WO2009092777A1 - Poröse metallorganische gerüstmaterialien als trockenmittel - Google Patents

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WO2009092777A1
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Ulrich Müller
Christoph Kiener
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    • B01J2220/50—Aspects relating to the use of sorbent or filter aid materials

Definitions

  • the present invention relates to the use of porous organometallic frameworks as a desiccant.
  • Disturbing may be traces of water in such chemical reactions, which reduce the yield of a reaction or completely avoid the occurrence of such a reaction. Therefore, numerous methods have been developed to reduce the water content of organic liquids.
  • a simple possibility is to bring the solvent into contact with a desiccant so that the water in the solvent is bound to the desiccant so that the proportion of water in the organic solvent is correspondingly reduced.
  • Such known agents are molecular sieves, calcium chloride, magnesium sulfate and the like.
  • An object of the present invention is thus to supply new substances of such use.
  • the object is achieved by the use of a porous organometallic framework material comprising at least one at least bidentate organic compounds coordinated to at least one metal ion, as a drying agent for reducing or removing water from an organic liquid.
  • organometallic frameworks in addition to their adsorbent properties, are also outstandingly suitable for drying organic liquids, in particular for gases or for gas separation.
  • a desiccant for use as a desiccant to reduce or remove water from an organic liquid thus serve porous organometallic frameworks.
  • organometallic frameworks are known in the art and are described, for example, in US Pat. No. 5,648,508, EP-A-0 790 253, M. O'Keeffe et al., J. SoI. State Chem., 152 (2000), pages 3 to 20, H. Li et al., Nature 402, (1999), page 276, M. Eddaoudi et al., Topics in Catalysis ⁇ , (1999), pages 105 to 1 11, B. Chen et al., Science 291_, (2001), pages 1021 to 1023 and DE-A-101 11 230.
  • MOF organometallic frameworks
  • porous organometallic frameworks are those in which the organic compound as a ligand represents a mono-, bi- or polycyclic ring system which is selected from at least one of the heterocycles selected from the group consisting of pyrrole, alpha-pyridone and gamma-pyridone and has at least two nitrogen ring atoms.
  • the electrochemical preparation of such frameworks is described in WO-A 2007/131955.
  • the organometallic frameworks according to the present invention contain pores, in particular micro 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 (1983), 603-619, in particular on page 606.
  • the presence of micro- and / or mesopores can be checked by means of sorption measurements, these measurements determining the uptake capacity of the organometallic frameworks for nitrogen at 77 Kelvin according to DIN 66131 and / or DIN 66134.
  • the specific surface is preferably calculated according to the Langmuir model (DIN 66131, 66134) for an organometallic framework in powder form more than 100 m 2 / g, more preferably over 300 m 2 / g, more preferably more than 700 m 2 / g, even more preferably more than 800 m 2 / g, even more preferably more than 1000 m 2 / g and especially preferably more than 1200 m 2 / g.
  • Shaped bodies containing organometallic frameworks may have a lower active surface area; but preferably more than 150 m 2 / g, more preferably more than 300 m 2 / g, even more preferably more than 700 m 2 / g.
  • the metal component in the framework material according to the present invention is preferably selected from the groups Ia, IIa, IIIa, IVa to Villa and Ib to VIb. Particularly preferred are Mg, Ca, Sr, Ba, Sc, Y, Ln, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Re, Fe, Ro, Os, Co, Rh, Ir , Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, Hg, Al, Ga, In, Tl, Si, Ge, Sn, Pb, As, Sb and Bi, where Ln is lanthanide.
  • Lanthanides are La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, En, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb.
  • Zn, Al, Mg, Cu, Mn, Fe, Co, Ni, Ti, Zr, Y, Sc, V, In, Ca, Cr, Mo, W, Ln are furthermore particularly preferred.
  • Further preferred are Al, Cu, Zr, Y, Ln, Mn and Mg. In particular, Cu is preferred.
  • At least bidentate organic compound refers to an organic compound containing at least one functional group capable of having at least two coordinative bonds to a given metal ion, and / or to two or more, preferably two, metal atoms each having a coordinative bond train.
  • 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, -NO 2 , -B (OH) 2 , -SO 3 H, - Si (OH) 3 , -Ge (OH) 3 , -Sn (OH) 3 , -Si (SH) 4 ,
  • R for example, preferably represents an alkylene group having 1, 2, 3, 4 or 5 carbon atoms, for example a methylene, ethylene, n-propylene, i-propylene, n-butylene, i-butylene, tert-butylene or n-pentylene group, or an aryl group containing 1 or 2 aromatic nuclei such as 2 C ⁇ rings, which may optionally be condensed and may be independently substituted with at least one substituent, and / or which may each independently contain at least one heteroatom such as N, O and / or S.
  • functional groups are to be mentioned in which the abovementioned radical R is absent.
  • the functional groups can also be heteroatoms of a heterocycle.
  • nitrogen atoms are mentioned here.
  • 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 having 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 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 1 1 and especially preferably 1 to 10 C atoms such as 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 or 10 C atoms. In particular, methane, adamantane, acetylene, ethylene or butadiene are preferred.
  • the aromatic compound or the aromatic part of both the aromatic and the aliphatic compound may have one or more nuclei, for example two, three, four or five nuclei, wherein the nuclei may be present separately from each other and / or at least two nuclei in condensed form ,
  • the aromatic compound or the aromatic moiety of the both aliphatic and aromatic compounds has one, two or three nuclei, with one or two nuclei being particularly preferred.
  • each nucleus of the named compound may contain at least one heteroatom, such as, for example, N, O, S, B, P, Si, Al, preferably N, O and / or S.
  • aromatic compound or the aromatic moiety of both the aromatic and the aliphatic compound contains one or two C 6 cores, the two being present either separately or in condensed form.
  • benzene, naphthalene and / or biphenyl and / or bipyridyl and / or pyridyl may be mentioned as aromatic compounds.
  • the at least bidentate organic compound an aliphatic or aromatic, acyclic or cyclic hydrocarbon having 1 to 18, preferably 1 to 10 and in particular 6 carbon atoms, which also exclusively 2, 3 or 4 carboxyl groups as functional groups.
  • the at least bidentate organic compound is derived from a dicarboxylic acid such as oxalic acid, succinic acid, tartaric acid, 1,4-butanedicarboxylic acid, 1,4-butenedicarboxylic acid, 4-oxo-pyran-2,6-dicarboxylic acid, 1,6 Hexanedicarboxylic acid, decanedicarboxylic acid, 1,8-heptadecanedicarboxylic acid, 1,9-heptanecanedicarboxylic acid, heptadecanedicarboxylic acid, acetylenedicarboxylic acid, 1,2-benzenedicarboxylic acid, 1,3-benzenedicarboxylic acid, 2,3-pyridinedicarboxylic acid, pyridine-2,3 - dicarboxylic acid, 1, 3-butadiene-1, 4-dicarboxylic acid, 1, 4-benzenedicarboxylic acid, p-benzenedicarboxylic acid,
  • the at least bidentate organic compound is one of the above-exemplified dicarboxylic acid as such.
  • the at least bidentate organic compound may be derived from a tricarboxylic acid, such as
  • the at least bidentate organic compound is one of the above-exemplified tricarboxylic acids as such.
  • 1, 1-Dioxidperylo [1, 12-BCD] thiophene-3,4,9,10-tetracarboxylic acid perylenetetracarboxylic acids such as perylene-3,4,9,10-tetracarboxylic acid or perylene-1,12-sulfone-3, 4,9,10-tetra carboxylic acid, butanetetracarboxylic acids such as 1,2,3,4-butanetetracarboxylic acid or meso-1,2,3,4-butanetetracarboxylic acid, decane-2,4,6,8-tetracarboxylic acid, 1,4,7,10,13,16- Hexa-oxacyclooctadecane-2,3,1,1,12-tetracarboxylic acid, 1,2,4,5-benzenetetracarboxylic acid,
  • the at least bidentate organic compound is one of the above exemplified tetracarboxylic acids as such.
  • the at least one at least bidentate organic compound derives from or is a di-, tri- or tetracarboxylic acid.
  • the term "derive" in the context of the present invention means that the di-, tri- or tetracarboxylic acid can be present in the framework material in partially deprotonated or completely deprotonated form. Furthermore, the di-, tri- or tetracarboxylic acid may contain a substituent or independently of one another several substituents. Examples of such substituents are -OH, -NH 2 , -OCH 3 , -CH 3 , -NH (CH 3 ), -N (CH 3 ) 2 , -CN and halides.
  • the term "derive" in the context of the present invention means that the di-, tri- or tetracarboxylic acid can also be present in the form of the corresponding sulfur analogs.
  • the term "derive” in the context of the present invention means that one or more carboxylic acid functions can be replaced by a sulfonic acid group (-SO 3 H).
  • a sulfonic acid group may also occur in addition to the 2, 3 or 4 carboxylic acid functions.
  • Preferred heterocycles as at least bidentate organic compounds in which a coordinate bond takes place via the ring heteroatoms are the following substituted or unsubstituted ring systems:
  • each of the cores can contain at least one heteroatom, where two or more nuclei have identical or different heteroatoms may contain.
  • Suitable heteroatoms are, for example, N, O, S, B, P. 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 alkoxy group.
  • Particularly preferred at least bidentate organic compounds are imidazolates, such as 2-methylimidazolate, acetylenedicarboxylic acid (ADC), camphericarboxylic acid, fumaric acid, succinic acid, benzenedicarboxylic acids, such as phthalic acid, isophthalic acid, terephthalic acid (BDC), aminoterephthalic acid, triethylenediamine (TEDA), naphthalenedicarboxylic acids ( NDC), biphenyldicarboxylic acids such as 4,4'-biphenyldicarboxylic acid (BPDC), pyrazine dicarboxylic acids such as 2,5-pyrazine dicarboxylic acid, bipyridinedicarboxylic acids such as 2,2'-bipyridine dicarboxylic acids such as 2,2'-bipyridine-5,5'-dicarboxylic acid, benzene tricarboxylic acids such as 1, 2,3-, 1, 2,4-benzene
  • terephthalic acid 2,6- and 1,5-naphthalenedicarboxylic acid
  • isophthalic acid fumaric acid
  • 1,3,5-benzenetricarboxylic acid (BTC) trimellitic acid
  • glutaric acid 2,5-dihydroxyphthalphthalic acid
  • BTC 1,3,5-benzenetricarboxylic acid
  • the organometallic framework material may also comprise one or more monodentate ligands and / or one or more at least bidentate ligands which are not derived from a di-, tri- or tetracarboxylic acid.
  • the MOF may also comprise one or more monodentate ligands.
  • Suitable solvents for the preparation of the MOF include i.a. Ethanol, dimethylformamide, toluene, methanol, chlorobenzene, diethylformamide, dimethyl sulfoxide, water, hydrogen peroxide, methylamine, sodium hydroxide solution, N-methylpolidone ether, acetonitrile, benzyl chloride, triethylamine, ethylene glycol and mixtures thereof.
  • Other metal ions, at least bidentate organic compounds and solvents for the production of MOF include i.a. in US Pat. No. 5,648,508 or DE-A 101 11 230.
  • the pore size of the organometallic framework can be controlled by choice of the appropriate ligand and / or the at least bidentate organic compound. Generally, the larger the organic compound, the larger the pore size.
  • the pore size is preferably from 0.2 nm to 30 nm, and the pore size is particularly preferably in the range from 0.3 nm to 3 nm, based on the crystalline material. However, in a shaped body containing an organometallic framework material, larger pores also occur whose size distribution can vary. Preferably, however, more than 50% of the total pore volume, in particular more than 75%, of pores having a pore diameter of up to 1000 nm is formed.
  • 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 or up to 10 nm.
  • the pore distribution can be determined by means of mercury porosimetry.
  • organometallic frameworks The following are examples of organometallic frameworks.
  • the metal and the at least bidentate ligands the solvent and the cell parameters (angles ⁇ , ⁇ and ⁇ as well as the distances A, B and C in A) are also indicated. The latter were determined by X-ray diffraction.
  • Other organometallic frameworks are MOF-2 to 4, MOF-9, MOF-31 to 36, MOF-39, MOF-69 to 80, MOF103 to 106, MOF-122, MOF-125, MOF-150, MOF-177, MOF-178, MOF-235, MOF-236, MOF-500, MOF-501, MOF-502, MOF-505, IRMOF-1, IRMOF-61, IRMOP-13, IRMOP-51, MIL-17, MIL 45, MIL-47, M
  • organometallic frameworks are MIL-53, Zn-t-isophthalic acid, Al-BDC, MOF-5, IRMOF-8, Cu-BTC, Al-NDC, Al-AminoBDC, Cu-BDC-TEDA, Zn-BDC-TEDA , Al-BTC, Al-NDC, Mg-NDC, Al-fumarate, Zn-2-methylimidazolate, Zn-2-aminoimidazolate, Cu-biphenyldicarboxylate-TEDA, MOF-177, MOF-74. Further more preferred are Al-BDC and Al-BTC.
  • organometallic frameworks are Al terephthalate, Al fumarate, Mn terephthalate, Mg-NDC, Y-BDC, Y-imidazoledicarboxylate, Al-imidazoledicarboxylate, Cu-BTC and Zn-dihydroxyphthalate.
  • organometallic frameworks prepared in this way have particularly good properties in connection with the adsorption and desorption of chemical substances, in particular of gases.
  • the organometallic framework material precipitates in a powdery or crystalline form. This can be used as such as a desiccant in the inventive use alone or together with other desiccants or other materials. Furthermore, the organometallic framework material can be converted into a shaped body.
  • Another object of the present invention is therefore the use of an organometallic framework according to the invention as a shaped body.
  • Preferred methods here are the extrusion or tableting.
  • other materials such as binders, lubricants or other additives may be added to the organometallic framework.
  • mixtures of framework material and other desiccants are prepared as shaped articles or separately give shaped articles, which are then used as shaped-body mixtures.
  • pellets such as disc-shaped pellets, pills, spheres, granules, extrudates such as strands, honeycomb, mesh or hollow body may be mentioned.
  • Component B is preferably present as a shaped body.
  • Preferred embodiments are tablets and strand-like extrudates.
  • the shaped bodies preferably extend in at least one dimension of the space in the range from 0.2 mm to 30 mm, more preferably from 0.5 mm to 5 mm, in particular from 1 mm to 3 mm.
  • the middle weight of the mixture is typically in the range of 0.2 to 0.7 Kg / L.
  • the framework material can then be further processed according to the method described above to give a shaped body.
  • Kneading and molding may be done according to any suitable method as described, for example, in Ullmanns Enzyklopadie der Technischen Chemie, 4th Edition, Volume 2, pp. 313 et seq. (1972), the contents of which are incorporated by reference in the context of the present application in its entirety ,
  • pellets and / or tablets are produced.
  • the kneading and / or shaping can be at elevated temperatures such as in the range of room temperature to 300 0 C and / or at elevated pressure such as in the range of atmospheric pressure up to some hundred bar and / or in an inert gas atmosphere such as in the presence of at least one noble gas, nitrogen or a mixture of two or more thereof.
  • binders may be both viscosity-increasing and viscosity-reducing compounds.
  • Preferred binders include, for example, alumina or alumina-containing binders such as those described in WO 94/29408, silica such as described in EP 0 592 050 A1, mixtures of silica and alumina, such as those described in U.S.
  • 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
  • tetraalkoxysilanes such as tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetrapropoxysilane, tetrabutoxysilane, or trialkoxysilanes such as trimethoxysilane, triethoxysilane, tripropoxysilane, tributoxysilane, alkoxytitanates, for example Tetraalkoxytitanate such as tetra methoxytitanat, tetraethoxy titanate, tetrapropoxy titanate, tetrabutox ytitanat, or, for example, trialkoxy
  • 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 or a polyvinylpyrrolidone and / or a polyisobutene and / or a polytetrahydrofuran.
  • 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
  • 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, which generally takes place at a temperature in the range from 25 to 300 ° C., preferably in the range from 50 to 300 ° C. and more preferably in the range from 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.
  • the use according to the invention for drying takes place in that the organic liquid is brought into contact with the metal-porous organometallic framework material. This can be done by static or dynamic drying. In the static drying of the organic liquid, the desiccant is set and removed again, wherein in the dynamic drying, the organic liquid flows through the desiccant.
  • the porous organometallic framework material may itself be subjected to a drying step by heating prior to the use according to the invention.
  • the porous organometallic framework material is activated in the sense of the present invention.
  • the metal-organic framework materials are activated by that they are heated to about 100 0 C to 200 0 C. This may be accompanied by application of vacuum or use of inert gas such as nitrogen. This can be removed in addition to traces of water and carbon dioxide, thus increasing the water absorption capacity.
  • porous organometallic framework material may be regenerated by heating after it has absorbed water.
  • the degree of water absorption can be determined by a change in color.
  • the organic liquid may be any organic liquid. Typically, it is an organic solvent or mixture of organic solvents having a certain degree of water.
  • the organic liquid is preferably an alcohol, an ether, an ester, a ketone, an amide, an optionally halogenated hydrocarbon, a nitrile, an amine, a sulfur-containing organic liquid, a nitro compound or a mixture thereof.
  • organic liquid examples include disinfectants, inorganic or organic solvents, fuels - in particular gasoline or diesel -, hydraulic Nk-, radiator fluid, brake fluid or an oil, especially machine oil.
  • the organic liquid may be halogenated aliphatic or aromatic, cyclic or acyclic hydrocarbons or mixtures thereof.
  • heptanol 100 g of heptanol are placed in an Erlenmeyer flask and 1 g of water was added. 10 g of the framework obtained according to Example 1 are predried at 140 ° C in a vacuum oven for 16 h and added to the heptanol. The suspension is stirred by means of a magnetic stirrer for 3 h at room temperature. The water content of the organic phase is determined at the start of the experiment (before the addition of the organometallic see framework material) and determined titrimetrically according to Karl Fischer at the end of the experiment. It is found that the water content of the organic phase has decreased by the drying of 1, 0 to 0.51 wt .-%.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung eines porösen metallorganischen Gerüstmaterials, enthaltend mindestens ein an mindestens ein Metallion koordinativ gebundene, mindestens zweizähnige organische Verbindung, als Trockenmittel zur Verringerung oder zum Entfernen von Wasser aus einer organischen Flüssigkeit.

Description

Poröse metallorganische Gerüstmaterialien als Trockenmittel
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung poröser metallorganischer Gerüstmaterialien als Trockenmittel.
Bei der chemischen Reaktion werden häufig Lösemittel eingesetzt, die als Reaktionsmedium fungieren. Hierbei handelt es sich typischerweise um organische Flüssigkei- ten, die aus einem organischen Lösemittel oder einem Gemisch solcher Lösemittel bestehen.
Störend können bei solchen chemischen Umsetzungen Spuren von Wasser sein, die die Ausbeute einer Reaktion verringern oder das Stattfinden einer solchen Reaktion gänzlich vermeiden. Daher wurden zahlreiche Methoden entwickelt, den Wassergehalt von organischen Flüssigkeiten zu reduzieren.
Eine einfache Möglichkeit besteht darin, das Lösemittel mit einem Trockenmittel in Verbindung zu bringen, damit das im Lösemittel befindliche Wasser an das Trocken- mittel gebunden wird, so dass der Anteil des Wassers entsprechend im organischen Lösemittel reduziert wird.
Solche bekannten Mittel stellen Molekularsiebe, Kalziumchlorid, Magnesiumsulfat und dergleichen dar.
Trotz der im Stand der Technik bekannten Trockenmittel besteht ein Bedarf an alternativen Trockenmitteln, die sich insbesondere in besonders effizienter Weise für die Trocknung organischer Flüssigkeiten eignen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, neue Stoffe einer solchen Verwendung zuzuführen.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Verwendung eines porösen metallorganischen Gerüstmaterials, enthaltend mindestens eine an mindestens ein Metallion koordinativ ge- bundene, mindestens zweizähnige organische Verbindungen, als Trockenmittel zur Verringerung oder zum Entfernen von Wasser aus einer organischen Flüssigkeit.
Es hat sich gezeigt, dass metallorganische Gerüstmaterialien neben ihrer Eigenschaft als Adsorbens insbesondere für Gase oder zu Gastrennung auch hervorragend für die Trocknung organischer Flüssigkeiten geeignet sind. Für die Verwendung als Trockenmittel zur Verringerung oder zum Entfernen von Wasser aus einer organischen Flüssigkeit dienen somit poröse metallorganische Gerüstmaterialien.
Solche metallorganischen Gerüstmaterialien (MOF) sind im Stand der Technik bekannt und werden beispielsweise beschrieben in US 5,648,508, EP-A-O 790 253, M. O'Keeffe et al., J. SoI. State Chem., 152 (2000), Seite 3 bis 20, H. Li et al., Nature 402, (1999), Seite 276, M. Eddaoudi et al., Topics in Catalysis θ, (1999), Seite 105 bis 1 11 , B. Chen et al., Science 291_, (2001 ), Seite 1021 bis 1023 und DE-A-101 11 230.
Als eine spezielle Gruppe dieser metallorganischen Gerüstmaterialien werden in der jüngsten Literatur so genannte „beschränkte" Gerüstmaterialien beschrieben, bei denen das Gerüst durch spezielle Wahl der organischen Verbindung sich nicht unendlich sondern unter Ausbildung von Polyedern erstreckt. A.C. Sudik, et al., J. Am. Chem. Soc. 127 (2005), 7110-7118, beschreiben solche speziellen Gerüstmaterialien. Hierbei werden diese zur Abgrenzung als metallorganische Polyeder (MOP = Metal-Organic Polyhedra) genannt.
Eine weitere spezielle Gruppe von porösen metallorganischen Gerüstmaterialien sind solche, bei denen die organische Verbindung als Ligand ein mono-, bi- oder polycycli- sches Ringsystem darstellt, das sich zumindest von einem der Heterocyclen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Pyrrol, alpha-Pyridon und gamma-Pyridon ableitet und mindestens zwei Stickstoff-Ringatome aufweist. Die elektrochemische Herstel- lung solcher Gerüstmaterialien ist in WO-A 2007/131955 beschrieben.
Insbesondere diese speziellen Gruppen sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung geeignet.
Die metallorganischen Gerüstmaterialien gemäß der vorliegenden Erfindung enthalten Poren, insbesondere Mirko- und/oder Mesoporen. Mikroporen sind definiert als solche mit einem Durchmesser von 2 nm oder kleiner und Mesoporen sind definiert durch einen Durchmesser im Bereich von 2 bis 50 nm, jeweils entsprechend nach der Definition, wie sie Pure & Applied Chem. 57 (1983), 603 - 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 metallorganischen Gerüstmaterialien für Stickstoff bei 77 Kelvin gemäß DIN 66131 und/oder DIN 66134 bestimmt.
Vorzugsweise beträgt die spezifische Oberfläche - berechnet nach dem Langmuir- Modell (DIN 66131 , 66134) für ein metallorganisches Gerüstmaterial in Pulverform mehr als 100 m2/g, mehr bevorzugt über 300 m2/g, mehr bevorzugt mehr als 700 m2/g, weiter mehr bevorzugt mehr als 800 m2/g, weiter mehr bevorzugt mehr als 1000 m2/g und besonders bevorzugt mehr als 1200 m2/g.
Formkörper enthaltend metallorganische Gerüstmaterialien können eine niedrigere aktive Oberfläche besitzen; vorzugsweise jedoch mehr als 150 m2/g, mehr bevorzugt mehr als 300 m2/g, weiter mehr bevorzugt mehr als 700 m2/g.
Die Metallkomponente im Gerüstmaterial nach der vorliegenden Erfindung ist vorzugs- weise ausgewählt aus den Gruppen Ia, IIa, lila, IVa bis Villa und Ib bis VIb. Besonders bevorzugt sind Mg, Ca, Sr, Ba, Sc, Y, Ln, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Re, Fe, Ro, Os, Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, Hg, AI, Ga, In, Tl, Si, Ge, Sn, Pb, As, Sb und Bi, wobei Ln für Lanthanide steht.
Lanthanide sind La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, En, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb.
In Bezug auf die Ionen dieser Elemente sind besonders zu erwähnen Mg2+, Ca2+, Sr2+, Ba2+, Sc3+, Y3+, Ln3+, Ti4+, Zr4+, Hf4+, V4+, V3+, V2+, Nb3+, Ta3+, Cr3+, Mo3+, W3+, Mn3+, Mn2+, Re3+, Re2+, Fe3+, Fe2+, Ru3+, Ru2+, Os3+, Os2+, Co3+, Co2+, Rh2+, Rh+, Ir2+, Ir+, Ni2+, Ni+, Pd2+, Pd+, Pt2+, Pt+, Cu2+, Cu+, Ag+, Au+, Zn2+, Cd2+, Hg2+, Al3+, Ga3+, In3+, Tl3+, Si4+, Si2+, Ge4+, Ge2+, Sn4+, Sn2+, Pb4+, Pb2+, As5+, As3+, As+, Sb5+, Sb3+, Sb+, Bi5+, Bi3+ und Bi+.
Weiterhin besonders bevorzugt sind Zn, AI, Mg, Cu, Mn, Fe, Co, Ni, Ti, Zr, Y, Sc, V, In, Ca, Cr, Mo, W, Ln. Weiter bevorzugt sind AI, Cu, Zr, Y, Ln, Mn und Mg. Insbesondere ist Cu bevorzugt.
Der Begriff "mindestens zweizähnige organische Verbindung" bezeichnet eine organische Verbindung, die mindestens eine funktionelle Gruppe enthält, die in der Lage ist, zu einem gegebenen Metallion mindestens zwei koordinative Bindungen, und/oder zu zwei oder mehr, bevorzugt zwei Metallatomen jeweils eine koordinative Bindung auszubilden.
Als funktionelle Gruppen, über die die genannten koordinativen Bindungen ausgebildet werden kann, sind insbesondere beispielsweise folgende funktionellen Gruppen zu nennen: -CO2H, -CS2H, -NO2, -B(OH)2, -SO3H, -Si(OH)3, -Ge(OH)3, -Sn(OH)3, -Si(SH)4,
-Ge(SH)4, -Sn(SH)3, -PO3H, -AsO3H, -AsO4H, -P(SH)3, -As(SH)3, -CH(RSH)2,
-C(RSH)3 -CH(RNH2)2 -C(RNH2)3, -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-Bu- tylen-, tert-Butylen- oder n-Pentylengruppe, oder eine Arylgruppe, enthaltend 1 oder 2 aromatische Kerne wie beispielsweise 2 Cβ-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(NH2)2, -C(NHz)3, -CH(OH)2, -C(OH)3, -CH(CN)2 oder -C(CN)3Zu nennen.
Die funktionellen Gruppen können jedoch auch Heteroatome eines Heterocyclus sein. Insbesondere sind hierbei Stickstoffatome zu nennen.
Die mindestens zwei funktionellen Gruppen können grundsätzlich an jede geeignete organische Verbindung gebunden sein, solange gewährleistet ist, dass die diese funk- tionellen 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 Ver- bindung 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 1 1 und insbesondere bevorzugt 1 bis 10 C-Atome wie beispielsweise 1 , 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 oder 10 C-Atome. Insbeson- dere bevorzugt sind hierbei unter anderem Methan, Adamantan, 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 beispielswei- se 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 aliphatischen 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, AI, bevorzugt N, O und/oder S enthalten. Weiter bevor- zugt 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, Naphthalin und/oder Biphenyl und/oder Bipyridyl und/oder Pyridyl zu nennen.
Mehr bevorzugt ist die mindestens zweizähnige organische Verbindung, ein aliphati- scher oder aromatischer, acyclischer oder cyclischer Kohlenwasserstoff mit 1 bis 18, vorzugsweise 1 bis 10 und insbesondere 6 Kohlenstoffatomen, der zudem ausschließ- lieh 2, 3 oder 4 Carboxylgruppen als funktionelle Gruppen aufweist.
Beispielsweise leitet sich die mindestens zweizähnige organische Verbindung von einer Dicarbonsäure ab, wie etwa Oxalsäure, Bernsteinsäure, Weinsäure, 1 ,4-Butan- dicarbonsäure, 1 ,4-Butendicarbonsäure, 4-Oxo-Pyran-2,6-dicarbonsäure, 1 ,6-Hexan- dicarbonsäure, Decandicarbonsäure, 1 ,8-Heptadecandicarbonsäure, 1 ,9-Hepta- decandicarbonsäure, Heptadecandicarbonsäure, Acetylendicarbonsäure, 1 ,2-Benzol- dicarbonsäure, 1 ,3-Benzoldicarbonsäure, 2,3-Pyridindicarbonsäure, Pyridin-2,3- dicarbonsäure, 1 ,3-Butadien-1 ,4-dicarbonsäure, 1 ,4-Benzoldicarbonsäure, p-Benzol- dicarbonsäure, lmidazol-2,4-dicarbonsäure, 2-Methylchinolin-3,4-dicarbonsäure, Chino- lin-2,4-dicarbonsäure, Chinoxalin-2,3-dicarbonsäure, 6-Chlorchinoxalin-2,3-dicarbon- säure, 4,4'-Diaminphenylmethan-3,3'-dicarbonsäure, Chinolin-3,4-dicarbonsäure, 7- Chlor-4-hydroxychinolin-2,8-dicarbonsäure, Diimiddicarbonsäure, Pyridin-2,6-dicarbon- säure, 2-Methylimidazol-4,5-dicarbonsäure, Thiophen-3,4-dicarbonsäure, 2-lsopropyl- imidazol-4,5-dicarbonsäure, Tetrahydropyran-4,4-dicarbonsäure, Perylen-3,9-dicar- bonsäure, Perylendicarbonsäure, Pluriol E 200-dicarbonsäure, 3,6-Dioxaoctan- dicarbonsäure, 3,5-Cyclohexadien-1 ,2-dicarbonsäure, Octadicarbonsäure, Pentan-3,3- carbonsäure, 4,4'-Diamino-1 ,1 '-diphenyl-3,3'-dicarbonsäure, 4,4'-Diaminodiphenyl-3,3'- dicarbonsäure, Benzidin-3,3'-dicarbonsäure, 1 ,4-Bis-(phenylamino)-benzol-2,5-dicar- bonsäure, 1 ,1 '-Dinaphthyldicarbonsäure, 7-Chlor-8-methylchinolin-2,3-dicarbonsäure, 1-Anilinoanthrachinon-2,4'-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,-Hexa- chlor-5-norbornen-2,3-dicarbonsäure, Phenylindandicarbonsäure, 1 ,3-Dibenzyl-2-oxo- imidazolidin-4,5-dicarbonsäure, 1 ,4-Cyclohexandicarbonsäure, Naphthalin-1 ,8-dicar- bonsäure, 2-Benzoylbenzol-1 ,3-dicarbonsäure, 1 ,3-Dibenzyl-2-oxoimidazolidin-4,5-cis- dicarbonsäure, 2,2'-Bichinolin-4,4'-dicarbonsäure, Pyridin-3,4-dicarbonsäure, 3,6,9- Trioxaundecandicarbonsäure, Hydroxybenzophenondicarbonsäure, Pluriol E 300- dicarbonsäure, Pluriol E 400-dicarbonsäure, Pluriol E 600-dicarbonsäure, Pyrazol-3,4- dicarbonsäure, 2,3-Pyrazindicarbonsäure, 5,6-Dimethyl-2,3-pyrazindicarbonsäure, 4,4'- Diaminodiphenyletherdiimiddicarbonsäure, 4,4'-Diaminodiphenylmethandiimiddicarbon- säure, 4,4'-Diaminodiphenylsulfondiimiddicarbonsäure, 1 ,4-Naphthalindicarbonsäure, 2,6-Naphthalindicarbonsäure, 1 ,3-Adamantandicarbonsäure, 1 ,8-Naphthalindicarbon- säure, 2,3-Naphthalindicarbonsäure, 8-Methoxy-2,3-naphthalindicarbonsäure, 8-Nitro- 2,3-naphthalincarbonsäure, 8-Sulfo-2,3-naphthalindicarbonsäure, Anthracen-2,3- dicarbonsäure, 2',3'-Diphenyl-p-terphenyl-4,4"-dicarbonsäure, Diphenylether-4,4'- dicarbonsäure, lmidazol-4,5-dicarbonsäure, 4(1 H)-Oxothiochromen-2,8-dicarbonsäure, 5-tert-Butyl-1 ,3-benzoldicarbonsäure, 7,8-Chinolindicarbonsäure, 4,5-lmidazoldicarbon- säure, 4-Cyclohexen-1 ,2-dicarbonsäure, Hexatriacontandicarbonsäure, Tetradecandi- carbonsäure, 1 ,7-Heptadicarbonsäure, 5-Hydroxy-1 ,3-Benzoldicarbonsäure, 2,5-Di- hydroxy-1 ,4-dicarbonsäure, Pyrazin-2,3-dicarbonsäure, Furan-2,5-dicarbonsäure, 1- Nonen-6,9-dicarbonsäure, Eicosendicarbonsäure, 4,4'-Dihydroxydiphenylmethan-3,3'- dicarbonsäure, i-Amino^-methyl-ΘJO-dioxo-ΘJ O-dihydroanthracen^^-dicarbon- säure, 2,5-Pyridindicarbonsäure, Cyclohexen-2,3-dicarbonsäure,2,9-Dichlorfluorubin- 4,1 1 -dicarbonsäure, 7-Chlor-3-methylchinolin-6,8-dicarbonsäure, 2,4-Dichlorbenzo- phenon-2',5'-dicarbonsäure, 1 ,3-Benzoldicarbonsäure, 2,6-Pyridindicarbonsäure, 1- Methylpyrrol-3,4-dicarbonsäure, 1-Benzyl-1 H-pyrrol-3,4-dicarbonsäure, Anthrachinon- 1 ,5-dicarbonsäure, 3,5-Pyrazoldicarbonsäure, 2-Nitrobenzol-1 ,4-dicarbonsäure, Hep- tan-1 ,7-dicarbonsäure, Cyclobutan-1 ,1 -dicarbonsäure 1 ,14-Tetradecandicarbonsäure, 5,6-Dehydronorbornan-2,3-dicarbonsäure, 5-Ethyl-2,3-pyridindicarbonsäure oder Campherdicarbonsäure,
Weiterhin mehr bevorzugt handelt es sich bei der mindestens zweizähnigen organischen Verbindung um eine der oben beispielhaft genannten Dicarbonsäure als solche.
Beispielsweise kann sich die mindestens zweizähnige organische Verbindung von ei- ner Tricarbonsäure ableiten, 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,
Weiterhin mehr bevorzugt ist die mindestens zweizähnige organische Verbindung einer der oben beispielhaft genannten Tricarbonsäuren als solche.
Beispiele für eine mindestens zweizähnige organische Verbindung, die sich von einer Tetracarbonsäure ableitet, sind
1 ,1-Dioxidperylo[1 ,12-BCD]thiophen-3,4,9,10-tetracarbonsäure, Perylentetracarbon- säuren wie Perylen-3,4,9,10-tetracarbonsäure oder Perylen-1 ,12-sulfon-3,4,9,10-tetra- carbonsäure, 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-Hexa- oxacyclooctadecan-2,3,1 1 ,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, 3,3',4,4'-Benzo-phenontetracarbonsäure, Tetra- hydrofurantetracarbonsäure oder Cyclopentantetracarbonsäuren wie Cyclopentan- 1 ,2,3,4-tetracarbonsäure.
Weiterhin mehr bevorzugt handelt es sich bei der mindestens zweizähnigen organischen Verbindung um eine der oben beispielhaft genannten Tetracarbonsäuren als solche.
In einer bevorzugten Ausführungsform leitet sich also die mindestens eine mindestens zweizähnige organische Verbindung von einer Di-, Tri- oder Tetracarbonsäure ab oder ist eine solche.
Der Begriff "ableiten" bedeutet im Rahmen der vorliegenden Erfindung, dass die Di-, Tri- oder Tetracarbonsäure im Gerüstmaterial in teilweise deprotonierter oder vollstän- dig deprotonierter Form vorliegen kann. Weiterhin kann die Di-, Tri- oder Tetracarbonsäure einen Substituenten oder unabhängig voneinander mehrere Substituenten enthalten. Beispiele für solche Substituenten sind -OH, -NH2, -OCH3, -CH3, -NH(CH3), - N(CH3)2, -CN sowie Halogenide. Darüber hinaus bedeutet der Begriff "ableiten" im Rahmen der vorliegenden Erfindung, dass die Di-, Tri- oder Tetracarbonsäure auch in Form der entsprechenden Schwefelanaloga vorliegen kann. Schwefelanaloga sind die funktionellen Gruppen -C(=O)SH sowie dessen Tautomer und C(=S)SH, die anstelle einer oder mehrerer Carbonsäuregruppen eingesetzt werden können. Darüber hinaus bedeutet der Begriff "ableiten" im Rahmen der vorliegenden Erfindung, dass eine oder mehrere Carbonsäurefunktionen durch eine Sulfonsäuregruppe (-SO3H) ersetzt sein kann. Darüber hinaus kann ebenso zusätzlich zu den 2, 3 oder 4 Carbonsäurefunktionen eine Sulfonsäuregruppe treten.
Bevorzugte Heterocyclen als mindestens zweizähnige organische Verbindungen, bei denen eine koordinative Bindung über die Ringheteroatome erfolgt, sind die folgenden substituierten oder unsubstituierten Ringsysteme:
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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, dikernige Dicarbonsäuren, dikernige Tricar- bonsäuren, dikernige Tetracarbonsäuren, trikernige Dicarbonsäuren, trikernige Tricar- bonsäuren, trikernige Tetracarbonsäuren, tetrakernige Dicarbonsäuren, tetrakernige Tricarbonsäuren und/oder tetrakernige Tetracarbonsäuren. Geeignete Heteroatome sind beispielsweise N, O, S, B, P bevorzugte Heteroatome sind hierbei N, S und/oder O. Als geeigneter Substituent ist diesbezüglich unter anderem -OH, eine Nitrogruppe, eine Aminogruppe oder eine Alkyl- oder Alkoxygruppe zu nennen.
Insbesondere bevorzugt werden als mindestens zweizähnige organische Verbindungen Imidazolate, wie 2-Methylimidazolat, Acetylendicarbonsäure (ADC), Campherdi- carbonsäure, Fumarsäure, Bernsteinsäure, Benzoldicarbonsäuren wie Phthalsäure, Isophthalsäure, Terephthalsäure (BDC), Aminoterephthaläure, Triethylendiamin (TE- DA), Naphthalindicarbonsäuren (NDC), Biphenyldicarbonsäuren wie beispielsweise 4,4'-Biphenyldicarbonsäure (BPDC), Pyrazindicarbonsäuren, wie 2,5-Pyrazin- dicarbonsäure, Bipyridindicarbonsäuren wie beispielsweise 2,2'-Bipyridindicarbon- säuren wie beispielsweise 2,2'-Bipyridin-5,5'-dicarbonsäure, Benzoltricarbonsäuren wie beispielsweise 1 ,2,3-, 1 ,2,4-Benzoltricarbonsäure oder 1 ,3,5-Benzoltricarbonsäure (BTC), Benzoltetracarbonsäure, Adamantantetracarbonsäure (ATC), Adamantandiben- zoat (ADB) Benzoltribenzoat (BTB), Methantetrabenzoat (MTB), Adamantantetraben- zoat oder Dihydroxyterephthalsäuren wie beispielsweise 2,5-Dihydroxyterephthalsäure (DHBDC) eingesetzt.
Ganz besonders bevorzugt werden unter anderem 2-Methylimidazol, 2-Ethylimidazol, Phthalsäure, Isophthalsäure, Terephthalsäure, 2,6-Naphthalindicarbonsäure, 1 ,4- Naphthalindicarbonsäure, 1 ,5-Naphthalindicarbonsäure, 1 ,2,3-Benzoltricarbonsäure, 1 ,2,4-Benzoltricarbonsäure, 1 ,3,5-Benzoltricarbonsäure, 1 ,2,4,5-Benzoltetracarbon- säure, AminoBDC, TEDA, Fumarsäure, Biphenyldicarboxylat, 1 ,5- und 2,6-Naphthalindicarbonsäure, tert.-Butylisophthalsäure, Dihydroxybenzoesäure.
Insbesondere sind bevorzugt Terephthalsäure, 2,6- und 1 ,5-Naphthalindicarbonsäure, Isophthalsäure, Fumarsäure, 1 ,3,5-Benzoltricarbonsäure (BTC), Trimellitsäure, Glutar- säure, 2,5-Dihydroxyterphthalsäure und 4,5-lmidazoldicarbonsäure sowie Säuren, die sich davon ableiten. Ganz besonders bevorzugt ist BTC.
Neben diesen mindestens zweizähnigen organischen Verbindungen kann das metallorganische Gerüstmaterial auch einen oder mehrere einzähnige Liganden und/oder einen oder mehrere mindestens zweizähnige Liganden, die sich nicht von einer Di-, Trioder Tetracarbonsäure ableiten, umfassen.
Neben diesen mindestens zweizähnigen organischen Verbindungen kann der MOF auch eine oder mehrere einzähnige Liganden umfassen.
Geeignete Lösemittel zur Herstellung der MOF sind u.a. Ethanol, Dimethylformamid, Toluol, Methanol, Chlorbenzol, Diethylformamid, Dimethylsulfoxid, Wasser, Wasserstoffperoxid, Methylamin, Natronlauge, N-Methylpolidonether, Acetonitril, Benzyl- chlorid, Triethylamin, Ethylenglykol und Gemische hiervon. Weitere Metallionen, mindestens zweizähnige organische Verbindungen und Lösemittel für die Herstellung von MOF sind u.a. in US-A 5,648,508 oder DE-A 101 11 230 beschrieben.
Die Porengröße des metallorganischen Gerüstmaterials kann durch Wahl des geeigneten Liganden und/oder der mindestens zweizähnigen organischen Verbindung gesteuert werden. Allgemein gilt, dass je größer die organische Verbindung desto größer die Porengröße ist. Vorzugsweise beträgt die Porengröße von 0,2 nm bis 30 nm, beson- ders bevorzugt liegt die Porengröße im Bereich von 0,3 nm bis 3 nm bezogen auf das kristalline Material. In einem Formkörper enthaltend ein metallorganisches Gerüstmaterial treten jedoch auch größere Poren auf, deren Größenverteilung variieren kann. Vorzugsweise wird jedoch mehr als 50 % des gesamten Porenvolumens, 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 oder bis zu 10 nm liegen. Die Porenverteilung kann mittels Quecksilber-Porosimetrie bestimmt werden.
Nachfolgend sind Beispiele für metallorganische Gerüstmaterialien angegeben. Neben der Kennzeichnung des Gerüstmaterials, dem Metall sowie dem mindestens zweizähnigen Liganden ist weiterhin das Lösemittel sowie die Zellenparameter (Winkel α, ß und γ sowie die Abstände A, B und C in Ä) angegeben. Letztere wurden durch Rönt- genbeugung bestimmt.
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ADC Acetylenedicarbonsäure NDC Naphtalindicarbonsäure BDC Benzoldicarbonsäure ATC Adamantantetracarbonsäure BTC Benzoltricarbonsäure BTB Benzoltribenzoesäure MTB Methantetrabenzoesäure ATB Adamantantetrabenzoesäure ADB Adamantandibenzoesäure Weitere metallorganische Gerüstmaterialien sind MOF-2 bis 4, MOF-9, MOF-31 bis 36, MOF-39, MOF-69 bis 80, MOF103 bis 106, MOF-122, MOF-125, MOF-150, MOF-177, MOF-178, MOF-235, MOF-236, MOF-500, MOF-501 , MOF-502, MOF-505, IRMOF-1 , IRMOF-61 , IRMOP-13, IRMOP-51 , MIL-17, MIL-45, MIL-47, MIL-53, MIL-59, MIL-60, MIL-61 , MIL-63, MIL-68, MIL-79, MIL-80, MIL-83, MIL-85, CPL-1 bis 2, SZL-1 welche in der Literatur beschrieben sind.
Besonders bevorzugte metallorganische Gerüstmaterialien sind MIL-53, Zn-tBu- isophthalsäure, AI-BDC, MOF-5, IRMOF-8, Cu-BTC, AI-NDC, AI-AminoBDC, Cu-BDC- TEDA, Zn-BDC-TEDA, AI-BTC, AI-NDC, Mg-NDC, Al-Fumarat, Zn-2-Methylimidazolat, Zn-2-Aminoimidazolat, Cu-Biphenyldicarboxylat-TEDA, MOF-177, MOF-74. Weiter mehr bevorzugt sind AI-BDC und AI-BTC.
Weiter bevorzugte metallorganische Gerüstmaterialien sind Al-Terephthalat, Al- Fumarat, Mn-Terephthalat, Mg-NDC, Y-BDC, Y-Imidazoldicarboxylat, Al- Imidazoldicarboxylat, Cu-BTC sowie Zn-Dihydroxyterphthalat.
Neben der konventionellen Methode zur Herstellung der MOF, wie sie beispielsweise in US 5,648,508 beschrieben ist, können diese auch auf elektrochemischem Wege hergestellt werden. Diesbezüglich wird auf die DE-A 103 55 087 sowie WO-A 2005/049892 verwiesen. Die auf diesem Weg hergestellten metallorganischen Gerüstmaterialien weisen besonders gute Eigenschaften in Zusammenhang mit der Adsorption und Desorption von chemischen Stoffen, insbesondere von Gasen.
Unabhängig von dessen Herstellung fällt das metallorganische Gerüstmaterial in pul- verförmiger bzw. kristalliner Form an. Dieses kann als solches als Trockenmittel in der erfindungsgemäßen Verwendung alleine oder zusammen mit anderen Trockenmitteln oder weiteren Materialien eingesetzt werden. Weiterhin kann das metallorganische Gerüstmaterial in einen Formkörper umgewandelt werden.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher die erfindungsgemäße Verwendung eines metallorganischen Gerüstmaterials als Formkörper.
Bevorzugte Verfahren sind hierbei die Verstrangung oder Tablettierung. Bei der Formkörperherstellung können zum metallorganischen Gerüstmaterial weitere Materialien, wie beispielsweise Binder, Gleitmittel oder andere Additive hinzugesetzt werden. E- benso ist es denkbar, dass Mischungen von Gerüstmaterial und anderen Trockenmittel als Formkörper hergestellt werden oder getrennt Formkörper ergeben, die dann als Formkörpermischungen eingesetzt werden. Hinsichtlich der möglichen Geometrien dieser 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.
Vorzugsweise liegt Komponente B als Formkörper vor. Bevorzugte Ausgestaltungen sind Tabletten sowie strangförmige Extrudate. Die Formkörper erstrecken sich vorzugsweise in mindestens eine Dimension des Raumes im Bereich von 0,2 mm bis 30 mm, weiter bevorzugt von 0,5 mm bis 5 mm, insbesondere von 1 mm bis 3 mm.
Das Mittelgewicht der Mischung liegt typischerweise im Bereich von 0,2 bis 0,7 Kg/l.
Zur Herstellung dieser Formkörper sind grundsätzlich sämtliche geeigneten Verfahren möglich. Es sind insbesondere folgende Verfahrensführungen bevorzugt:
Kneten 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 erhaltenen Gemisches mittels mindestens einer geeigneten Methode wie beispielsweise Extrudieren; optional Waschen und/oder Trocknen und/oder Calcinieren des
Extrudates; optional Konfektionieren.
Aufbringen des Gerüstmaterials auf mindestens ein gegebenenfalls poröses Trägermaterial. Das erhaltene Material kann dann gemäß der vorstehend be- schriebenen Methode zu einem Formkörper weiterverarbeitet werden.
Aufbringen des Gerüstmaterials auf mindestens ein gegebenenfalls poröses Substrat.
Kneten und Verformen kann gemäß jedes geeigneten Verfahrens erfolgen, wie beispielsweise in Ullmanns Enzyklopädie der Technischen Chemie, 4. Auflage, Band 2, S. 313 ff. (1972) beschrieben, deren diesbezüglicher Inhalt durch Bezugnahme in den Kontext der vorliegenden Anmeldung vollumfänglich einbezogen wird.
Beispielsweise bevorzugt kann das Kneten und/oder Verformen mittels einer Kolbenpresse, Walzenpresse in Anwesenheit oder Abwesenheit mindestens eines Bindermaterials, Compoundieren, Pelletieren, Tablettieren, Extrudieren, Co-Extrudieren, Ver- schäumen, Verspinnen, Beschichten, Granulieren, bevorzugt Sprühgranulieren, Versprühen, Sprühtrocknen oder einer Kombination aus zwei oder mehr dieser Methoden 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 0C und/oder bei erhöhtem Druck wie bei- spielsweise 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 vorliegenden Erfindung sowohl Viskositätserhöhende als auch Viskositätserniedrigende Verbindungen sein.
Als 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 beschrieben 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 Tetraalkoxysilane wie beispielsweise Tetramethoxysi- lan, Tetraethoxysilan, Tetrapropoxysilan, Tetrabutoxysilan, oder beispielsweise Trial- koxysilane wie beispielsweise Trimethoxysilan, Triethoxysilan, Tripropoxysilan, Tribu- toxysilan, Alkoxytitanate, beispielsweise Tetraalkoxytitanate wie beispielsweise Tetra- methoxytitanat, Tetraethoxytitanat, Tetrapropoxytitanat, Tetrabutoxytitanat, oder beispielsweise Trialkoxytitanate wie beispielsweise Trimethoxytitanat, Triethoxytitanat, Tripropoxytitanat, Tributoxytitanat, Alkoxyzirkonate, beispielsweise Tetraalkoxyzirkonate wie beispielsweise Tetramethoxyzirkonat, Tetraethoxyzirkonat, Tetrapropoxyzirkonat, Tetrabutoxyzirkonat, oder beispielsweise Trialkoxyzirkonate wie beispielsweise Tri- methoxyzirkonat, Triethoxyzirkonat, Tripropoxyzirkonat, Tributoxyzirkonat, Silikasole, amphiphile Substanzen und/oder Graphite zu nennen. Insbesondere bevorzugt ist Graphit.
Als viskositätssteigernde Verbindung kann beispielsweise auch, gegebenenfalls zusätzlich zu den oben genannten Verbindungen, eine organische Verbindung und/oder ein hydrophiles Polymer wie beispielsweise Cellulose oder ein Cellulosederivat wie beispielsweise Methylcellulose und/oder ein Polyacrylat und/oder ein Polymethacrylat und/oder ein Polyvinylalkohol und/oder ein Polyvinylpyrrolidon und/oder ein Polyisobu- ten und/oder ein Polytetrahydrofuran 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 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 0C, 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 Trocknungsvorgangs mindestens eine der als Additive zugesetzten Verbindungen zumindest teilweise aus dem Formkörper entfernt.
Die erfindungsgemäße Verwendung zur Trocknung erfolgt dahingehend, dass die organische Flüssigkeit mit dem metallporösen metallorganischen Gerüstmaterial in Verbindung gebracht wird. Dies kann durch statische oder dynamische Trocknung erfolgen. Bei der statischen Trocknung wird der organischen Flüssigkeit das Trockenmittel gesetzt und wieder entfernt, wobei bei der dynamischen Trocknung die organische Flüssigkeit das Trockenmittel durchströmt.
Zur Steigerung der Aufnahmefähigkeit kann das poröse metallorganische Gerüstmaterial vor der erfindungsgemäßen Verwendung selbst einem Trocknungsschritt durch Erhitzen unterworfen werden. Dabei wird das poröse metallorganische Gerüstmaterial im Sinne der vorliegenden Erfindung aktiviert. Typischerweise werden die metallorganischen Gerüstmaterialien dadurch aktiviert, dass diese auf etwa 1000C bis 2000C erhitzt werden. Dies kann begleitet sein durch Anlegen von Vakuum oder Verwendung von Schutzgas wie Stickstoff. Hierbei kann neben Wasserspuren auch Kohlendioxid entfernt und somit die Wasseraufnahmekapazität gesteigert werden.
Ebenso kann das poröse metallorganische Gerüstmaterial, nachdem dieses Wasser aufgenommen hat, durch Erhitzen regeneriert werden.
Weiterhin ist möglich, dass durch geeignete Wahl des porösen metallorganischen Gerüstmaterials, insbesondere durch Verwendung kupferhaltiger metallorganischer Gerüstmaterialien, der Grad der Wasseraufnahme durch eine Farbänderung festgestellt werden kann.
Bei der organischen Flüssigkeit kann es sich um eine beliebige organische Flüssigkeit handeln. Typischerweise handelt es sich um ein organisches Lösemittel oder ein Gemisch organischer Lösemittel, die einen bestimmten Grad an Wasser aufweisen.
Bevorzugt handelt es sich bei der organischen Flüssigkeit um einen Alkohol, um einen Ether, um einen Ester, um einen Keton, um ein Amid, um ein gegebenenfalls haloge- nierter Kohlenwasserstoff, um ein Nitril, um ein Amin, um eine schwefelhaltige organische Flüssigkeit, um eine Nitroverbindung oder um ein Gemisch davon.
Beispiele für eine solche organische Flüssigkeit sind Desinfektionsmittel, anorganische oder organische Lösemittel, Treibstoffe - insbesondere Benzin oder Diesel -, Hydrau Nk-, Kühler-, Bremsflüssigkeit oder ein Öl, insbesondere Maschinenöl. Weiterhin kann es sich bei der organischen Flüssigkeit um halogenierte aliphatische oder aromatische, cyclische oder acyclische Kohlenwasserstoffe oder Mischungen davon handeln. Insbe- sondere kann die Flüssigkeit Aceton, Acetonitril, Anilin, Anisol, Benzol, Benzonitril, Brombenzol, Butanol, tert.-Butanol, Chinolin, Chlorbenzol, Chloroform, Cyclohexan, Diethylenglykol, Diethylether, Dimethylacetamid, Dimethylformamid, Dimethylsulfoxid, Dioxan, Eisessig, Essigsäureanhydrid, Essigsäureethylester, Ethanol, Ethylencarbonat, Ethylendichlorid, Ethylenglykol, Ethylenglykoldimethylether, Formamid, Hexan, Isopro- panol, Methanol, Methoxypropanol, 3-Methyl-1 -butanol, Methylenchlorid, Methylethyl- keton, N-Methylformamid, N-Methylpyrrolidon, Nitrobenzol, Nitromethan, Piperidin, Propanol, Propylencarbonat, Pyrridin, Schwefelkohlenstoff, Sulfolan, Tetrachlorethen, Tetrachlorkohlenstoff, Tetrahydrofuran, Toluol, 1 ,1 ,1-Trichlorethan, Trichlorethylen, Triethylamin, Triethylenglykol oder Mischungen hiervon handeln. Insbesondere handelt es sich bei der organischen Flüssigkeit um Toluol, Acetonitril oder Heptanol.
Beispiel 1 Herstellung eines Cu-BTC metallorgansichen Gerüstmaterials
27,8 kg wasserfreies CuSO4 werden zusammen mit 12,84 kg 1 ,3,5- Benzoltricarbonsäure (BTC) in 330 kg Ethylenglykol suspendiert und mit N2 abgedeckt. Der Kessel wird auf 1 100C gebracht und die Synthesemischung 12 h lang unter Rühren auf dieser Temperatur gehalten. Die Lösung wird auf 500C abgekühlt und unter N2- Abdeckung mit einer Drucknutsche filtriert. Der Filterkuchen wird mit 4 x 50 I Methanol gewaschen und 96 h mit Stickstoff trockengeblasen.
Beispiel 2 Trocknung von Toluol
100 g Toluol werden in einem Erlenmeyerkolben vorgelegt und 1 g Wasser zugegeben. 10 g des gemäß Beispiel 1 erhaltenen Gerüstmaterials werden bei 1400C im Vakuum- trockenschrank während 16 h vorgetrocknet und dem Toluol zugegeben. Die Suspension wird mittels Magnetrührer 3 h bei Raumtemperatur gerührt. Der Wassergehalt der organischen Phase wird zu Versuchsbeginn (vor Zugabe des metallorganischen Ge- rüstmaterials) und am Ende des Versuchs titrimetrisch nach Karl-Fischer bestimmt. Es wird festgestellt, dass der Wassergehalt der organischen Phase durch die Trocknung von 0,06 auf 0,02 Gew.-% abgenommen hat.
Beispiel 3 Trocknung von Acetonitril
100 g Acetonitril werden in einem Erlenmeyerkolben vorgelegt und 1 g Wasser zugegeben. 10 g des gemäß Beispiel 1 erhaltenen Gerüstmaterials werden bei 1400C im Vakuumtrockenschrank während 16 h vorgetrocknet und dem Acetonitril zugegeben. Die Suspension wird mittels Magnetrührer 3 h bei Raumtemperatur gerührt. Der Was- sergehalt der organischen Phase wird zu Versuchsbeginn (vor Zugabe des metallorganischen Gerüstmaterials) und am Ende des Versuchs titrimetrisch nach Karl-Fischer bestimmt. Es wird festgestellt, dass der Wassergehalt der organischen Phase durch die Trocknung von 1 ,0 auf 0,65 Gew.-% abgenommen hat.
Beispiel 4 Trocknung von Heptanol
100 g Heptanol werden in einem Erlenmeyerkolben vorgelegt und 1 g Wasser zugegeben. 10 g des gemäß Beispiel 1 erhaltenen Gerüstmaterials werden bei 140°C im Vakuumtrockenschrank während 16 h vorgetrocknet und dem Heptanol zugegeben. Die Suspension wird mittels Magnetrührer 3 h bei Raumtemperatur gerührt. Der Wassergehalt der organischen Phase wird zu Versuchsbeginn (vor Zugabe des metallorgani- sehen Gerüstmaterials) und am Ende des Versuchs titrimetrisch nach Karl-Fischer bestimmt. Es wird festgestellt, dass der Wassergehalt der organischen Phase durch die Trocknung von 1 ,0 auf 0,51 Gew.-% abgenommen hat.

Claims

Patentansprüche
1. Verwendung eines porösen metallorganischen Gerüstmaterials, enthaltend mindestens eine an mindestens ein Metallion koordinativ gebundene, mindestens zweizähnige organische Verbindung, als Trockenmittel zur Verringerung oder zum Entfernen von Wasser aus einer organischen Flüssigkeit.
2. Verwendung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die organische Flüssigkeit ein Alkohol, ein Ether, ein Ester, ein Keton, ein Amid, ein gegebenen- falls halogenierter Kohlenwasserstoff, ein Nitril, ein Amin, eine schwefelhaltige organische Flüssigkeit, um eine Nitroverbindung oder ein Gemisch davon ist.
3. Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die organische Flüssigkeit Toluol, Acetonitril oder Heptanol ist.
4. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Metallion ein Ion der Metalle ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Zn, AI, Mg, Cu, Mn, Fe, Co, Ni, Ti, Zr, Y, Sc, V, In, Ca, Cr, Mo, W und einem Lanthanid ist.
5. Verwendung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das indestens eine Metallion ein Ion des Metalls Kupfers ist.
6. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine mindestens zweizähnige organische Verbindung sich von einer Di-, Tri- oder Tetracarbonsäure ableitet.
7. Verwendung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine mindestens zweizähnige organische Verbindung 1 ,3,5-Benzoltricarbonsäure ist.
8. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das metallorganische Gerüstmaterials als Formkörper vorliegt.
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