Multifunctional Composites made of Metal-Organic Frameworks and Inorganic Nanoparticles
La present tesi doctoral ha estat dedicada a l'estudi, desenvolupament i implementació de materials compòsits fets d'estructures organometàl·liques (MOFs) i nanopartícules inorgàniques (INPs) amb funcionalitats augmentades que no són possibles d'obtenir pels materials constituents sol...
| Autor: | |
|---|---|
| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Fecha de publicación: | 2022 |
| País: | España |
| Institución: | Universitat Autònoma de Barcelona |
| Repositorio: | Dipòsit Digital de Documents de la UAB |
| Idioma: | inglés |
| OAI Identifier: | oai:ddd.uab.cat:265860 |
| Acceso en línea: | https://ddd.uab.cat/record/265860 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | Estructura metall-orgànica Estructura metal-orgánica Metal-organic frameworks Compòsits Compósitos Composites Nanopartícules Nanopartículas Nanoparticles Ciències Experimentals |
| Sumario: | La present tesi doctoral ha estat dedicada a l'estudi, desenvolupament i implementació de materials compòsits fets d'estructures organometàl·liques (MOFs) i nanopartícules inorgàniques (INPs) amb funcionalitats augmentades que no són possibles d'obtenir pels materials constituents sols. En el Capítol 1 es presenta un breu resum de l'estat actual del camp dels materials porosos cristal·lins. Des de la seva concepció, a casos on són aplicats exitosament en el camp de la indústria. Aquest capítol ofereix un cop d'ull als conceptes més importants per la síntesi i disseny d'aquesta classe de materials, així com les seves funcionalitats més útils. S'ha posat especial èmfasi en presentar treballs que combinen de forma exitosa MOFs amb altres materials funcionals per tal de compensar els desavantatges dels constituents individuals, o potenciar els seus punts forts. L'objectiu d'aquest capítol es el de contextualitzar el lector en el treball presentat en aquesta tesi. En el Capítol 2 es descriuen els objectius específics i generals d'aquesta tesi. En el Capítol 3 es presenta un material compòsit sintetitzat a través d'assecat per esprai aplicat a la purificació d'aigua. Aquest material, estructurat en forma de microperles, combina un MOF de la família del UiO-66 i INPs de CeO2. Tots dos materials són coneguts per la seva capacitat d'extraure diferents metalls pesants de l'aigua. Les microperles compòsit sintetitzades han estat provades per avaluar les seves capacitats absortives en multitud d'experiments incloent uns que simulaven mostres reals de rius contaminats. A més a més, el material estudiat és incorporat a un sistema de flux continuo en un prototip de columna de filtració de llit empacat fix per efectuar experiments de corbes d'esgotat i regeneració del material. Finalment, i per tal de demostrar la versatilitat de la síntesi d'assecat per esprai, vam desenvolupar microperles magnètiques mitjançant la incorporació simultània de INPs de CeO2 i Fe3O4 dintre de UiO-66-(SH)2. En el Capítol 4 s'integra un dels materials presentats en el capítol anterior, les microperles de UiO-66 amb INPs de CeO2 encapsulades en l'interior, dintre grànuls polimèrics de mida mil·limètrica per la purificació d'aigua. Aquest estudi està efectuat des del punt de vista no només d'estudi, sinó també de desenvolupar un producte. Tots els experiments estan efectuats utilitzant una gerra filtrant comercialitzada per Brita® en la qual els continguts del filtre original són reemplaçats pel nostre material. A més a més, els experiments de purificació es van efectuar seguint l'estàndard del "American National Standards Institute (ANSI) 53-2019, "Drinking Water Treatment Units - Health Effects Standard". Aquest és el estàndard que els productes comercials tenen que complir als EUA. Que nosaltres sapiguem, aquesta és la primera vegada que un material basat en MOFs és avaluat seguint les directrius d'un estàndard per la filtració d'aigua internacionalment reconegut. L'objectiu de la feina presentada és el d'acostar els materials basats en MOF a aplicacions reals de purificació d'aigua. En el Capítol 5, es presenta un material compòsit sintetitzat mitjançant assecat per esprai que combina el MOF UiO-66 amb nanobarres d'or recobertes amb una capa de sílice per la captura i alliberament de iode. Quan sún irradiades amb la freqüència de llum correcta, les nanobarres encapsulades generen calor gràcies a l'efecte fototèrmic, fet que indueix l'alliberament controlat del iode encapsulat. El nostre objectiu és utilitzar aquest alliberament controlat del nostre compòsit per aplicacions antibacterianes. Després de validar les propietats d'aquest compòsit, l'integrem amb un polímer per generar una membrana. Finalment, fem un estudi complet de l'adsorció i alliberament controlat de iode de les membranes així com experiments in vitro amb bacteris gram positiu i negatiu |
|---|