Metal-organické sítě (MOFy) jsou organokovové koordinační polymery, které se skládají z anorganických kovových stavebních dílů propojených organickými ligandy zvanými linkery. Stabilita MOFů je hlavním kritériem pro různé potencionální aplikace či praktické využití MOFů. Tato bakalářská práce se věnuje konkrétně třem vybraným MOFům, a to Zr-UiO-66, Hf-UiO-66 a Ce-UiO-66 s ohledem na jejich environmentální aplikace. V této práci bylo cílem porovnat stability vybraných MOFů ve vodném prostředí při různém pH. Nejprve byla zjišťována stabilita všech vybraných MOFů v závislosti na pH a poté rychlost rozpadu MOFů ve vodě při 4 hodnotách pH. Koncentrace uvolněného linkeru, udávající míru degradace MOFu, z MOFu do roztoku byla měřena pomocí kapalinového chromatografu. Zjistilo se, že bez ohledu na drobné rozdíly jsou vybrané MOFy stabilní ve svém přirozeném počátečním pH, ale jakmile se hodnota pH zvýší nad 5,0, tak dochází k postupnému uvolňování linkeru a tedy k degradaci MOFu. Všechny studované MOFy jsou obecně citlivé na alkalické prostředí, to znamená, že při aplikacích by se MOF v takovém prostředí neměl objevit. Jako nejméně stabilní vyšel Ce-UiO-66 v porovnání s ostatními.
Anotace v angličtině
Metal-organic frameworks (MOFs) are organometallic coordination polymers that consist of inorganic metal building blocks interconnected by organic ligands called linkers. The stability of MOFs is the main criterion for various potential applications or practical use of MOFs. This bachelor thesis deals specifically with three selected MOFs, namely Zr-UiO-66, Hf-UiO-66 and Ce-UiO-66 and their connection to environmental applications. The aim of this work was to compare the structures of selected MOFs in the aqueous environment at different pH values. First, the stability of all selected MOFs was determined according to pH values and then the rate of decomposition of MOFs in 4 pH values. The concentration of released linker, an indicater of MOF decomposition degree, from MOF in the solution was measured by liquid chromatography. Regardless of minor differences, allselected MOFs are stable at their natural initial pH, but when the pH rises above 5,0 the linker is gradually released and thus the MOF degrades. All studied MOFs are generally sensitive to alkaline environments, meaning that MOFs should not appear in such environments during applications. Ce-UiO-66 was found to be the least stable than others.
Klíčová slova
metal-organické sítě (MOFy), stabilita, Zr-UiO-66, Hf-UiO-66, Ce-UiO-66
Metal-organické sítě (MOFy) jsou organokovové koordinační polymery, které se skládají z anorganických kovových stavebních dílů propojených organickými ligandy zvanými linkery. Stabilita MOFů je hlavním kritériem pro různé potencionální aplikace či praktické využití MOFů. Tato bakalářská práce se věnuje konkrétně třem vybraným MOFům, a to Zr-UiO-66, Hf-UiO-66 a Ce-UiO-66 s ohledem na jejich environmentální aplikace. V této práci bylo cílem porovnat stability vybraných MOFů ve vodném prostředí při různém pH. Nejprve byla zjišťována stabilita všech vybraných MOFů v závislosti na pH a poté rychlost rozpadu MOFů ve vodě při 4 hodnotách pH. Koncentrace uvolněného linkeru, udávající míru degradace MOFu, z MOFu do roztoku byla měřena pomocí kapalinového chromatografu. Zjistilo se, že bez ohledu na drobné rozdíly jsou vybrané MOFy stabilní ve svém přirozeném počátečním pH, ale jakmile se hodnota pH zvýší nad 5,0, tak dochází k postupnému uvolňování linkeru a tedy k degradaci MOFu. Všechny studované MOFy jsou obecně citlivé na alkalické prostředí, to znamená, že při aplikacích by se MOF v takovém prostředí neměl objevit. Jako nejméně stabilní vyšel Ce-UiO-66 v porovnání s ostatními.
Anotace v angličtině
Metal-organic frameworks (MOFs) are organometallic coordination polymers that consist of inorganic metal building blocks interconnected by organic ligands called linkers. The stability of MOFs is the main criterion for various potential applications or practical use of MOFs. This bachelor thesis deals specifically with three selected MOFs, namely Zr-UiO-66, Hf-UiO-66 and Ce-UiO-66 and their connection to environmental applications. The aim of this work was to compare the structures of selected MOFs in the aqueous environment at different pH values. First, the stability of all selected MOFs was determined according to pH values and then the rate of decomposition of MOFs in 4 pH values. The concentration of released linker, an indicater of MOF decomposition degree, from MOF in the solution was measured by liquid chromatography. Regardless of minor differences, allselected MOFs are stable at their natural initial pH, but when the pH rises above 5,0 the linker is gradually released and thus the MOF degrades. All studied MOFs are generally sensitive to alkaline environments, meaning that MOFs should not appear in such environments during applications. Ce-UiO-66 was found to be the least stable than others.
Klíčová slova
metal-organické sítě (MOFy), stabilita, Zr-UiO-66, Hf-UiO-66, Ce-UiO-66
a. Vypracovat rešerši na téma metal-organické sítě (MOFů)
d. Detailněji popsat stabilitu MOFů \textendash typy a její vztah k environmentálním aplikacím
b. Detailněji popsat vybrané MOFy pro experimentální část, zejména se zaměřit na jejich potenciál v environmentálních aplikacích (adsorpce polutantů, katalytický rozklad polutantů apod.)
2. Experimentální část
a. Syntéza vybraných MOFů
b. Studium stability vybraných MOFů ve vodném prostředí
3. Výsledky a diskuze
Zásady pro vypracování
1. Teoretická část
a. Vypracovat rešerši na téma metal-organické sítě (MOFů)
d. Detailněji popsat stabilitu MOFů \textendash typy a její vztah k environmentálním aplikacím
b. Detailněji popsat vybrané MOFy pro experimentální část, zejména se zaměřit na jejich potenciál v environmentálních aplikacích (adsorpce polutantů, katalytický rozklad polutantů apod.)
2. Experimentální část
a. Syntéza vybraných MOFů
b. Studium stability vybraných MOFů ve vodném prostředí
3. Výsledky a diskuze
Seznam doporučené literatury
1) J. H. Cavka, S. Jakobsen, U. Olsbye, N. Guillou, C. Lamberti, S. Bordiga, K. P. Lillerud, A new zirkonium inorganic building brick forming metal organic frameworks with exceptional stability. J. Am. Chem. Soc., 2008, 130, 13850-13851.
2) Ch. Janiak, J. K. Vieth, MOFs, MILs and More: Concepts, Properties and Applications for Porous Coordination Networks (PCNs). New J. Chem., 2010, 34, 2366-2388.
3) D. Bůžek, J. Demel, K. Lang, Zirconium Metal-Organic Framework UiO-66: Stability in an Aqueous Environment and Its Relevance for Organophosphate Degradation. Inorg. Chem., 2018, 57, 14290-14297.
4) S. Rojas, P. Horcajada, Metal-Organic Frameworks for the Removal of Emerging Organic Contaminants in Water. Chem. Rev., 2020, 120, 8378-8415.
5) S. Yuan, J.-S. Qin, C. T. Lollar, H.-C. Zhou, Stable Metal−Organic Frameworks with Group 4 Metals: Current Status and Trends. ACS Central Science, 2018, 4, 440-450.
Seznam doporučené literatury
1) J. H. Cavka, S. Jakobsen, U. Olsbye, N. Guillou, C. Lamberti, S. Bordiga, K. P. Lillerud, A new zirkonium inorganic building brick forming metal organic frameworks with exceptional stability. J. Am. Chem. Soc., 2008, 130, 13850-13851.
2) Ch. Janiak, J. K. Vieth, MOFs, MILs and More: Concepts, Properties and Applications for Porous Coordination Networks (PCNs). New J. Chem., 2010, 34, 2366-2388.
3) D. Bůžek, J. Demel, K. Lang, Zirconium Metal-Organic Framework UiO-66: Stability in an Aqueous Environment and Its Relevance for Organophosphate Degradation. Inorg. Chem., 2018, 57, 14290-14297.
4) S. Rojas, P. Horcajada, Metal-Organic Frameworks for the Removal of Emerging Organic Contaminants in Water. Chem. Rev., 2020, 120, 8378-8415.
5) S. Yuan, J.-S. Qin, C. T. Lollar, H.-C. Zhou, Stable Metal−Organic Frameworks with Group 4 Metals: Current Status and Trends. ACS Central Science, 2018, 4, 440-450.
Přílohy volně vložené
-
Přílohy vázané v práci
-
Převzato z knihovny
Ano
Plný text práce
Přílohy
Posudek(y) oponenta
Hodnocení vedoucího
Záznam průběhu obhajoby
Přítomní členové komise viz podpisy na protokolu o SZZ.
V rámci obhajoby bakalářské práce studentka představila svou práci formou prezentace v programu MS PowerPoint. Komentovány byly úvod do dané problematiky, cíle práce, použitá metodika i výsledky práce formou tabulek a grafů.
Obhajobě byli přítomni předseda a další členové komise SSZ: Mgr. Michal Holec, Ph.D., doc. Ing. Petr Vráblík, Ph.D., Ing. Miroslav Richter, Ph.D., EUR ING, Ing. Tomáš Lank a Mgr. et Mgr. Kateřina Marková, Ph.D.
Obhajobě byli přítomni rovněž vedoucí a oponent bakalářské práce.