Ултразвуково мокро утаяване на пруски сини нанокубове

Пруското синьо или железен хексацианоферат е наноструктурирана метална органична рамка (MOF), която се използва в производството на натриево-йонни батерии, биомедицината, мастилата и електрониката. Ултразвуковият мокър химичен синтез е ефективен, надежден и бърз път за производство на пруско синьо нанокуб и пруско синьо аналози като меден хексацианоферат и никел хексацианоферрат. Ултразвуково утаените наночастици Prussian Blue се характеризират с тясно разпределение на частиците по размери, монодисперсност и висока функционалност.

Аналози на пруско синьо и хексацианоферат

Пруско синьо или железо хексацианоферати се използват широко като функционален материал за проектиране на електрохимични приложения и за производство на химически сензори, електрохромни дисплеи, мастила и покрития, батерии (натриево-йонни батерии), кондензатори и суперкондензатори, материали за съхранение на катиони като H+ или Cs+, катализатори, тераностики и други. Поради добрата си окислително-редукционна активност и висока електрохимична стабилност, Prussian Blue е структура от металорганична рамка (MOF), която се използва широко за модификация на електроди.
Освен различни други приложения, като цветни мастила съответно със син, червен и жълт цвят се използват Prussian Blue и неговите аналози меден хексацианоферат и никелов хексацианоферрат.
Огромно предимство на наночастиците Prussian Blue е тяхната безопасност. Наночастиците Prussian Blue са напълно биоразградими, биосъвместими и одобрени от FDA за медицински приложения.

Сонохимичен синтез на пруски сини нанокубове

Синтезът на пруско синьо / хексацианоферитни наночастици е реакция на хетерогенно мокро-химическо утаяване. За да се получат наночастици с тясно разпределение на размера на частиците и монодисперсност, е необходим надежден път за утаяване. Ултразвуковото утаяване е добре известно с надеждния, ефективен и прост синтез на висококачествени наночастици и пигменти като магнетит, цинков молибдат, цинков фосфомолибдат, различни наночастици от сърцевината и др.

Мокро-химични пътища за синтез на пруски сини наночастици

Сонохимичният път на синтез на наночастици Prussian Blue е ефективен, фацилен, бърз и екологичен. Ултразвуковото утаяване дава висококачествени нанокубове Prussian Blue, които се характеризират с равномерно малък размер (приблизително 5 nm), тясно разпределение по размер и монодисперсност.
Пруски сини наночастици могат да бъдат синтезирани чрез различни пътища на утаяване със или без полимерни стабилизатори.
Избягвайки използването на стабилизиращ полимер, нанокубовете Prussian Blue могат да бъдат утаени просто чрез ултразвуково смесване на FeCl₃ и К₃[Fe(CN)₆] в присъствието на H₂O₂.
Използването на сонохимия в този вид синтез помага за получаването на по-малки наночастици (т.е. 5 nm на размер вместо размер от ≈50 nm, получен без ултразвук). (Dacarro et al. 2018)

Казуси от ултразвуковия синтез на пруско синьо

Обикновено пруските сини наночастици се синтезират чрез използване на ултразвуков метод.
При тази техника 0,05 M разтвор на K₄[Fe(CN)₆] се добавя към 100 ml разтвор на солна киселина (0,1 mol/L). Полученото K₄[Fe(CN)₆] водният разтвор се държи при 40ºC в продължение на 5 часа по време на ултразвук разтвора и след това се оставя да се охлади при стайна температура. Полученият син продукт се филтрира и измива многократно с дестилирана вода и абсолютен етанол и накрая се суши във вакуумна пещ при 25ºC в продължение на 12 часа.

Аналоговият меден хексацианоферит (CuHCF) е синтезиран по следния начин:
Наночастиците CuHCF са синтезирани съгласно следното уравнение:
Cu(NO)₃)₃ + К₄[Fe(CN)₆] –> Cu₄[Fe(CN)₆] + KN0₃

CuHCF наночастиците са синтезирани по метода, разработен от Bioni et al., 2007. Смес от 10 ml 20 mmol L^-1 K₃[Fe(CN)₆] + 0,1 mol L^-1 KCl разтвор с 10 ml 20 mmol L^-1 CuCl₂ + 0,1 mol L^-1 KCl, в колба за ултразвук. След това сместа се облъчва с ултразвуково лъчение с висока интензивност за 60 минути, като се използва титаниев рог с директно потапяне (20 kHz, 10Wcm^-1), която се потапя до дълбочина 1 cm в разтвора. По време на сместа се наблюдава появата на светлокафяво отлагане. Тази дисперсия се диализира в продължение на 3 дни, за да се получи много стабилна, светлокафява дисперсия.
(срв. Jassal et al. 2015)

Wu et al. (2006) синтезира пруски сини наночастици чрез сонохимичен път от K₄[Fe(CN)₆], в която Fe2+ се получава чрез разлагане на [FeII(CN)6]4− чрез ултразвуково облъчване в солна киселина; Fe²⁺ се окислява до Fe³⁺ да реагира с останалия [FeII(CN)₆]4- йони. Изследователската група заключава, че равномерното разпределение на размера на синтезираните пруски сини нанокубове се дължи на ефектите на ултразвука. FE-SEM изображението вляво показва сонохимично синтезирани железни хексацанианоферат нанокубове от изследователската група на Ву.

Широкомащабен синтез: за получаване на наночастици от PB в голям мащаб, PVP (250 g) и K₃[Fe(CN)₆] (19,8 g) се добавят към 2 000 ml разтвор на HCl (1 M). Разтворът се очуква до бистра и след това се поставя във фурна при 80°C, за да се постигне реакция на стареене за 20-24 часа. След това сместа се центрофугира при 20 000 оборота в минута в продължение на 2 часа за събиране на PB наночастици. (Бележка за безопасност: За да се изхвърли всеки създаден HCN, реакцията трябва да се извърши в аспиратор).

Соно-електрохимичен синтез на пруско синьо

Друга високоефективна техника за синтез на пруско синьо е звуко-електрохимичният метод, който синергично съчетава електрохимично отлагане с високоинтензивен ултразвук. Този метод подобрява масовия транспорт, ускорява кинетиката на зародишите и насърчава равномерното образуване на наночастици чрез индуцирано от кавитация микросмесване и активиране на повърхността. Това превръща соно-електрохимичния синтез на пруско синьо в надежден начин за промишлено производство на наноразмерни пруски сини.
Прочетете повече за звуко-електрохимичната инсталация за синтез на пруско синьо!

Ултразвукови сонди и сонохимични реактори за пруско синьо синтез

Hielscher Ultrasonics е дългогодишен производител на високопроизводителни сонатори, които се използват по целия свят в изследователски лаборатории и промишлено производство. Сонохимичният синтез и утаяване на наночастици и пигменти е взискателно приложение, което изисква мощни ултразвукови сонди, които генерират постоянни амплитуди. Всички сонатори на Hielscher са проектирани и произведени така, че да могат да работят 24 часа в денонощието, 7 дни в седмицата при пълно натоварване. Предлагат се ултразвукови процесори от компактни 50-ватови ултразвукови сонди до 16 000-ватови мощни инлайн ултразвукови реактори. Голямото разнообразие от усилващи рогове, сонотръби и поточни клетки позволява индивидуална настройка на дадена сонохимична система в съответствие с прекурсорите, пътя и крайния продукт.

Сонохимичен синтез – Партида или поточна линия, съобразена с вашите нужди

Ултразвуковите сонди на Hielscher могат да се използват за партидна и непрекъсната инлайн соникация. В зависимост от обема на реакцията и скоростта на реакцията, ние ще ви препоръчаме най-подходящата ултразвукова настройка. Лабораторните, настолните, пилотните и напълно индустриалните сонатори позволяват обработката на всякакъв обем.

Най-високи стандарти за качество – Проектиран и произведен в Германия

Като семейна фирма, Hielscher дава приоритет на най-високите стандарти за качество за своите ултразвукови процесори. Всички ултразвукови устройства се проектират, произвеждат и щателно тестват в централата ни в Телтоу близо до Берлин, Германия. Здравината и надеждността на ултразвуковото оборудване на Hielscher го правят работен кон във вашето производство. Работата 24 часа в денонощието, 7 дни в седмицата при пълно натоварване и в тежки условия е естествена характеристика на високопроизводителните ултразвукови сонди и реактори на Hielscher.

Таблицата по-долу ви дава представа за приблизителния капацитет на обработка на нашите ултразвукови апарати: