scholarly journals Metal–organic frameworks for active food packaging. A review

2022 ◽  
Author(s):  
Afreen Sultana ◽  
Ajay Kathuria ◽  
Kirtiraj K. Gaikwad
Keyword(s):  
Food Packaging ◽  
Metal Organic Frameworks ◽  
Active Food Packaging ◽  
Metal Organic

scholarly journals Recent advances in carbon capture storage and utilisation technologies: a review

2020 ◽  
Author(s):  
Ahmed I. Osman ◽  
Mahmoud Hefny ◽  
M. I. A. Abdel Maksoud ◽  
Ahmed M. Elgarahy ◽  
David W. Rooney
Keyword(s):  
Adsorption Capacity ◽  
Oil Recovery ◽  
Carbon Capture ◽  
Food Packaging ◽  
Metal Organic Frameworks ◽  
Carbon Dioxide Separation ◽  
Recent Advances ◽  
Metal Organic ◽  
Industrial Level ◽  
Carbon Capture Storage

AbstractHuman activities have led to a massive increase in $$\hbox {CO}_{2}$$ CO 2 emissions as a primary greenhouse gas that is contributing to climate change with higher than $$1\,^{\circ }\hbox {C}$$ 1 ∘ C global warming than that of the pre-industrial level. We evaluate the three major technologies that are utilised for carbon capture: pre-combustion, post-combustion and oxyfuel combustion. We review the advances in carbon capture, storage and utilisation. We compare carbon uptake technologies with techniques of carbon dioxide separation. Monoethanolamine is the most common carbon sorbent; yet it requires a high regeneration energy of 3.5 GJ per tonne of $$\hbox {CO}_{2}$$ CO 2 . Alternatively, recent advances in sorbent technology reveal novel solvents such as a modulated amine blend with lower regeneration energy of 2.17 GJ per tonne of $$\hbox {CO}_{2}$$ CO 2 . Graphene-type materials show $$\hbox {CO}_{2}$$ CO 2 adsorption capacity of 0.07 mol/g, which is 10 times higher than that of specific types of activated carbon, zeolites and metal–organic frameworks. $$\hbox {CO}_{2}$$ CO 2 geosequestration provides an efficient and long-term strategy for storing the captured $$\hbox {CO}_{2}$$ CO 2 in geological formations with a global storage capacity factor at a Gt-scale within operational timescales. Regarding the utilisation route, currently, the gross global utilisation of $$\hbox {CO}_{2}$$ CO 2 is lower than 200 million tonnes per year, which is roughly negligible compared with the extent of global anthropogenic $$\hbox {CO}_{2}$$ CO 2 emissions, which is higher than 32,000 million tonnes per year. Herein, we review different $$\hbox {CO}_{2}$$ CO 2 utilisation methods such as direct routes, i.e. beverage carbonation, food packaging and oil recovery, chemical industries and fuels. Moreover, we investigated additional $$\hbox {CO}_{2}$$ CO 2 utilisation for base-load power generation, seasonal energy storage, and district cooling and cryogenic direct air $$\hbox {CO}_{2}$$ CO 2 capture using geothermal energy. Through bibliometric mapping, we identified the research gap in the literature within this field which requires future investigations, for instance, designing new and stable ionic liquids, pore size and selectivity of metal–organic frameworks and enhancing the adsorption capacity of novel solvents. Moreover, areas such as techno-economic evaluation of novel solvents, process design and dynamic simulation require further effort as well as research and development before pilot- and commercial-scale trials.

scholarly journals Development and study of materials with 'smart' properties for their potential use in food packaging

2019 ◽  
Author(s):  
Ζωή Λαδά
Keyword(s):  
Raman Spectroscopy ◽  
Food Packaging ◽  
Spin Crossover ◽  
Metal Organic Frameworks ◽  
Temperature Dependent ◽  
Metal Organic ◽  
Potential Use

Ο γενικός στόχος της παρούσας εργασίας ήταν η ανάπτυξη, χαρακτηρισμός ή/και μελέτη καινοτόμων αισθητήρων και παραγόντων δέσμευσης (scavengers) οι οποίοι μπορούν δυνητικά να χρησιμοποιηθούν σε «έξυπνα» υλικά συσκευασίας τροφίμων.Η παρούσα Διδακτορική Διατριβή χωρίζεται σε δύο κύρια μέρη. Στο πρώτο μέρος, το οποίο αποτέλεσε και μέρος ερευνητικής δραστηριότητας στο πλαίσιο του ερευνητικού έργου «Nanobarrier», επικεντρωθήκαμε στην ανάπτυξη/μελέτη/διερεύνηση θερμοκρασιακών αισθητήρων και ουσιών που δρουν ως παράγοντες δέσμευσης Ο2/υγρασίας, και στην εκτενή μελέτη/διερεύνηση του ασκορβικού οξέος (βασικού συστατικού των παραπάνω αισθητήρων / παραγόντων δέσμευσης). Προκειμένου να διασφαλιστεί η υγεία των καταναλωτών στην περίπτωση της δυνητικής αποδέσμευσης των αισθητήρων/scavengers στο τρόφιμο, η μελέτη αποδέσμευσης κρίθηκε απαραίτητη. Στο πλαίσιο αυτό, η ταχεία οξείδωση του ασκορβικού οξέος μπορεί να αναδείξει τη μελέτη της δυνητικής του αποδέσμευσης ως μια ιδιαίτερη πρόκληση. Όσον αφορά στην ανάπτυξη καινοτόμων παραγόντων δέσμευσης Ο2 ή/και υγρασίας (O2/moisture scavengers), προτάθηκαν ουσίες βασιζόμενες σε ενώσεις του δισθενούς σιδήρου. Για τις ουσίες αυτές εξετάστηκε και η ικανότητα τους να δρουν ως παράγοντες δέσμευσης Ο2/υγρασίας.Το φαινόμενο Spin Crossover (SCO) των 3d ενώσεων ένταξης αποτελεί διαχρονικά σημαντικό ερευνητικό πεδίο της Ανόργανης Χημείας. Η εμφάνιση του SCO φαινομένου, η μετάβαση δηλαδή από την κατάσταση υψηλού σπιν (HS) στην χαμηλού σπιν (LS) και το αντίστροφο, συνοδεύεται από ταυτόχρονη μεταβολή των δεσμικών αποστάσεων Μετάλου-Υποκαταστάτη, με την συνακόλουθη χρωματική αλλαγή του υλικού. Συμβατικά, η κατάσταση του σπιν μιας ένωσης μπορεί να καταγραφεί μέσω μετρήσεων του παράγοντα χΜΤ. Μιας και πλήθος άλλων παραγόντων, πέραν του σπιν, επηρεάζονται κατά το SCO, η κατάσταση του σπιν μπορεί να εξετασθεί και μέσω άλλων φασματοσκοπικών τεχνικών, συμπεριλαμβανομένης και της φασματοσκοπίας Raman για διάφορες τιμές θερμοκρασιών. Η εκμετάλλευση των δονητικών δεδομένων της φασματοσκοπίας Raman, σε SCO συστήματα, τόσο για τον δομικό χαρακτηρισμό αλλά κυρίως για την έμμεση παρακολούθηση της SCO συμπεριφοράς (ο πληθυσμός των ειδών HS ως συνάρτηση εξωτερικών ερεθισμάτων, όπως πίεση, θερμοκρασία κ.α.), εξακολουθεί να είναι ελλειμματική στην παρούσα βιβλιογραφία. Η ενσωμάτωση των ιδιοτήτων SCO σε Metal-Organic Frameworks (MOFs), οδηγεί σε μια ελκυστική υποκατηγορία πολυλειτουργικών MOFs με δυνητικές εφαρμογές στη μοριακή ανίχνευση. Τα πολυμερή ένταξης τύπου Hofmann με χημικό τύπο [Fe(pyrazine)M(CN)4] (M = Ni, Pt) θεωρούνται ως οι εκτενέστερα μελετημένες τέτοιου είδους ενώσεις. Στο δεύτερο μέρος της Διδακτορικής Διατριβής, εξετάσθηκε/μελετήθηκε σε βάθος η SCO συμπεριφορά μονοπυρηνικών ενώσεων του Fe(II) καθώς επίσης και ετερομεταλλικών Fe(II)/3d πολυμερών/ενώσεων ένταξης τύπου Hofmann μέσω της θερμοκρασιακώς εξαρτώμενης φασματοσκοπίας Raman (Temperature Dependent Raman Spectroscopy). Μια σχετική μελέτη της σύμπλοκης ένωσης [Fe(abpt)2{N(CN)2}2] (abpt = 4-αμινο-3,5-δις(πυριδίνη-2-υλο)-1,2,4 τριαζόλιο) περιγράφεται όσον αφορά στη θερμοκρασιακά επαγόμενη SCO ικανότητά της. Το δείγμα συντέθηκε με ελεγχόμενο τρόπο, ο οποίος επιτρέπει τον σχηματισμό νανοδομών με διαφορετικό εύρος μεγεθών. Τα δείγματα αυτά χαρακτηρίστηκαν λεπτομερώς σε μοριακό επίπεδο μέσω φασματοσκοπικών τεχνικών (Raman, ATR, UV/Vis) και p-XRD, ενώ διερευνήθηκαν και τα μορφολογικά χαρακτηριστικά τους μέσω ηλεκτρονικής μικροσκοπίας σάρωσης (SEM). Επιπρόσθετα, η επίδραση του μεγέθους των σωματιδίων στην SCO συμπεριφορά αναδείχθηκε μέσω των μετρήσεων Raman σε χαμηλές θερμοκρασίες. Εξετάσθηκε επίσης η επίδραση του τερματικού υποκαταστάτη μέσω της διεξαγωγής ανάλογης μελέτης για το σύμπλοκο [Fe(abpt)2(SCN)2]. Η SCO συμπεριφορά πολυμερών ένταξης με τον γενικό τύπο [FeII(L)2M(CN)4], όπου L= πυραζίνη (pz), μεθυλοπυραζίνη (mpz) και 1,2-δι(4-πυριδυλο)αιθυλένιο (1,2 dipyeth) και M= Ni, Pt, για μεγέθη μικρο- και νάνο-μετρικής κλίμακας του εκάστοτε υλικού, εξετάστηκαν μέσω της θερμοκρασιακώς εξαρτώμενης φασματοσκοπίας Raman. Το φαινόμενο SCO είναι εκτενώς μελετημένο αλλά δεν έχει εξετασθεί έως τώρα η δυνητική του χρήση σε εφαρμογές ανίχνευσης μεταβολής της θερμοκρασίας σε υλικά συσκευασιών τροφίμων. Στο πλαίσιο αυτό, μακρόπνοος στόχος της έρευνας αυτής αποτελεί η εκμετάλλευση του φαινομένου SCO για την ανάπτυξη θερμοκρασιακών αισθητήρων οι οποίοι θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν στις συσκευασίες κατεψυγμένων προϊόντων για την πιστοποίηση της καταλληλόλητας βρώσης ενός φαγητού. Η ανάπτυξη «έξυπνων συσκευασιών» μπορεί να επιτευχθεί με δύο τρόπους: μέσω της ενσωμάτωσης του αισθητήρα σε ολόκληρη τη συσκευασία ή μέσω της εναπόθεσης του αισθητήρα ως εξωτερικού επιθέματος στη συσκευασία. Κατά την παρούσα έρευνα πραγματοποιήθηκε και η μελέτη της πιθανής αποδέσμευσης του θερμοκρασιακού αισθητήρα που βρίσκεται ενσωματωμένος σε πολυμερικά φιλμ σε επιλεγμένους προσομοιωτές τροφίμων.

Metal-Organic Frameworks

2021 ◽  
Author(s):  
Lars Öhrström ◽  
Francoise M. Amombo Noa
Keyword(s):  
Metal Organic Frameworks ◽  
Metal Organic

Substrate templated synthesis of single-phase and uniform Zr-porphyrin-based metal–organic frameworks

2020 ◽  
Vol 7 (1) ◽  
pp. 221-231
Author(s):  
Seong Won Hong ◽  
Ju Won Paik ◽  
Dongju Seo ◽  
Jae-Min Oh ◽  
Young Kyu Jeong ◽  
...  
Keyword(s):  
Chemical Bath Deposition ◽  
Single Phase ◽  
Metal Organic Frameworks ◽  
Templated Synthesis ◽  
Pore Structures ◽  
Phase Pure ◽  
Metal Organic ◽  
Cbd Method

We successfully demonstrate that the chemical bath deposition (CBD) method is a versatile method for synthesizing phase-pure and uniform MOFs by controlling their nucleation stages and pore structures.

Tuning the Redox Activity of Metal−Organic Frameworks for Enhanced, Selective O2 Binding

2019 ◽  
Author(s):  
Andrew Rosen ◽  
M. Rasel Mian ◽  
Timur Islamoglu ◽  
Haoyuan Chen ◽  
Omar Farha ◽  
...  
Keyword(s):  
Density Functional ◽  
Metal Organic Frameworks ◽  
Redox Activity ◽  
Screening Methods ◽  
Bridging Ligands ◽  
Metal Centers ◽  
Computational Screening ◽  
Open Metal Sites ◽  
Metal Organic ◽  
Unsaturated Metal Sites

<p>Metal−organic frameworks (MOFs) with coordinatively unsaturated metal sites are appealing as adsorbent materials due to their tunable functionality and ability to selectively bind small molecules. Through the use of computational screening methods based on periodic density functional theory, we investigate O<sub>2</sub> and N<sub>2</sub> adsorption at the coordinatively unsaturated metal sites of several MOF families. A variety of design handles are identified that can be used to modify the redox activity of the metal centers, including changing the functionalization of the linkers (replacing oxido donors with sulfido donors), anion exchange of bridging ligands (considering μ-Br<sup>-</sup>, μ-Cl<sup>-</sup>, μ-F<sup>-</sup>, μ-SH<sup>-</sup>, or μ-OH<sup>-</sup> groups), and altering the formal oxidation state of the metal. As a result, we show that it is possible to tune the O<sub>2</sub> affinity at the open metal sites of MOFs for applications involving the strong and/or selective binding of O<sub>2</sub>. In contrast with O<sub>2</sub> adsorption, N<sub>2</sub> adsorption at open metal sites is predicted to be relatively weak across the MOF dataset, with the exception of MOFs containing synthetically elusive V<sup>2+</sup> open metal sites. As one example from the screening study, we predict that exchanging the μ-Cl<sup>-</sup> ligands of M<sub>2</sub>Cl<sub>2</sub>(BBTA) (H<sub>2</sub>BBTA = 1<i>H</i>,5<i>H</i>-benzo(1,2-d:4,5-d′)bistriazole) with μ-OH<sup>-</sup> groups would significantly enhance the strength of O<sub>2</sub> adsorption at the open metal sites without a corresponding increase in the N<sub>2</sub> affinity. Experimental investigation of Co<sub>2</sub>Cl<sub>2</sub>(BBTA) and Co<sub>2</sub>(OH)<sub>2</sub>(BBTA) confirms that the former exhibits only weak physisorption, whereas the latter is capable of chemisorbing O<sub>2</sub> at room temperature. The chemisorption behavior is attributed to the greater electron-donating character of the μ-OH<sup>-</sup><sub> </sub>ligands and the presence of H-bonding interactions between the μ-OH<sup>-</sup> bridging ligands and the O<sub>2</sub> adsorbate.</p>

Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document