الترسيب الرطب بالموجات فوق الصوتية من النانومكعبات الزرقاء البروسية
الأزرق البروسي أو سداسي السيانوفيرات الحديدي هو إطار عضوي معدني ذو بنية نانوية (MOF) ، يستخدم في تصنيع بطاريات أيون الصوديوم والطب الحيوي والأحبار والإلكترونيات. التوليف الكيميائي الرطب بالموجات فوق الصوتية هو مسار فعال وموثوق وسريع لإنتاج نانو الأزرق البروسي ونظائرها الزرقاء البروسية مثل سداسي سيانوفرات النحاس وسداسي النيكل. تتميز الجسيمات النانوية البروسية الزرقاء المترسبة بالموجات فوق الصوتية بتوزيع حجم الجسيمات الضيق والتشتت الأحادي والوظائف العالية.
نظائرها الزرقاء البروسية والسداسي
يستخدم الأزرق البروسي أو سداسي السيانوفيرات الحديدي على نطاق واسع كمادة وظيفية لتصميم التطبيقات الكهروكيميائية وتصنيع أجهزة الاستشعار الكيميائية ، والشاشات الكهرومغناطيسية ، والأحبار والطلاء ، والبطاريات (بطاريات أيون الصوديوم) ، والمكثفات والمكثفات الفائقة ، ومواد تخزين الكاتيون مثل H + أو Cs + ، والمحفزات ، والعلاج وغيرها. نظرا لنشاط الأكسدة والاختزال الجيد والاستقرار الكهروكيميائي العالي ، فإن Prussia Blue عبارة عن هيكل إطار معدني عضوي (MOF) يستخدم على نطاق واسع لتعديل القطب الكهربائي.
إلى جانب العديد من التطبيقات الأخرى ، يتم استخدام الأزرق البروسي ونظائره سداسي سيانوفرات النحاس وسداسي سيانوفرات النيكل كأحبار ملونة من اللون الأزرق والأحمر والأصفر ، على التوالي.
ميزة كبيرة للجسيمات النانوية الزرقاء البروسية هي سلامتها. الجسيمات النانوية الزرقاء البروسية قابلة للتحلل البيولوجي بالكامل ومتوافقة حيويا ومعتمدة من قبل إدارة الغذاء والدواء للتطبيقات الطبية.
جهاز الموجات فوق الصوتية UIP2000hdT هو جهاز كيميائي صوتي قوي لتخليق الجسيمات النانوية وترسيبها
التوليف الصوتي للمكعبات النانوية الزرقاء البروسية
تخليق الجسيمات النانوية الزرقاء البروسية / سداسي السداسيانوفيريت هو تفاعل الترسيب الكيميائي الرطب غير المتجانس. من أجل الحصول على جسيمات نانوية ذات توزيع ضيق لحجم الجسيمات والتشتت الأحادي ، يلزم وجود مسار موثوق لهطول الأمطار. تشتهر الدقة بالموجات فوق الصوتية بالتوليف الموثوق والفعال والبسيط للجسيمات والأصباغ النانوية عالية الجودة مثل المغنتيت وموليبدات الزنك وفوسفوموليبدات الزنك والجسيمات النانوية المختلفة ذات القشرة الأساسية وما إلى ذلك.
طرق التخليق الكيميائي الرطب للجسيمات النانوية الزرقاء البروسية
الطريق الكيميائي لتخليق الجسيمات النانوية الزرقاء البروسية فعال وسهل وسريع وصديق للبيئة. ينتج هطول الأمطار بالموجات فوق الصوتية مكعبات نانوية زرقاء بروسية عالية الجودة ، والتي تتميز بحجم صغير موحد (حوالي 5 نانومتر) ، وتوزيع ضيق الحجم ، وتشتت أحادي.
يمكن تصنيع الجسيمات النانوية الزرقاء البروسية عبر طرق هطول الأمطار المختلفة مع أو بدون مثبتات بوليمرية.
تجنب استخدام بوليمر مثبت ، يمكن ترسيب المكعبات النانوية الزرقاء البروسية ببساطة عن طريق خلط FeCl بالموجات فوق الصوتية3 وك3[الحديد (CN)6] بحضور H2O2.
ساعد استخدام سونوكيمياء في هذا النوع من التوليف في الحصول على جسيمات نانوية أصغر (أي حجم 5 نانومتر بدلا من حجم ≈50 نانومتر تم الحصول عليها بدون صوتنة). (داكارو وآخرون 2018)
دراسات حالة التوليف الأزرق البروسي بالموجات فوق الصوتية
عموما، يتم تصنيع الجسيمات النانوية الزرقاء البروسية عن طريق استخدام طريقة الموجات فوق الصوتية.
في هذه التقنية ، محلول 0.05 M من K4[الحديد (CN)6] يضاف إلى 100 مل من محلول حمض الهيدروكلوريك من (0.1 مول / لتر). K الناتج4[الحديد (CN)6] يتم الاحتفاظ بالمحلول المائي عند 40 درجة مئوية لمدة 5 ساعات أثناء صوتنة المحلول ثم يسمح له بالتبريد في درجة حرارة الغرفة. يتم ترشيح المنتج الأزرق الذي تم الحصول عليه وغسله بشكل متكرر بالماء المقطر والإيثانول المطلق وتجفيفه أخيرا في فرن مفرغ عند 25 درجة مئوية لمدة 12 ساعة.
تم تصنيع سداسي سيانوفريت النحاس التماثلي سداسي سيانوفريت (CuHCF) عبر المسار التالي:
تم تصنيع الجسيمات النانوية CuHCF وفقا للمعادلة التالية:
Cu(NO3)3 + ك4[الحديد (CN)6] –> Cu4[الحديد (CN)6] + KN03
يتم تخليق جسيمات CuHCF النانوية بواسطة الطريقة التي طورها بيوني وآخرون، 2007. تم تركيب خليط من 10 مل من 20 مليمول ل-1 K3[الحديد (CN)6] + 0.1 مول لتر-1 محلول KCl مع 10 مل من 20 مليمول L-1 كوكل2 + 0.1 مول لتر-1 KCl ، في قارورة صوتنة. ثم يتم تشعيع الخليط بإشعاع الموجات فوق الصوتية عالي الكثافة لمدة 60 دقيقة ، باستخدام قرن تيتانيوم غمر مباشر (20 كيلو هرتز ، 10 وات سم-1) التي تم غمسها حتى عمق 1 سم في المحلول. أثناء الخليط ، لوحظ ظهور رواسب بنية فاتحة. يتم غسيل هذا التشتت على مدى 3 أيام من أجل الحصول على تشتت مستقر للغاية بلون بني فاتح.
(راجع جسال وآخرون 2015)
صورة مجهرية TEM للمكعبات النانوية الزرقاء البروسية استقرت مع سترات
الدراسة والصورة: Dacarro et al. 2018
قام Wu et al. (2006) بتصنيع الجسيمات النانوية الزرقاء البروسية عبر طريق سونوكيميائي من K4[الحديد (CN)6] ، حيث تم إنتاج Fe2+ عن طريق تحلل [FeII (CN) 6]4− عن طريق التشعيع بالموجات فوق الصوتية في حمض الهيدروكلوريك ؛ ال Fe2+ تأكسد إلى الحديد3+ للتفاعل مع [FeII (CN) المتبقية6]4− أيونات. وخلصت مجموعة البحث إلى أن توزيع الحجم الموحد للمكعبات النانوية الزرقاء البروسية المركبة ناتج عن تأثيرات الموجات فوق الصوتية. تظهر صورة FE-SEM على اليسار مكعبات نانوية من الحديد سداسي السيانوفيرات المركبة كيميائيا بواسطة مجموعة وو البحثية.
التوليف على نطاق واسع: لتحضير جسيمات PB النانوية على نطاق واسع، PVP (250 جم) وK3[الحديد (CN)6] (19.8 جم) إلى 2000 مل من محلول حمض الهيدروكلوريك (1 م). تم صوتنة المحلول حتى يصبح صافيا ثم وضعه في فرن عند 80 درجة مئوية لتحقيق تفاعل الشيخوخة لمدة 20-24 ساعة. ثم تم طرد الخليط بالطرد المركزي عند 20000 دورة في الدقيقة لمدة ساعتين لجمع جسيمات PB النانوية. (ملاحظة السلامة: من أجل طرد أي HCN تم إنشاؤه ، يجب إجراء التفاعل في غطاء الدخان).
التوليف الكهروكيميائي الصوتي للأزرق البروسي
وثمة تقنية تخليق أخرى عالية الكفاءة للأزرق البروسي هي المسار الكهروكيميائي الصوتي، الذي يجمع بشكل تآزري بين الترسيب الكهروكيميائي والموجات فوق الصوتية عالية الكثافة. تعمل هذه الطريقة على تعزيز نقل الكتلة، وتسريع حركية التنوين، وتعزيز تكوين الجسيمات النانوية الموحدة من خلال الخلط الدقيق الناجم عن التجويف وتنشيط السطح. وهذا ما يجعل تخليق الأزرق البروسي الكهروكيميائي الصوتي مسارًا موثوقًا للإنتاج الصناعي للأزرق البروسي النانوي.
اقرأ المزيد عن الإعداد الكهروكيميائي الصوتي لتخليق الأزرق البروسي!
مجسات بالموجات فوق الصوتية ومفاعلات سونوكيميائية للتوليف الأزرق البروسي
Hielscher Ultrasonics هي شركة ذات خبرات طويلة الأمد في مجال تصنيع أجهزة الموجات فوق الصوتية عالية الأداء التي تستخدم في جميع أنحاء العالم في مختبرات الأبحاث والإنتاج الصناعي. إن التوليف الكيميائي الصوتي وترسيب الجسيمات والأصباغ النانوية هو تطبيق متطلب يتطلب مجسات فوق صوتية عالية الطاقة تولد سعات ثابتة. تم تصميم جميع أجهزة Hielscher للموجات فوق الصوتية وتصنيعها ليتم تشغيلها على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع تحت حمولة كاملة. تتوفر المعالجات بالموجات فوق الصوتية من مجسات الموجات فوق الصوتية المدمجة بقدرة 50 واط إلى 16000 واط من المفاعلات فوق الصوتية المضمنة القوية المضمنة. مجموعة واسعة من الأبواق المعززة والأقطاب الصوتية وخلايا التدفق تسمح بالإعداد الفردي للنظام الكيميائي الصوتي بما يتوافق مع السلائف والمسار والمنتج النهائي.
التخليق الكيميائي – دُفعات أو مضمنة مصممة خصيصًا لتلبية احتياجاتك
يمكن استخدام مجسات الموجات فوق الصوتية HIELSCHER للموجات فوق الصوتية للدفعات والموجات فوق الصوتية المضمنة المستمرة. اعتمادا على حجم التفاعل وسرعة التفاعل، سوف نوصيك بأنسب إعداد بالموجات فوق الصوتية. تسمح أجهزة الموجات فوق الصوتية المختبرية والسطحية والتجريبية والصناعية بالكامل بمعالجة أي حجم.
أعلى معايير الجودة – صمم وصنع في ألمانيا
وباعتبارها شركة عائلية مملوكة ومدارة عائليًا، تعطي Hielscher الأولوية لأعلى معايير الجودة لمعالجاتها بالموجات فوق الصوتية. يتم تصميم جميع المعالجات بالموجات فوق الصوتية وتصنيعها واختبارها بدقة في مقرنا الرئيسي في تيلتو بالقرب من برلين، ألمانيا. متانة وموثوقية معدات Hielscher بالموجات فوق الصوتية تجعلها حصان العمل في الإنتاج الخاص بك. تشغيل 24/7 تحت حمولة كاملة وفي بيئات متطلبة هو سمة طبيعية لمسابير ومفاعلات Hielscher عالية الأداء بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء.
يمنحك الجدول أدناه مؤشرا على قدرة المعالجة التقريبية لأجهزة الموجات فوق الصوتية لدينا:
| حجم الدفعة | معدل التدفق | الأجهزة الموصى بها |
|---|---|---|
| 1 إلى 500 مل | 10 إلى 200 مل / دقيقة | UP100H |
| 10 إلى 2000 مل | 20 إلى 400 مل / دقيقة | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 إلى 20 لتر | 0.2 إلى 4 لتر / دقيقة | UIP2000hdT |
| 10 إلى 100 لتر | 2 إلى 10 لتر / دقيقة | UIP4000hdT |
| ن.أ. | 10 إلى 100 لتر / دقيقة | UIP16000 |
| ن.أ. | أكبر | مجموعة من UIP16000 |
اتصل بنا! / اسألنا!
حقائق تستحق المعرفة
ما هو الأزرق البروسي؟
الأزرق البروسي صحيح كيميائيا يطلق عليه سداسي سيانوفرات الحديد (الحديد (II، III) سداسي السيانوفيرات (II، III)) ، ولكن بالعامية IST يعرف أيضا باسم برلين الأزرق ، فيروسيانيد الحديديك ، سداسي السيانوفيرات الحديديك ، الحديد (III) فيروسيانيد ، الحديد (III) سداسي سيانوفرات (II) ، والأزرق الباريسي.
يوصف الأزرق البروسي بأنه صبغة زرقاء عميقة يتم إنتاجها عند حدوث أكسدة أملاح فيروسيانيد الحديدوز. يحتوي على سداسي سيانوفرات الحديديك (II) في بنية بلورية شبكية مكعبة. وهو غير قابل للذوبان في الماء، ولكنه يميل أيضا إلى تكوين غرويات؛ وبالتالي يمكن أن يوجد في صورة غروية أو قابلة للذوبان في الماء، وشكل غير قابل للذوبان. يتم إعطاؤه عن طريق الفم للأغراض السريرية لاستخدامه كترياق لأنواع معينة من التسمم بالمعادن الثقيلة ، مثل الثاليوم والنظائر المشعة للسييزيوم.
نظائرها من سداسي سيانوفرات الحديد (الأزرق البروسي) هي سداسي سيانوفرات النحاس ، سداسي الكوبالت ، سداسي سيانوفرات الزنك ، وسداسي سيانوفرات النيكل.
ما هي هياكل الأطر المعدنية العضوية؟
الأطر الفلزية العضوية (MOFs) هي فئة من المركبات تتكون من أيونات أو مجموعات فلزية منسقة مع روابط عضوية ، والتي يمكن أن تشكل هياكل أحادية أو ثنائية أو ثلاثية الأبعاد. هم فئة فرعية من البوليمرات التنسيق. تتشكل بوليمرات التنسيق بواسطة المعادن ، والتي ترتبط بواسطة روابط (ما يسمى جزيئات الرابط) بحيث يتم تشكيل دوافع التنسيق المتكررة. وتشمل ميزاتها الرئيسية التبلور وغالبا ما تكون مسامية.
اقرأ المزيد عن التوليف بالموجات فوق الصوتية لهياكل الإطار المعدني العضوي (MOF)!
بطاريات أيون الصوديوم
بطارية أيون الصوديوم (NIB) هي نوع من البطاريات القابلة لإعادة الشحن. على عكس بطارية ليثيوم أيون ، تستخدم بطارية أيون الصوديوم أيونات الصوديوم (Na +) بدلا من الليثيوم كحاملات شحن. خلاف ذلك ، فإن التركيب ومبدأ العمل وبناء الخلية متطابقة على نطاق واسع مع بطاريات الليثيوم أيون الشائعة والمستخدمة على نطاق واسع. الفرق الرئيسي بين هذين النوعين من البطاريات هو أنه في مكثفات Li-ion يتم استخدام مركبات الليثيوم ، بينما في بطاريات Na-ion يتم تطبيق معادن الصوديوم. هذا يعني أن مهبط بطارية أيون الصوديوم يحتوي على مركبات الصوديوم أو الصوديوم وأنود (ليس بالضرورة مادة قائمة على الصوديوم) بالإضافة إلى إلكتروليت سائل يحتوي على أملاح صوديوم منفصلة في المذيبات القطبية البروتونية أو اللابروتونية. أثناء الشحن ، يتم استخراج Na + من الكاثود وإدخاله في الأنود أثناء انتقال الإلكترونات عبر الدائرة الخارجية ؛ أثناء التفريغ ، تحدث العملية العكسية حيث يتم استخراج Na + من الأنود وإعادة إدخاله في الكاثود مع انتقال الإلكترونات عبر الدائرة الخارجية للقيام بعمل مفيد. من الناحية المثالية ، يجب أن تكون مواد الأنود والكاثود قادرة على تحمل الدورات المتكررة لتخزين الصوديوم دون تدهور من أجل ضمان دورة حياة طويلة.
التوليف الكيميائي الصوتي هو تقنية موثوقة وفعالة لإنتاج أملاح معدن الصوديوم السائبة عالية الجودة، والتي يمكن استخدامها لتصنيع مكثفات أيونات الصوديوم. يتم تخليق مسحوق الصوديوم عن طريق التشتت بالموجات فوق الصوتية لمعدن الصوديوم المنصهر في الزيت المعدني.
الأدب / المراجع
- Xinglong Wu, Minhua Cao, Changwen Hu, Xiaoyan He (2006): Sonochemical Synthesis of Prussian Blue Nanocubes from a Single-Source Precursor. Crystal Growth & Design 2006, 6, 1, 26–28.
- Vidhisha Jassal, Uma Shanker, Shiv Shanka (2015): Synthesis, Characterization and Applications of Nano-structured Metal Hexacyanoferrates: A Review. Journal of Environmental Analytical Chemistry 2015.
- Giacomo Dacarro, Angelo Taglietti, Piersandro Pallavicini (2018): Prussian Blue Nanoparticles as a Versatile Photothermal Tool. Molecules 2018, 23, 1414.
- Aharon Gedanken (2003): Sonochemistry and its application to nanochemistry. Current Science Vol. 85, No. 12 (25 December 2003), pp. 1720-1722.