthalindicarbonsäure, 2,3- Naphthalindicarbonsäure, 8-Methoxy-2,3-naphthalindicarbonsäure, 8-Nitro-2,3- naphthalincarbonsäure, 8-Sulfo-2,3-naphthalindicarbonsäure, Anthracen-2,3-dicar- bonsäure, 21,31-Diphenyl-p-terphenyl-4,4"-dicarbonsäure, Diphenylether-4,4'-dicarbon- säure, lmidazol-4,5-dicarbonsäure, 4(1 H)-Oxothiochromen-2,8-dicarbonsäure, 5-tert- Butyl-1 ,3-benzoldicarbonsäure, 7,8-Chinolindicarbonsäure, 4,5-lmidazoldicarbonsäure, 4-Cyclohexen-1 ,2-dicarbonsäure, Hexatriacontandicarbonsäure, Tetradecandicarbon- säure, 1,7-Heptadicarbonsäure, 5-Hydroxy-1,3-Benzoldicarbonsäure, 2,5-Dihydroxy- 1 ,4-dicarbonsäure, Pyrazin-2,3-dicarbonsäure, Furan-2,5-dicarbonsäure, 1-Nonen-6,9- dicarbonsäure, Eicosendicarbonsäure, 4,41-Dihydroxydiphenylmethan-3,31-dicarbon- säure, i-Amino^-methyl-Θ.IO-dioxo-Θ.IO-dihydroanthracen^S-dicarbonsäure, 2,5- Pyridindicarbonsäure, Cyclohexen-2,3-dicarbonsäure,2,9-Dichlorfluorubin-4,11-dicar- bonsäure, Z-Chlor-S-methylchinolin-β.δ-dicarbonsäure, 2,4-Dichlorbenzophenon-2',5'- dicarbonsäure, 1,3-Benzoldicarbonsäure, 2,6-Pyridindicarbonsäure, 1 -Methyl pyrro I- 3,4-dicarbonsäure, 1-Benzyl-1 H-pyrrol-3,4-dicarbonsäure, Anthrachinon-1 ,5-dicarbon- säure, 3,5-Pyrazoldicarbonsäure, 2-Nitrobenzol-1 ,4-dicarbonsäure, Heptan-1,7-dicar- bonsäure, Cyclobutan-1 ,1-dicarbonsäure 1 ,14-Tetradecandicarbonsäure, 5,6-Dehydro- norboman-2,3-dicarbonsäure, 5-Ethyl-2,3-pyridindicarbonsäure oder Campherdicar- bonsäure,
Tricarbonsäuren wie etwa
2-Hydroxy-1 ,2,3-propantricarbonsäure, 7-Chlor-2,3,8-chinolintricarbonsäure, 1 ,2,3-, 1 ,2,4-Benzoltricarbonsäure, 1 ,2,4-Butantricarbonsäure, 2-Phosphono-1 ,2,4-butantri- carbonsäure, 1 ,3,5-Benzoltricarbonsäure, 1-Hydroxy-1,2,3-Propantricarbonsäure, 4,5- Dihydro-4,5-dioxo-1 H-pyrrolo[2,3-F]chinolin-2,7,9-tricarbonsäure, 5-Acetyl-3-amino-6- methylbenzol-1 ,2,4-tricarbonsäure, 3-Amino-5-benzoyl-6-methylbenzol-1 ,2,4-tricarbon- +säure, 1 ,2,3-Propantricarbonsäure oder Aurintricarbonsäure,
oder Tetracarbonsäuren wie etwa
1 ,1-Dioxidperylo[1 ,12-BCD]thiophen-3,4,9,10-tetracarbonsäure, Perylentetracarbon- säuren wie Perylen-3,4,9,10-tetracarbonsäure oder oder Perylen-1,12-sulfon-3,4,9,10- tetracarbonsäure, Butantetracarbonsäuren wie 1 ,2,3,4-Butantetracarbonsäure oder Meso-1 ,2,3,4-Butantetracarbonsäure, Decan-2,4,6,8-tetracarbonsäure, 1 ,4,7,10,13,16- Hexaoxacyclooctadecan-2,3, 11 ,12-tetracarbonsäure, 1 ,2,4,5-Benzoltetracarbonsäure, 1 ,2,11 ,12-Dodecantetracarbonsäure, 1 ,2,5,6-Hexan-tetracarbonsäure, 1 ,2,7,8-Octan- tetracarbonsäure, 1 ,4,5,8-Naphthalintetracarbonsäure, 1, 2,9,10-Decantetracarbon- säure, Benzophenontetracarbonsäure, S.S'^^'-Benzo-phenontetracarbonsäure, Tetra- hydrofurantetracarbonsäure oder Cyclopentantetracarbonsäuren wie Cyclopentan- 1 ,2,3,4-tetracarbonsäure
zu nennen.
Ganz besonders bevorzugt werden gegebenenfalls mindestens einfach substituierte mono-, di-, tri-, tetra- oder höherkernige aromatische Di-, Tri- oder Tetracarbonsäuren eingesetzt, wobei jeder der Kerne mindestens ein Heteroatom enthalten kann, wobei zwei oder mehr Kerne gleiche oder unterschiedliche Heteroatome enthalten kann. Beispielsweise bevorzugt werden monokernige Dicarbonsäuren, monokernige Tricarbon- säuren, monokernige Tetracarbonsäuren, dikemige Dicarbonsäuren, dikemige Tricarbonsäuren, dikernige Tetracarbonsäuren, trikemige Dicarbonsäuren, trikernige Tricar- bonsäuren, trikernige Tetracarbonsäuren, tetrakernige Dicarbonsäuren, tetrakernige Tricarbonsäuren und/oder tetrakernige Tetracarbonsäuren. Geeignete Heteroatome sind beispielsweise N, O, S, B, P, Si, bevorzugte Heteroatome sind hierbei N, S und/oder O. Als geeigneter Substituent ist diesbezüglich unter anderem -OH, eine Nit- rogruppe, eine Aminogruppe oder eine Alkyl- oder Alkoxygruppe zu nennen.
Insbesondere bevorzugt werden als mindestens zweizähnige organische Verbindungen Acetylendicarbonsäure (ADC), Campherdicarbonsäure, Fumarsäure, Bernsteinsäure, Benzoldicarbonsäuren, Naphthalindicarbonsäuren, Biphenyldicarbonsäuren wie beispielsweise 4,4'-Biphenyldicarbonsäure (BPDC), Pyrazindicarbonsäuren, wie 2,5- Pyrazindicarbonsäure, Bipyridindicarbonsäuren wie beispielsweise 2,2'-Bipyridin- dicarbonsäuren wie beispielsweise 2,21-Bipyridin-5,5'-dicarbonsäure, Benzoltricarbon- säuren wie beispielsweise 1,2,3-, 1 ,2,4-Benzoltricarbonsäure oder 1 ,3,5-Benzoltricar- bonsäure (BTC), Benzoltetracarbonsäure, Adamantantetracarbonsäure (ATC), Ada- mantandibenzoat (ADB) Benzoltribenzoat (BTB), Methantetrabenzoat (MTB), Adaman- tantetrabenzoat oder Dihydroxyterephthalsäuren wie beispielsweise 2,5- Dihydroxyterephthalsäure (DHBDC) eingesetzt.
Ganz besonders bevorzugt werden unter anderem Isophtalsäure, Terephthalsäure, 2,5-Dihydroxyterephthalsäure, 1 ,2,3-Benzoltricarbonsäure, 1 ,3,5-Benzoltricarbonsäure, 2,6-Naphthalindicarbonsäure, 1,4-Naphthalindicarbonsäure, 1 ,2,3,4- und 1,2,4,5-Ben- zoltetracarbonsäure, Campherdicarbonsäure oder 2,21-Bipyridin-5,51-dicarbonsäure eingesetzt.
Neben diesen mindestens zweizähnigen organischen Verbindungen kann das metallorganische Gerüstmaterial auch einen oder mehrere einzähnige Liganden umfassen.
Vorzugsweise enthält die mindestens eine mindestens zweizähnige organische Verbindung keine Bor- oder Phosphoratome. Darüber hinaus enthält vorzugsweise das Gerüst des metallorganischen Gerüstmaterials keine Bor- oder Phosphoratome.
Das nicht-wässrige organische Lösemittel ist vorzugsweise ein Ci-6-Alkanol, Dimethyl- sulfoxid (DMSO), N,N-Dimethylformamid (DMF), N,N-Diethylformamid (DEF), Aceto- nitril, Toluol, Dioxan, Benzol, Chlorbenzol, Methylethylketon (MEK), Pyridin, Tetra- hydrofuran (THF), Essigsäureethylester, gegebenenfalls halogeniertes Ci-2Oo-Alkan, Sulfolan, Glykol, N-Methylpyrrolidon (NMP), gamma-Butyrolacton, alicyclische Alkohole wie Cyclohexanol, Ketone, wie Aceton oder Acetylaceton, Cycloketone, wie Cyclohe- xanon, Sulfolen oder Mischungen davon. Ein d-6-Alkanol bezeichnet einen Alkohol mit 1 bis 6 C-Atomen. Beispiele hierfür sind Methanol, Ethanol, n-Propanol, i-Propanol, n-Butanol, i-Butanol, t-Butanol, Pentanol, Hexanol sowie Gemische davon.
Ein gegebenenfalls halogenisiertes Ci-2oo-Alkan bezeichnet ein Alkan mit 1 bis 200 C- Atomen, wobei ein oder mehrere bis hin zu allen Wasserstoffatomen durch Halogen, vorzugsweise Chlor oder Fluor, insbesondere Chlor, ersetzt sein kann bzw. können. Beispiele hierfür sind Chloroform, Dichlormethan, Tetrachlormethan, Dichlorethan, Hexan, Heptan, Oktan sowie Gemische davon.
Bevorzugte Lösemittel sind DMF, DEF und NMP. Besonders bevorzugt ist DMF.
Der Begriff "nicht-wässrig" bezieht sich vorzugsweise auf ein Lösemittel, das einen Höchstwassergehalt von 10 Gew.-%, mehr bevorzugt 5 Gew.-%, weiterhin mehr be- vorzugt 1 Gew.-%, weiterhin bevorzugt 0,1 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,01 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht des Lösemittels nicht überschreitet.
Vorzugsweise beträgt der Höchstwassergehalt während der Umsetzung 10 Gew.-%, mehr bevorzugt 5 Gew.-% und weiterhin mehr bevorzugt 1 Gew.-%.
Der Begriff "Lösemittel" betrifft reine Lösemittel sowie Gemische von unterschiedlichen Lösemitteln.
Weiterhin bevorzugt schließt sich an den Verfahrensschritt der Umsetzung der mindes- tens einen Metallverbindung mit der mindestens einen mindestens zweizähnigen organischen Verbindung ein Calcinierungsschritt an. Die hierbei eingestellte Temperatur beträgt typischerweise mehr als 250°C, bevorzugt 300 bis 400 °C.
Aufgrund des Calcinierungsschrittes kann insbesondere bei der Herstellung von porö- sen Aluminiumgerüstmaterialien der in den Poren befindliche Ligand entfernt werden.
Ergänzend oder alternativ hierzu kann die Entfernung von Ligand aus den Poren des porösen metallorganischen Gerüstmaterials durch die Behandlung des gebildeten Gerüstmaterials mit einem nicht-wässrigen Lösemittel erfolgen. Hierbei wird in einer Art "Extraktionsverfahren" der Ligand entfernt und gegebenenfalls im Gerüstmaterial durch ein Lösemittelmolekül ersetzt. Diese schonende Methode ist insbesondere geeignet, wenn es sich bei dem Liganden um eine hochsiedende Verbindung handelt.
Die Behandlung erfolgt vorzugsweise mindestens 30 Minuten und kann typischerweise bis zu 2 Tagen durchgeführt werden. Dies kann bei Raumtemperatur oder erhöhter
Temperatur geschehen. Vorzugsweise erfolgt dies unter erhöhter Temperatur, bei- spielsweise bei mindestens 40 °C, bevorzugt 600C. Weiterhin bevorzugt erfolgt die Extraktion bei der Siedetemperatur des eingesetzten Lösemittels statt (unter Rück- fluss).
Die Behandlung kann in einem einfachen Kessel durch Aufschlämmen und Rühren des Gerüstmaterials erfolgen. Es können auch Extraktionsapparaturen wie Soxhlet- Apparaturen, insbesondere technische Extraktionsapparaturen.
Als geeignete Lösemittel können die oben genannnten verwendet werden, also bei- spielsweise Ci-6-Alkanol, Dimethylsulfoxid (DMSO), N,N-Dimethylformamid (DMF), N,N-Diethylformamid (DEF), Acetonitril, Toluol, Dioxan, Benzol, Chlorbenzol, Methyl- ethylketon (MEK), Pyridin, Tetrahydrofuran (THF), Essigsäureethylester, gegebenenfalls halogeniertes Ci-2Oo-Alkan, Sulfolan, Glykol, N-Methylpyrrolidon (NMP), gamma- Butyrolacton, alicyclische Alkohole wie Cyclohexanol, Ketone, wie Aceton oder Acetyl- aceton, Cycloketone, wie Cyclohexanon oder Mischungen davon.
Bevorzugt sind Methanol, Ethanol, Propanol, Aceton, MEK und Mischungen davon.
Ein ganz besonders bevorzugtes Extraktionslösemittel ist Methanol.
Das verwendete Lösemittel zur Extraktion kann gleich oder verschieden zu demjenigen für die Umsetzung der mindestens einen Metallverbindung mit der mindestens einen mindestens zweizähnigen organischen Verbindung sein. Insbesondere ist es bei der "Extraktion" nicht unbedingt erforderlich aber bevorzugt, dass das Lösemittel wasser- frei ist.
Die metallorganischen Gerüstmaterialien gemäß der vorliegenden Erfindung enthalten Poren, insbesondere Mikro- und/oder Mesoporen. Mikroporen sind definiert als solche mit einem Durchmesser von 2 nm oder kleiner und Mesoporen sind definiert durch ei- nen Durchmesser im Bereich von 2 bis 50 nm, jeweils entsprechend nach der Definition, wie sie Pure Applied Chem. 57 (1985), Seiten 603 bis 619, insbesondere auf Seite 606 angegeben ist. Die Anwesenheit von Mikro- und/oder Mesoporen kann mit Hilfe von Sorptionsmessungen überprüft werden, wobei diese Messungen die Aufnahmekapazität der MOF für Stickstoff bei 77 Kelvin gemäß DIN 66131 und/oder DIN 66134 bestimmt.
Vorzugsweise beträgt die spezifische Oberfläche - berechnet nach dem Langmuir- Modell gemäß DIN 66135 (DIN 66131 , 66134) für ein metallorganisches Gerüstmaterial in Pulverform mehr als 5 m2/g, mehr bevorzugt über 10 m2/g, mehr bevorzugt mehr als 50 m2/g, weiter mehr bevorzugt mehr als 500 m2/g, weiter mehr bevorzugt mehr als 1000 m2/g und besonders bevorzugt mehr als 1250 m2/g. MOF Formkörper können eine niedrigere spezifische Oberfläche besitzen; vorzugsweise jedoch mehr als 10 m2/g, mehr bevorzugt mehr als 50 m2/g, weiter mehr bevorzugt mehr als 500 m2/g.
Die Porengröße des metallorganischen Gerüstmaterials kann durch Wahl des geeigneten Liganden und/oder der mindestens zweizähnigen organischen Verbindung gesteuert werden. Häufig gilt, dass je größer die organische Verbindung desto größer die Porengröße ist. Vorzugsweise beträgt die Porengröße von 0,2 nm bis 30 nm, besonders bevorzugt liegt die Porengröße im Bereich von 0,3 nm bis 9 nm bezogen auf das kristalline Material.
In einem MOF-Formkörper treten jedoch auch größere Poren auf, deren Größenverteilung variieren kann. Vorzugsweise wird jedoch mehr als 50 % des gesamten Porenvo- lumens, insbesondere mehr als 75 %, von Poren mit einem Porendurchmesser von bis zu 1000 nm gebildet. Vorzugsweise wird jedoch ein Großteil des Porenvolumens von Poren aus zwei Durchmesserbereichen gebildet. Es ist daher weiter bevorzugt, wenn mehr als 25 % des gesamten Porenvolumens, insbesondere mehr als 50 % des gesamten Porenvolumens von Poren gebildet wird, die in einem Durchmesserbereich von 100 nm bis 800 nm liegen und wenn mehr als 15 % des gesamten Porenvolumens, insbesondere mehr als 25 % des gesamten Porenvolumens von Poren gebildet wird, die in einem Durchmesserbereich bis zu 10 nm liegen. Die Porenverteilung kann mittels Quecksilber-Porosimetrie bestimmt werden.
Das metallorganische Gerüstmaterial kann pulverförmig beziehungsweise als Agglo- merate vorliegen. Das Gerüstmaterial kann als solches verwendet werden oder es wird in einen Formkörper umgewandelt. Bevorzugte Verfahren sind hierbei die Verstran- gung oder Tablettierung. Bei der Formkörperherstellung kann das Gerüstmaterial weitere Materialien, wie beispielsweise Binder, Gleitmittel oder andere Additive aufweisen, welche während der Herstellung hinzugesetzt werden. Ebenso ist es denkbar, dass das Gerüstmaterial weitere Bestandteile aufweist, wie zum Beispiel Adsorbentien wie Aktivkohle oder dergleichen.
Hinsichtlich der möglichen Geometrien der Formkörper existieren im Wesentlichen keine Beschränkungen. Beispielsweise sind unter anderem Pellets wie beispielsweise scheibenförmige Pellets, Pillen, Kugeln, Granulat, Extrudate wie beispielsweise Stränge, Waben, Gitter oder Hohlkörper zu nennen.
Zur Herstellung dieser Formkörper sind grundsätzlich sämtliche geeigneten Verfahren möglich. Es sind insbesondere folgende Verfahrensführungen bevorzugt: Kneten/Kollern des Gerüstmaterials allein oder zusammen mit mindestens einem Bindemittel und/oder mindestens einem Anteigungsmittel und/oder mindestens einer Templatverbindung unter Erhalt eines Gemisches; Verformen des erhal- tenen Gemisches mittels mindestens einer geeigneten Methode wie beispielsweise Extrudieren; Optional Waschen und/oder Trocknen und/oder Calci- nieren des Extrudates; Optional Konfektionieren.
Aufbringen des Gerüstmaterials auf mindestens ein gegebenenfalls poröses Trägermaterial. Das erhaltene Material kann dann gemäß der vorstehend beschriebenen Methode zu einem Formkörper weiterverarbeitet werden.
Aufbringen des Gerüstmaterials auf mindestens ein gegebenenfalls poröses Substrat.
Kneten/Kollern und Verformen kann gemäß eines jeden geeigneten Verfahrens erfolgen, wie beispielsweise in Ullmanns Enzyklopädie der Technischen Chemie, 4. Auflage, Band 2, S. 313 ff. (1972) beschrieben.
Beispielsweise kann das Kneten/Kollern und/oder Verformen mittels einer Kolbenpresse, Walzenpresse in Anwesenheit oder Abwesenheit mindestens eines Bindermaterials, Compoundieren, Pelletieren, Tablettieren, Extrudieren, Co-Extrudieren, Verschäumen, Verspinnen, Beschichten, Granulieren, bevorzugt Sprühgranulieren, Versprühen, Sprühtrocknen oder einer Kombination aus zwei oder mehr dieser Metho- den erfolgen.
Ganz besonders werden Pellets und/oder Tabletten hergestellt.
Das Kneten und/oder Verformen kann bei erhöhten Temperaturen wie beispielsweise im Bereich von Raumtemperatur bis 300 °C und/oder bei erhöhtem Druck wie beispielsweise im Bereich von Normaldruck bis hin zu einigen hundert bar und/oder in einer Schutzgasatmosphäre wie beispielsweise in Anwesenheit mindestens eines Edelgases, Stickstoff oder einem Gemisch aus zwei oder mehr davon erfolgen.
Das Kneten und/oder Verformen wird gemäß einer weiteren Ausführungsform unter Zugabe mindestens eines Bindemittels durchgeführt, wobei als Bindemittel grundsätzlich jede chemische Verbindung eingesetzt werden kann, die die zum Kneten und/oder Verformen gewünschte Viskosität der zu verknetenden und/oder verformenden Masse gewährleistet. Demgemäß können Bindemittel im Sinne der vorlie- genden Erfindung sowohl Viskositätserhöhende als auch Viskositätserniedrigende Verbindungen sein. AIs unter anderem bevorzugte Bindemittel sind beispielsweise Aluminiumoxid oder Aluminiumoxid enthaltende Binder, wie sie beispielsweise in der WO 94/29408 beschrieben sind, Siliciumdioxid, wie es beispielsweise in der EP 0 592 050 A1 be- schrieben ist, Mischungen ais Siliciumdioxid und Aluminiumoxid, wie sie beispielsweise in der WO 94/13584 beschrieben sind, Tonminerale, wie sie beispielsweise in der JP 03-037156 A beschrieben sind, beispielsweise Montmorillonit, Kaolin, Bentonit, Hallosit, Dickit, Nacrit und Anauxit, Alkoxysilane, wie sie beispielsweise in der EP 0 102 544 B1 beschrieben sind, beispielsweise Tetraalko- xysilane wie beispielsweise Tetramethoxysilan, Tetraethoxysilan, Tetrapropoxysi- lan, Tetrabutoxysilan, oder beispielsweise Trialkoxysilane wie beispielsweise Tri- methoxysilan, Triethoxysilan, Tripropoxysilan, Tributoxysilan, Alkoxytitanate, beispielsweise Tetraalkoxytitanate wie beispielsweise Tetramethoxytitanat, Te- traethoxytitanat, Tetrapropoxytitanat, Tetra butoxytitanat, oder beispielsweise Tri- alkoxytitanate wie beispielsweise Trimethoxytitanat, Triethoxytitanat, Tripropoxytitanat, Tributoxytitanat, Alkoxyzirkonate, beispielsweise Tetraalkoxyzirkonate wie beispielsweise Tetramethoxyzirkonat, Tetraethoxyzirkonat, Tetrapropoxyzirkonat, Tetrabutoxyzirko- nat, oder beispielsweise Trialkoxyzirkonate wie beispielsweise Trimethoxyzirkonat, Triethoxyzirkonat, Tripropoxyzirkonat, Tributoxyzirkonat, Silikasole, amphiphile Sub- stanzen und/oder Graphite zu nennen. Insbesondere bevorzugt ist Graphit.
Als viskositätssteigemde Verbindung kann beispielsweise auch, gegebenenfalls zusätzlich zu den oben genannten Verbindungen, eine organische Verbindung und/oder ein hydrophiles Polymer wie beispielsweise Cellulose oder ein CeIIu- losederivat wie beispielsweise Methylcellulose und/oder ein Polyacrylat und/oder ein Polymethacrylat und/oder ein Polyvinylalkohol und/oder ein Polyvinylpyrrolidon und/oder ein Polyisobuten und/oder ein Polytetrahydrofuran und/oder ein Polyethylen- oxid eingesetzt werden.
Als Anteigungsmittel kann unter anderem bevorzugt Wasser oder mindestens ein Alkohol wie beispielsweise ein Monoalkohol mit 1 bis 4 C-Atomen wie beispielsweise Methanol, Ethanol, n-Propanol, iso-Propanol, 1-Butanol, 2-Butanol, 2-Methyl-1-pro- panol oder 2-Methyl-2-propanol oder ein Gemisch aus Wasser und mindestens einem der genannten Alkohole oder ein mehrwertiger Alkohol wie beispielsweise ein Glykol, bevorzugt ein wassermischbarer mehrwertiger Alkohol, allein oder als Gemisch mit Wasser und/oder mindestens einem der genannten einwertigen Alkohole eingesetzt werden.
Weitere Additive, die zum Kneten und/oder Verformen eingesetzt werden können, sind unter anderem Amine oder Aminderivate wie beispielsweise Tetraalkylammonium-
Verbindungen oder Aminoalkohole und Carbonat enthaltende Verbindungen wie etwa - IS -
Calciumcarbonat. Solche weiteren Additive sind etwa in der EP 0 389 041 A1 , der EP 0 200 260 A1 oder der WO 95/19222 beschrieben.
Die Reihenfolge der Additive wie Templatverbindung, Binder, Anteigungsmittel, viskosi- tätssteigernde Substanz beim Verformen und Kneten ist grundsätzlich nicht kritisch.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der gemäß Kneten und/oder Verformen erhaltene Formkörper mindestens einer Trocknung unterzogen, die im Allgemeinen bei einer Temperatur im Bereich von 25 bis 300 °C, bevorzugt im Bereich von 50 bis 300 0C und besonders bevorzugt im Bereich von 100 bis 300 0C durchgeführt wird. Ebenso ist es möglich, im Vakuum oder unter Schutzgasatmosphäre oder durch Sprühtrocknung zu trocknen.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird im Rahmen dieses Trock- nungsvorgangs mindestens eine der als Additive zugesetzten Verbindungen zumindest teilweise aus dem Formkörper entfernt.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein poröses metallorganisches gerüstmaterial erhältlich aus einem erfindungsgemäßen Verfahren zur dessen Herstel- lung. Hierbei weist das Gerüstmaterial vorzugsweise die weiter oben für Gerüstmaterialien im Allgemeinen angegeben spezifischen Oberflächen (nach Langmuir) auf.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung eines porösen metallorganischen Gerüstmaterials enthaltend mindestens ein Metall ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Be", Mg", Ca", Sr", Ba", Al'", Ga'" und In'" und mindestens eine mindestens zweizähnige organische Verbindung, wobei die organische Verbindung zumindest zwei Atome jeweils unabhängig ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Sauerstoff, Schwefel und Stickstoff aufweist, über die die organische Verbindung an das Metall koordinativ bindet, insbesondere ein Gerüstmaterial erhältlich aus dem erfindungsgemäßen Verfahren, zur Aufnahme mindestens eines Stoffes zu dessen Speicherung, Abtrennung, kontrollierten Abgabe oder chemischen Umsetzung sowie als Trägermaterial, beispielsweise für Metalle, Metalloxide, Metallsulfide oder andere Gerüststrukturen.
Bei dem mindestens einen Stoff kann es sich um ein Gas oder eine Flüssigkeit handeln. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Stoff um ein Gas.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden vereinfachend die Begriffe "Gas" und "Flüssigkeit" verwendet, wobei hier jedoch ebenso Gasgemische sowie Flüssigkeits- gemische beziehungsweise flüssige Lösungen unter dem Begriff "Gas" beziehungsweise "Flüssigkeit" zu verstehen sind. Bevorzugte Gase sind Wasserstoff, Kohlenwasserstoffe, insbesondere Methan, Ethan, Ethen, Acetylen, Propan, n-Butan sowie i-Butan, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Stickoxide, Sauerstoff, Schwefeloxide, Halogene, halogenierte Kohlenwasserstoffe, NF3, SF6, Ammoniak, Borane, Phosphene, Schwefelwasserstoff, Amine, Formaldehyd, Edelgase, insbesondere Helium, Neon, Argon, Krypton sowie Xenon.
Insbesondere bevorzugt ist die Verwendung eines erfindungsgemäßen metallorganischen Gerüstmaterials, bei dem das Metall Al'" oder Mg" ist, zur Wasserstoffspeiche- rung.
Bei dem mindestens einen Stoff kann es sich jedoch auch um eine Flüssigkeit handeln. Beispiele für eine solche Flüssigkeit sind Desinfektionsmittel, anorganische oder organische Lösemittel, Treibstoffe - insbesondere Benzin oder Diesel -, Hydraulik-, Kühler-, Bremsflüssigkeit oder ein öl, insbesondere Maschinenöl. Weiterhin kann es sich bei der Flüssigkeit um halogenierte aliphatische oder aromatische, cyclische oder acyc- lische Kohlenwasserstoffe oder Mischungen davon handeln. Insbesondere kann die Flüssigkeit Aceton, Acetonitril, Anilin, Anisol, Benzol, Benzonitril, Brombenzol, Butanol, tert.-Butanol, Chinolin, Chlorbenzol, Chloroform, Cyclohexan, Diethylenglykol, Diethy- lether, Dimethylacetamid, Dimethylformamid, Dimethylsulfoxid, Dioxan, Eisessig, Essigsäureanhydrid, Essigsäureethylester, Ethanol, Ethylencarbonat, Ethylendichlorid, Ethylenglykol, Ethylenglykoldimethylether, Formamid, Hexan, Isopropanol, Methanol, Methoxypropanol, 3-Methyl-1 -butanol, Methylenchlorid, Methylethylketon, N-Methyl- formamid, N-Methylpyrrolidon, Nitrobenzol, Nitromethan, Piperidin, Propanol, Propy- lencarbonat, Pyrridin, Schwefelkohlenstoff, Sulfolan, Tetrachlorethen, Tetrachlorkohlenstoff, Tetrahydrofuran, Toluol, 1 ,1,1-Trichlorethan, Trichlorethylen, Triethylamin, Triethylenglykol, Triglyme, Wasser oder Mischungen hiervon handeln.
Weiterhin kann der mindestens eine Stoff ein Geruchsstoff sein.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem Geruchsstoff um eine flüchtige organische oder anorganische Verbindung, die mindestens eines der Elemente Stickstoff, Phosphor, Sauerstoff, Schwefel, Fluor, Chlor, Brom oder lod enthält oder ein ungesättigter oder aromatischer Kohlenwasserstoff oder ein gesättigter oder ungesättigter Aldehyd oder ein Keton ist. Mehr bevorzugte Elemente sind Stickstoff, Sauerstoff, Phosphor, Schwefel, Chlor, Brom; insbesondere bevorzugt sind Stickstoff, Sauerstoff, Phosphor und Schwefel.
Insbesondere handelt es sich bei dem Geruchsstoff um Ammoniak, Schwefelwasser- stoff, Schwefeloxide, Stickoxide, Ozon, cyclische oder acyclische Amine, Thiole, Thio- ether sowie Aldehyde, Ketone, Ester, Ether, Säuren oder Alkohole. Besonders bevor- zugt sind Ammoniak, Schwefelwasserstoff, organische Säuren (bevorzugt Essigsäure, Propionsäure, Buttersäure, Isobuttersäure, Valeriansäure, Isovaleriansäure, Capron- säure, Heptylsäure, Laurinsäure, Pelargonsäure) sowie cyclische oder acyclische Kohlenwasserstoffe, die Stickstoff oder Schwefel enthalten sowie gesättigte oder ungesät- tigte Aldehyde, wie Hexanal, Heptanal, Oktanal, Nonanal, Decanal, Octenal oder No- nenal und insbesondere flüchtige Aldehyde wie Butyraldehyd, Propionaldehyd, Acetal- dehyd und Formaldehyd und weiterhin Treibstoffe wie Benzin, Diesel (Inhaltsstoffe).
Bei den Geruchsstoffen kann es sich auch um Riechstoffe, die beispielsweise zur Her- Stellung von Parfümen verwendet werden, handeln. Beispielhaft seien als Riechstoffe oder öle, die solche Riechstoffe freisetzen zu nennen: ätherische öle, Basilikumöl, Geranienöl, Minzöl, Canangabaumöl, Kardamomöl, Lavendelöl, Pfefferminzöl, Muskat- öl, Kamillenöl, Eukalyptusöl, Rosmarinöl, Zitronenöl, Limettenöl, Orangenöl, Bergamot- tenöl, Muskatellersalbeiöl, Korianderöl, Zypressenöl, 1,1-Dimethoxy-2-pherylethan, 2,4- Dimethyl-4-phenyltetrahydrofuran, Dimethyltetrahydrobenzaldehyd, 2,6-Dimethyl-7- octen-2-ol, 1,2-Diethoxy-3,7-dimethyl-2,6-octadien, Phenylacetaldehyd, Rosenoxid, Ethyl-2-methylpentanoat, 1 -(2,6,6-Trimethyl-1 ,3-cyclohexadien-1 -yl)-2-buten-1 -on, Ethylvanillin, 2,6-Dimethyl-2-octenol, 3,7-Dimethyl-2-octenol, tert-Butylcyclohexyl- acetat, Anisylacetate, Allylcyclohexyloxyacetat, Ethyllinalool, Eugenol, Cumarin, Ethyl- acetacetat, 4-Phenyl-2,4,6-trimethyl-1,3-dioxan, 4-Methylen-3,5,6,6-tetramethyl-2- heptanon, Ethyltetrahydrosafranat, Geranylnitril, cis-3-Hexen-1-ol, cis-3-Hexenylacetat, cis-3-Hexenylmethylcarbonate, 2,6-Dimethyl-5-hepten-1-al, 4-(Tricyclo[5.2.1.OJdecyli- dene)-8-butanal, 5-(2,2,3-Trimethyl-3-cyclopentenyl)-3-methylpentan-2-ol, p-tert-Butyl- alpha-methylhydrozimtaldehyd, Ethyl[5.2.1.0]tricyclodecancarboxylat, Geraniol, Citro- nellol, Citral, Linalool, Linalylacetat, Jonone, Phenylethanol oder Mischungen hiervon.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung weist ein flüchtiger Geruchsstoff vorzugsweise einen Siedepunkt oder Siedepunktsbereich von weniger als 300 0C auf. Mehr bevorzugt ist der Geruchsstoff eine leicht flüchtige Verbindung oder Gemisch. Insbesondere bevorzugt weist der Geruchsstoff einen Siedepunkt oder Siedebereich von weniger als 250 0C, mehr bevorzugt weniger als 230 0C, insbesondere bevorzugt weniger als 200 0C auf.
Bevorzugt sind ebenfalls Geruchsstoffe, die eine hohe Flüchtigkeit aufweisen. Als Maß für die Flüchtigkeit kann der Dampfdruck herangezogen werden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung weist ein flüchtiger Geruchsstoff vorzugsweise einen Dampfdruck von mehr als 0,001 kPa (20°C) auf. Mehr bevorzugt ist der Geruchsstoff eine leicht flüchtige Verbindung oder Gemisch. Insbesondere bevorzugt weist der Geruchsstoff einen Dampfdruck von mehr als 0,01 kPa (200C) auf, mehr bevorzugt einen Dampf- druck von mehr als 0,05 kPa (200C) auf. Besonders bevorzugt weisen die Geruchsstoffe einen Dampfdruck von mehr als 0,1 kPa (20°C) auf. Beispiele
Beispiel 1 Drucklose Herstellung eines AI-BDC-MOFs in DMF
5,8 g Terephthalsäure (BDC) und 26 g AI(NO3)3*9H2O werden in 100 ml DMF suspendiert und die Mischung 16 h unter Rückfluss bei 133 °C gerührt. Anschließend wird der Feststoff abfiltriert, mit 20 ml Methanol gewaschen und in einem Vakuumtrocken- schrank bei 2000C 16 h lang getrocknet. Abschließend wird das Pulver 3 Tage lang in einem Muffelofen (100 l/h Luft) bei 330 0C nachbehandelt (Aufheizen mit ca. 75 °C/h).
Es werden 7,7 g eines hellbraunen Pulvers erhalten mit einer Oberfläche von 1267 m2/g (nach Langmuir). Das Diffraktogramm (XRD) ist in Fig. 1 dargestellt. Für sämtliche Diffraktogramme wird die Probe ungemörsert unter einer N2-Glocke präpariert und mit einer Styroflexfolie luftdicht überzogen. Die Probe wird an einem Gerät D5000 der Firma Siemens mit einer Cu-Anode bei einer Schrittbreite von 0,02° und einer Schrittgeschwindigkeit von 3,6 s aufgenommen.
Beispiel 2 Drucklose Herstellung eines AI-BDC-MOFs in DMF
19,9 g Terephthalsäure (BDC) und 23,3 g AI2(SO4)3*18H2O werden in 100 ml DMF suspendiert und die Mischung 16 h unter Rückfluss bei 130 °C gerührt (350 U/min). Anschließend wird der Feststoff abfiltriert, mit 3 x 20 ml DMF und 20 ml Methanol gewa- sehen und in einem Vakuumtrockenschrank bei 200°C 16 h lang getrocknet. Abschließend wird das Pulver 3 Tage lang in einem Muffelofen (100 l/h Luft) bei 330 °C nachbehandelt (Aufheizen mit ca. 75 °C/h).
Es werden 15,7 g Produkt erhalten mit einer Oberfläche von 1398 m2/g (nach Lang- muir).
Beispiel 3 Drucklose Herstellung eines AI-BDC-MOFs in DEF
19,9 g Terephthalsäure (BDC) und 23,3g AI2(SO4)3*18H2O werden in 100 ml DEF suspendiert und die Mischung 16 h bei einer Außentemperatur des Ölbades von 130 0C gerührt (290 U/min). Der Ansatz ruht zunächst ca. 60 h bei Raumtemperatur. Anschließend wird der Feststoff abfiltriert, mit 7 x 20 ml DMF und 2 x 20 ml Methanol gewaschen und in einem Vakuumtrockenschrank bei 200°C 16 h lang getrocknet. Abschlie- ßend wird das Pulver 3 Tage lang in einem Muffelofen (100 l/h Luft) bei 330 0C nachbehandelt (Aufheizen mit ca. 75 °C/h). Es werden 16 g Produkt erhalten mit einer Oberfläche von 1425 m2/g (nach Langmuir). Das Diffraktogramm (XRD) ist in Fig. 3 dargestellt.
Vergleichsbeispiel 4 Drucklose Herstellung eines AI-BDC-MOFs in Wasser
5,8 g Terephthalsäure (BDC) und 23,3 g AI2(SO4)3*18H2O werden in 100 ml Wasser suspendiert und die Mischung 3 Tage unter Rückfluss bei 100 0C gerührt (500 U/min). Der Ansatz ruht zunächst ca. 60 h bei Raumtemperatur. Anschließend wird der Feststoff abfiltriert, mit 3 x 20 ml Wasser und 3 x 20 ml Methanol gewaschen und in einem Vakuumtrockenschrank bei 2000C 16 h lang getrocknet. Abschließend wird das Pulver 3 Tage lang in einem Muffelofen (100 l/h Luft) bei 330 °C nachbehandelt (Aufheizen mit ca. 75 °C/h).
Es werden lediglich 1 ,5 g Produkt erhalten mit einer Oberfläche von 1416 m2/g (nach Langmuir).
Vergleichsbeispiel 5 Herstellung eines AI-BDC-MOFs in Wasser unter Druck und ohne Nachbehandlung
5,76 g Terephthalsäure (BDC) und 26 g AI(NO3)3*9H2O werden in 100 ml Wasser suspendiert und die Mischung bei Umgebungsbedingungen 30 min verrührt. Anschließend wird der Ansatz in einem Berghoff-Autoklaven ("Teflon-Liner") 3 Tage bei 220 °C gehalten. Nach Filtrieren wird mit 5 x 20 ml Wasser gewaschen und 3 Tage lang in Muffelofen (100 l/h Luft) bei 330 0C getrocknet.
Es werden lediglich 4,6 g Produkt erhalten mit einer Oberfläche von 319 m2/g (nach Langmuir). Das Diffraktogramm (XRD) ist in Fig. 2 dargestellt.
Vergleichsbeispiel 6 Herstellung eines AI-BDC-MOFs in DMF unter Druck
5,8 g Terephthalsäure (BDC) und 26 g AI(NO3)3*9H2O werden in 100 ml DMF suspendiert und die Mischung bei Umgebungsbedingungen 10 min verrührt. Anschließend wird der Ansatz in einem Berghoff-Autoklaven ("Teflon-Liner") 1 Tage bei 170 °C gehalten. Nach Filtrieren wird mehrmals mit DMF und anschließend mehrmals mit Aceton gewaschen. Das Produkt wurde zunächst im Vakuumtrockenschrank bei 1300C 20 h vorgetrocknet und 3 Tage lang in einem Muffelofen (100 l/h Luft) bei 330 0C getrocknet. Es werden 7,8 g Produkt erhalten mit einer Oberfläche von 1196 m2/g (nach Langmu- ir). Ein Scale up konnte nicht durchgeführt werden.
Beispiel 7 Drucklose Herstellung eines AI-BDC-MOFs in DMF (Scale up)
292,9 g Terephthalsäure (BDC) und 250,1 g AI2(SO4)3*18H2O werden in 1257 g DMF suspendiert und unter Rühren 24 h auf 130 0C erwärmt. Anschließend wird die Sus- pension filtriert und der Filterkuchen mehrmals mit DMF nachgewaschen. Der Filterkuchen wird zunächst zwei Tage an Luft vorgetrocknet und anschließend 72 h bei 320 °C in einem Muffelofen unter Luftatmosphäre getrocknet.
Es werden 192 g Produkt erhalten mit einer Oberfläche von 1483 m2/g (nach Lang- muir).
Beispiel 8 Drucklose Herstellung eines AI-BDC-MOFs
19,9 g Terephthalsäure (BDC) und 23,3 g AI2(SO4)3*18H2O werden in 100 g NMP suspendiert und unter Rühren 24 h auf 130 0C erwärmt. Anschließend wird die Suspension filtriert und der Filterkuchen mehrmals mit NMP nachgewaschen. Der Filterkuchen wird zunächst zwei Tage an Luft vorgetrocknet und anschließend 72 h bei 320 °C in einem Muffelofen unter Luftatmosphäre getrocknet.
Es werden 15,1 g Produkt erhalten mit einer Oberfläche von 1134 m2/g (nach Lang- muir).
Beispiel 9 Isobuten-Polymerisation mit Hilfe des Gerüstmaterials aus Beispiel 3
5 g Gerüstmaterial werden in einem 300 ml Stahlautoklaven vorgelegt und mit 100 g Toluol versetzt. In den verschlossenen Autoklaven werden 82 ml flüssiges Isobuten eingepresst. Der Autoklav wurde 3 h bei 170 °C gehalten. Nach Abkühlen wird die Flüssigphase im GC analysiert (GC-FI%): Enthalten sind u.a. 68 % C4, 26 % C8. Daneben werden auch höhere Olefine zum Beispiel 2,3 % Ci6 und 1,7 % C20 gefunden. Beispiel 10 Speicherung von H2 mit Hilfe des Gerüstmaterials aus Beispiel 7
Der AI-MOF aus Beispiel 7 wird vor der Messung bei einem Druck kleiner 1 mbar bei 800C 5 Stunden evakuiert. 161 ,96 g des getrockneten Produkts werden in einen leeren Behalten überführt. Dieser wird anschließend auf 77 K abgekühlt und evakuiert. Über eine Gasdosierungseinrichtung werden portionsweise Wasserstoff zugegeben und jeweils die aufgenommene Menge gravimetrisch bestimmt. Bei 50,3 bar erreicht der Al- MOF eine Wasserstoffaufnahme von etwa 3 wt%.
Beispiel 11 Speicherung von Methan mit Hilfe des Gerüstmaterials aus Beispiel 7
Der AI-MOF aus Beispiel 7 wird vor der Messung bei einem Druck kleiner 1 mbar bei 80°C 5 Stunden evakuiert. 161 ,96 g des getrockneten Produkts werden in einen leeren Behälter überführt. Dieser wird anschließend auf 25°C temperiert und evakuiert. Über eine Gasdosierungseinrichtung wurde portionsweise Methan zugegeben und jeweils die aufgenommene Menge gravimetrisch bestimmt. Bei 50,4 bar können so in der MOF-gefüllten Flasche 40,3 g/L, bei 99,7 bar sogar 79,8 g/L Methan gespeichert werden
Beispiel 12 Drucklose Herstellung eines AI-BDC-MOFs in DMF (Scale up)
398,7 g Terephthalsäure (BDC) und 466,5 g AI2(Sθ4)3*18H2O werden in 2000 ml DMF suspendiert und unter Rühren 24 h auf 115 0C erwärmt. Anschließend wird die Suspension filtriert und der Filterkuchen mehrmals mit 3x 400 ml DMF und 400 ml Methanol nachgewaschen. Der Filterkuchen wird zunächst mit N2 während 96 h trockengeblasen. Es wurden 375 g Produkt erhalten.
15 g des getrockneten Produkts werden in einem Soxhlet-Extraktor 48 h mit Methanol extrahiert und abfiltriert. Der Filterkuchen wurde mit 3x25 ml Methanol nachgewaschen und 24 h bei 110°C im Vakuumtrockenschrank getrocknet.
Die Oberfläche des extrahierten Materials betrug 1522 m2/g (nach Langmuir).
Beispiel 13 Drucklose Herstellung eines AI-BTC-MOFs in DMF
7,8 g Benzoltricarbonsäure (BTC) und 22,9 g AI(NO3)3*9H2O werden in 520,5 g DMF suspendiert und unter Rühren 4 Tage auf 130 0C erwärmt. Anschließend wird die Sus- pension filtriert und der Filterkuchen mit 2x 100 ml DMF und 4x100 ml Methanol nachgewaschen. Der Filterkuchen wird zunächst im Vakuumtrockenschrank bei 200°C 16 h getrocknet. Abschließend wird das Pulver 3 Tage lang in einem Muffelofen (100 l/h Luft) bei 330 0C nachbehandelt (Aufheizen mit ca. 75 °C/h).
Es werden 8,4 g Produkt erhalten mit einer Oberfläche von 1791 m2/g (nach Lang- muir).
Beispiel 14 Drucklose Herstellung eines AI-BTC-MOFs in DMF
7,8 g Benzoltricarbonsäure (BTC) und 14,7 g AICI3*6H2O werden in 520,5 g DMF suspendiert und unter Rühren 4 Tage auf 130 °C erwärmt. Anschließend wird die Suspension filtriert und der Filterkuchen mit 2x 100 ml DMF und 4x100 ml Methanol nachgewaschen. Der Filterkuchen wird zunächst im Vakuumtrockenschrank bei 200°C 16 h getrocknet. Abschließend wird das Pulver 3 Tage lang in einem Muffelofen (100 l/h Luft) bei 330 0C nachbehandelt (Aufheizen mit ca. 75 °C/h).
Es werden 10,9 g Produkt erhalten mit einer Oberfläche von 1451 m2/g (nach Lang- muir).
Vergleichsbeispiel 15 Drucklose Herstellung eines AI-BTC-MOFs in Wasser
7,8 g Benzoltricarbonsäure (BTC) und 22,9 g AI(NO3)3*9H2O werden in 130,8 g Wasser suspendiert und unter Rühren 4 Tage auf 100 0C erwärmt. Anschließend wird die Sus- pension filtriert und der Filterkuchen mit Wasser nachgewaschen. Der Filterkuchen wird im Vakuumtrockenschrank bei 150°C 2 Tagen getrocknet.
Es werden lediglich 0,6 g Produkt erhalten.
Vergleichsbeispiel 16 Hydrothermale Herstellung eines AI-BTC-MOFs in H2O
7,8 g Benzoltricarbonsäure (BTC) und 22,9 g AI(NO3)3*9H2O werden in 130,8 g Wasser suspendiert und in einem Berghoff-Autoklaven (Teflon-Liner) 4 Tage auf 130 °C er- wärmt. Anschließend wird die Suspension filtriert und der Filterkuchen mit Wasser nachgewaschen. Der Filterkuchen wird im Vakuumtrockenschrank bei 150°C 2 Tagen getrocknet.
Es werden lediglich 0,4 g Produkt erhalten. Beispiel 17/ Beispiel 18 Herstellung eines AI-BDC-MOFs in DMF
250,1 g Terephthalsäure (BDC) und 292,9 g AI2(SO4)3*18H2O werden in 1257 g DMF suspendiert und unter Rühren für 24 h auf 130 0C erwärmt. Anschließend wird die Suspension filtriert und der Filterkuchen mit DMF nachgewaschen. Der Filterkuchen wird 2 h bei 120°C im Trockenschrank getrocknet.
Anschließend wird die eine Hälfte bei 250°C im Trockenschrank 24 h lang calciniert. Der Gewichtsverlust beträgt 38,6%. Es entsteht ein Produkt mit einer Oberfläche von 634 m2/g.
Die andere Hälfte wird bei 320°C im Muffelofen während 3 h calciniert. Der Gewichtsverlust beträgt 59,8%. Es entsteht ein Produkt mit einer Oberfläche von 1368 m2/g.
Beispiel 19 Drucklose Herstellung eines AI-Campherdisäure-MOFs in DEF
7>4g (+)-Campherdisäure und 24 g AI(SO4)3*18H2O werden in 520,5 g DEF suspen- diert und unter Rühren 4 Tage auf 130 0C erwärmt. Anschließend wird die Suspension filtriert und der Filterkuchen mit 2x 100 ml DEF und 4x100 ml Methanol nachgewaschen. Der Filterkuchen wird im Vakuumtrockenschrank bei 200°C 16 h getrocknet. Es fallen 11,8 g eines Produkts mit einer Oberfläche von 429 m2/g (nach Langmuir) an. Das Diffraktogramm (XRD) ist in Fig. 4 dargestellt. 1 ,5 g des Produktes werden in sie- dendem Methanol in einer Soxhlet-Apparatur 16 h extrahiert und anschließend bei Raumtemperatur im Vakuum getrocknet. Die Oberfläche verbessert sich auf 555 m2/g.
Beispiel 20 Drucklose Herstellung eines AI-Butantetracarbonsäure-MOFs in DEF
8,7g 1,2,3,4-Butantetracarbonsäure und 48 g AI(SO4)3*18H2O werden in 520,5 g DEF suspendiert und unter Rühren 4 Tage auf 130 0C erwärmt. Anschließend wird die Suspension filtriert und der Filterkuchen mit 2x 100 ml DEF und 4x100 ml Methanol nachgewaschen. Der Filterkuchen wird im Vakuumtrockenschrank bei 200°C 16 h getrock- net. Es fallen 14,9 g eines Produkts mit einer Oberfläche von 518 m2/g (nach Langmuir) an. Beispiel 21 Drucklose Herstellung eines AI-Mercaptobernsteinsäure-MOFs in
DEF
5,6 g Mercaptobernsteinsäure und 27,8 g AI(NO3)3*9H2O werden in 520,5 g DEF suspendiert und unter Rühren 3 Tage auf 130 °C erwärmt. Anschließend wird die Suspension filtriert und der Filterkuchen mit 2x 100 ml DEF und 4x100 ml Methanol nachgewaschen. Der Filterkuchen wird im Vakuumtrockenschrank bei 200°C 16 h getrocknet. Es fallen 7,8 g eines Produkts mit einer Oberfläche von 488 m2/g (nach Langmuir) an. Das Diffraktogramm (XRD) ist in Fig. 5 dargestellt.
Beispiel 22 Drucklose Herstellung eines AI-1,4-Naphthalindicarbonsäure-MOFs in DMF
8 g 1 ,4-Naphthalindicarbonsäure und 27,8 g AI(NO3)3*9H2O werden in 520,5 g DMF suspendiert und unter Rühren 3 Tage auf 130 0C erwärmt. Anschließend wird die Suspension filtriert und der Filterkuchen mit 3x100 ml Methanol nachgewaschen. Der Filterkuchen wird im Vakuumtrockenschrank bei 200°C 16 h getrocknet. Es fallen 8,7 g eines Produkts an. Anschließend werden 1,5 g in einem Soxhlet-Extraktor 16 h mit Methanol extrahiert und 16 h bei Raumtemperatur im Vakuum getrocknet.
Es ergibt sich eine spezifische Oberfläche von 752 m2/g.
Beispiel 23 Drucklose Herstellung eines Mg-2,6-Naphthalindicarbonsäure-MOFs in DEF
4,9 g 2,6-Naphthalindicarbonsäure und 8,16 g Mg(NO3)2*6H2O werden in 1686 g DEF suspendiert und unter Rühren 24 h auf 105 °C erwärmt. Anschließend wird die Suspension filtriert und der Filterkuchen zunächst mit DMF und anschließend mit Chloroform nachgewaschen. Der Filterkuchen wird an Luft getrocknet. Es fallen 4,8 g eines Produkts an. Das getrocknete Produkt wird 2 Tage bei 330°C im Muffelofen calciniert.
Es fallen 3,6 g Produkt an. Das Diffraktogramm (XRD) ist in Fig. 6 dargestellt. Es handelt sich um eine kristalline Substanz mit einem für MOFs typischen Diffraktogramm. Beispiel 24 Herstellung eines AI-1,2,4,5-Benzoltetracarbonsäure-MOFs
9,4 g 1 ,2,4,5-Benzoltetracarbonsäure und 30,5 g AI(NO3)3*9H2O werden in 520,5 g DMF in einem 1 I-Rührkolben suspendiert, auf 130°C erwärmt und unter Rühren 72 h bei diesen Bedingungen gehalten. Das ausgefallene Produkt wird abfiltriert, mit 2 x 100 ml DMF und 4 x 100 ml Methanol gewaschen und im Vakuumtrockenschrank 16 h bei 2000C getrocknet. Abschließend wird das Produkt 72 h in einem Muffelofen unter Luftatmosphäre bei 3300C kalziniert.
Es werden 12,8 g Produkt mit einer N2-Oberfläche von 930 m2/g (nach Langmuir) erhalten.
Beispiel 25 Herstellung eines AI-Mercaptobernsteinsäure-MOFs
13,6 g Mercaptobemsteinsäure und 67,6 g AI(NO3)3*9H2O werden in 1246 g DMF in einem 2 I-Rührkolben suspendiert, auf 130°C erwärmt und unter Rühren 72 h bei diesen Bedingungen gehalten. Das ausgefallene Produkt wird abfiltriert, mit 1 x 200 ml DMF und 3 x 200 ml Methanol gewaschen und im Vakuumtrockenschrank 16 h bei 2000C getrocknet.
Es werden 17,7 g eines gelblichen Produkts mit einer N2-Oberfläche von 551 m2/g (nach Langmuir) erhalten.
Beispiel 26 Herstellung eines AI-Terephthalsäure-MOFs
239 kg Terephthalsäure und 279 kg AI2(SO4J3* 18H2O werden in 1500 kg DMF suspen- diert, auf 1300C erwärmt und unter Rühren 18 h bei diesen Bedingungen gehalten. Das ausgefallene Produkt wird abfiltriert, mit 3 x 500 I Aceton gewaschen. Anschließend wird der Filterkuchen zweimal in 500 I Methanol bei 60°C für 3 h resuspendiert und das Methanol anschließend wieder abfiltriert. Der Filterkuchen wird anschließend im Vakuum bei anfänglich 50°C, später 100°C getrocknet.
Es werden 249 kg eines weißen Materials erhalten. Nach einer Nachbehandlung im Muffelofen bei 3600C für 48 h unter Luftatmosphäre weist das Material eine N2- Oberfläche von 1400 m2/g auf. Das XRD ist in Fig. 7 dargestellt. Beispiel 27 Herstellung eines AI-lsophthalsäure-MOFs
7,23 g Isophthalsäure und 7,0 g AICI3*6H2O werden in 300 ml DMF in einem Rührkolben suspendiert, auf 1300C erwärmt und unter Rühren 20,5 h bei diesen Bedingungen gehalten. Das ausgefallene Produkt wird abfiltriert, mit 3 x 50 ml DMF und 4 x 50 ml Methanol gewaschen und im Vakuumtrockenschrank 16 h bei 110°C getrocknet.
Es werden 3,94 g eines gelben Produkts mit einer N2-Oberfläche von 1242 m2/g (nach Langmuir; Aktivierungstemperatur 1500C) erhalten. Laut Elementaranalyse enthält das Material 42,8% C, 8,8% AI und 4,5% H. Das XRD ist in Fig. 8 gezeigt.
Beispiel 28 Herstellung eines AI-4, 5-lmidazoldicarbonsäure-MOFs
5,17 g 4,5-1 midazoldicarbonsäure und 5,33 g AICI3*6H2O werden in 300 ml DMF in einem Rührkolben suspendiert, auf 1300C erwärmt und unter Rühren 20,5 h bei diesen Bedingungen gehalten. Das ausgefallene Produkt wird abfiltriert, mit 3 x 50 ml DMF und 4 x 50 ml Methanol gewaschen und im Vakuumtrockenschrank 72 h bei 110°C getrocknet.
Es werden 3,94 g eines schwach orangen Produkts mit einer N2-Oberfläche von 703 m2/g (nach Langmuir; Aktivierungstemperatur 150°C) erhalten. Laut Elementaranalyse enthält das Material 35,3% C, 8,5% AI und 3,7% H.
Beispiel 29 Herstellung eines AI-Cyclohexandicarbonsäure-MOFs
1 ,33 g Cyclohexandicarbonsäure (cis/trans-Gemisch) und 5,95 g AI(NO3)3*9H2O werden in 111 g DMF in einem Rührkolben suspendiert, auf 1300C erwärmt und unter Rühren 17 h bei diesen Bedingungen gehalten. Das ausgefallene Produkt wird abfiltriert, mit 2 x 50 ml DMF und 4 x 50 ml Methanol gewaschen und im Vakuumtrockenschrank 16 h bei 130°C getrocknet.
Es werden 3,94 g eines weißen Produkts mit einer N2-Oberfläche von 410 m2/g (nach Langmuir) erhalten. Das XRD ist in Fig. 9 gezeigt.
Beispiel 30 Herstellung eines Mg-Naphthalindicarbonsäure-MOFs
6,66 g 2,6-Naphthalindicarbonsäure und 10,98 g Mg(NO3)2*6H2O werden in 137 g DMF in einem Rührkolben suspendiert, auf 130°C erwärmt und unter Rühren 48 h bei diesen Bedingungen gehalten. Das in der Reaktion entstehende Wasser wird mit einem N2- Strom über eine Destillationsbrücke ausgetrieben. Das ausgefallene Produkt wird abfiltriert, 2 mal mit DMF und 2 mal mit Chloroform gewaschen. Der Filterkuchen wird zunächst bei Raumtemperatur getrocknet und abschließend 48 h bei 2500C kalziniert.
Es werden nach dem Trocknen 7,8 g bzw. nach dem Calcinieren 5,4 g Produkt erhalten. Die kalzinierte Form weist eine N2-Oberfläche (nach Langmuir) von 294 m2/g auf. Fig. 10 zeigt das XRD der getrockneten, Fig. 11 das der kalzinierten Form.
Beispiel 31 Herstellung eines Ca-5-tert-butyl-lsophthalsäure-MOFs
4,95 g 5-tert-butyl-lsophthalsäure und 9,75 g CaCI2*6H2O werden in 312,3 g DMF in einem Rührkolben suspendiert, auf 130°C erwärmt und unter Rühren 20 h bei diesen Bedingungen gehalten. Das ausgefallene Produkt wird abfiltriert, mit 1 x 50 ml DMF und 3 x 50 ml Methanol gewaschen und im Vakuumtrockenschrank 10 h bei 200°C getrocknet.
Es werden 4,9 g eines Produkt erhalten. Die N2-Oberfläche beträgt 5 m2/g (nach Langmuir) - es handelt sich hierbei offensichtlich um einen MOF mit nur geringer Porosität oder sehr engen Poren. Das XRD ist in Fig. 12 gezeigt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines porösen metallorganischen Gerüstmaterials den Schritte enthaltend
Umsetzung mindestens einer Metallverbindung mit mindestens einer mindestens zweizähnigen organischen Verbindung, die koordinativ an das Metall binden kann, in Gegenwart eines nicht-wässrigen organischen Lösemit- tels, wobei das Metall Be", Mg", Ca", Sr", Ba", Al'", Ga'" oder In'" ist und wobei die organische Verbindung zumindest zwei Atome jeweils unabhängig ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Sauerstoff, Schwefel und Stickstoff aufweist, über die die organische Verbindung an das Metall koordinativ binden kann, wobei die Umsetzung unter Rühren und bei einem Druck von höchstens 2 bar (absolut) erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umsetzung bei höchstens 1230 mbar (absolut), vorzugsweise bei Atmosphärendruck durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Umsetzung ohne zusätzliche Base erfolgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zweizähnige organische Verbindung eine Di-, Tri- oder Tetracarbonsäure ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall Al'" ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das nicht-wässrige organische Lösemittel ein d-6-Alkanol, DMSO, DMF, DEF, Aceto- nitril, Toluol, Dioxan, Benzol, Chlorbenzol, MEK, Pyridin, THF, Essigsäureethyl- ester, gegebenenfalls halogeniertes Ci-2oo-Alkan, Sulfolan, Glykol, NMP, gamma- Butyrolacton, alicyclische Alkohole, Ketone, Cycloketone, Sulfolen oder eine Mischung davon ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Umsetzung das gebildete Gerüstmaterial mit einem organischen Löse- mittel nachbehandelt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Umsetzung ein Calcinierungsschritt erfolgt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallverbindung nicht-ionisch und/oder das Gegenion zum Metallkation von einem protischen Lösemittel abgeleitet ist.
10. Poröses metallorganisches Gerüstmaterial erhältlich aus einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
11. Gerüstmaterial nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass dieses eine spezifische Oberfläche von mehr als 10 m2/g nach Langmuir aufweist.
12. Verwendung eines porösen metallorganischen Gerüstmaterials nach Anspruch 10 zur Aufnahme mindestens eines Stoffes zu dessen Speicherung, Abtrennung, kontrollierten Abgabe oder chemischen Umsetzung sowie als Trägermaterial.
13. Verwendung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall Al'" oder Mg" ist und das Gerüstmaterial zur Wasserstoffspeicherung dient.
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