Ultrazvučna vlažna precipitacija pruskih plavih nanokuba

Pruski plavi ili željezni heksacijanoferat je nanostrukturirani metalni organski okvir (MOF), koji se koristi u proizvodnji natrijum-jonskih baterija, biomedicini, mastilima i elektronici. Ultrazvučna vlažna hemijska sinteza je efikasan, pouzdan i brz put za proizvodnju pruskih plavih nanokocki i analoga pruske plave boje kao što su bakar heksacijanoferat i nikl heksacijanoferat. Ultrazvučno precipitirane pruske plave nanočestice odlikuju se uskom distribucijom veličine čestica, mono-disperznošću i visokom funkcionalnošću.

Analogi pruske plave i heksacijanoferata

Pruski plavi ili željezni heksacijanoferati se široko koriste kao funkcionalni materijal za dizajn elektrohemijskih aplikacija i za proizvodnju hemijskih senzora, elektrohromskih displeja, mastila i premaza, baterija (natrijum-jonske baterije), kondenzatora i superkondenzatora, materijala za skladištenje kationa kao što su H+ ili Cs+, katalizatori, teranostici i drugi. Zbog svoje dobre redoks aktivnosti i visoke elektrohemijske stabilnosti, pruska plava je metalno-organska struktura (MOF) koja se široko koristi za modifikaciju elektroda.
Osim raznih drugih aplikacija, pruska plava i njeni analozi bakar heksacijanoferat i nikl heksacijanoferat koriste se kao boje plave, crvene i žute boje.
Velika prednost pruskih plavih nanočestica je njihova sigurnost. Nanočestice pruske plave su potpuno biorazgradive, biokompatibilne i odobrene od strane FDA za medicinsku primjenu.

Sonohemijska sinteza pruskih plavih nanokuba

Sinteza nanočestica pruskog plavog / heksacijanoferita je reakcija heterogene vlažno-hemijske precipitacije. Da bi se dobile nanočestice sa uskom distribucijom veličine čestica i monodisperznošću, potreban je pouzdan put precipitacije. Ultrazvučna precipitacija je dobro poznata po pouzdanoj, efikasnoj i jednostavnoj sintezi visokokvalitetnih nanočestica i pigmenata kao što su magnetit, cink molibdat, cink fosfomolibdat, razne nanočestice jezgra i ljuske itd.

Putevi vlažne kemijske sinteze za pruske plave nanočestice

Sonohemijski put sinteze nanočestica pruske plave je efikasan, lak, brz i ekološki prihvatljiv. Ultrazvučna precipitacija daje visokokvalitetne pruske plave nanokocke, koje se odlikuju ujednačenom malom veličinom (oko 5 nm), uskom distribucijom veličine i monodisperznošću.
Nanočestice pruske plave mogu se sintetizirati različitim putevima precipitacije sa ili bez polimernih stabilizatora.
Izbjegavajući upotrebu stabilizirajućeg polimera, pruske plave nanokocke mogu se istaložiti jednostavnim ultrazvučnim miješanjem FeCl₃ i K₃[Fe(CN)₆] u prisustvu H₂O₂.
Upotreba sonohemije u ovoj vrsti sinteze pomogla je u dobijanju manjih nanočestica (tj. veličine 5 nm umjesto veličine ≈50 nm dobijene bez ultrazvuka). (Dacarro et al. 2018.)

Studije slučaja ultrazvučne sinteze pruskog plavog

Općenito, pruske plave nanočestice se sintetiziraju korištenjem ultrazvučne metode.
U ovoj tehnici, 0,05 M rastvor K₄[Fe(CN)₆] se dodaje u 100 ml rastvora hlorovodonične kiseline (0,1 mol/L). Nastala K₄[Fe(CN)₆] vodeni rastvor se drži na 40ºC 5 h dok se rastvor obrađuje sonikacijom, a zatim se ostavi da se ohladi na sobnoj temperaturi. Dobijeni plavi proizvod se filtrira i ispere više puta destilovanom vodom i apsolutnim etanolom i na kraju suši u vakuum pećnici na 25ºC 12 h.

Analog heksacijanoferita bakra heksacijanoferit (CuHCF) sintetiziran je na sljedeći način:
CuHCF nanočestice su sintetizovane prema sledećoj jednačini:
Cu(BR₃)₃ + K₄[Fe(CN)₆] —> Cu₄[Fe(CN)₆] + KN0₃

CuHCF nanočestice se sintetiziraju metodom koju su razvili Bioni i sar., 2007. [1]. Smjesa od 10 mL 20 mmol L^-1 K₃[Fe(CN)₆] + 0,1 mol L^-1 Rastvor KCl sa 10 mL 20 mmol L^-1 CuCl₂ + 0,1 mol L^-1 KCl, u tikvici za sonikaciju. Smjesa se zatim zrači ultrazvučnim zračenjem visokog intenziteta u trajanju od 60 minuta, koristeći titanijumsku trubu direktnog uranjanja (20 kHz, 10 Wcm^-1) koji je uronjen do dubine od 1 cm u rastvor. Tokom mešanja primećuje se pojava svetlosmeđeg naslaga. Ova disperzija se dijalizira 3 dana kako bi se dobila vrlo stabilna disperzija svijetlosmeđe boje.
(usp. Jassal et al. 2015.)

Wu et al. (2006) sintetizirali su nanočestice pruske plave sonohemijskim putem iz K₄[Fe(CN)₆], u kojoj je Fe2+ nastao razgradnjom [FeII(CN)6]4− ultrazvučnim zračenjem u hlorovodoničkoj kiselini; the Fe²⁺ je oksidiran u Fe³⁺ da reaguje sa preostalim [FeII(CN)₆]4− jona. Istraživačka grupa je zaključila da je ujednačena distribucija veličine sintetiziranih pruskih plavih nanokuba uzrokovana efektima ultrazvučne obrade. FE-SEM slika na lijevoj strani prikazuje sonohemijski sintetizirane nanokocke željeznog heksacijanoferata od strane Wuove istraživačke grupe.

Sinteza velikih razmjera: za pripremu nanočestica PB u velikoj mjeri, PVP (250 g) i K₃[Fe(CN)₆] (19,8 g) dodato je u 2000 mL rastvora HCl (1 M). Otopina je obrađena ultrazvukom dok ne bude bistra, a zatim stavljena u pećnicu na 80°C da bi se postigla reakcija starenja u trajanju od 20-24 sata. Smjesa je zatim centrifugirana na 20.000 rpm tokom 2 sata radi prikupljanja nanočestica PB. (Sigurnosna napomena: Kako bi se izbacio bilo koji HCN koji se stvorio, reakciju treba provesti u dimovodu).

Ultrazvučne sonde i sonohemijski reaktori za sintezu pruskog plavog

Hielscher Ultrasonics je proizvođač ultrazvučne opreme visokih performansi sa dugogodišnjim iskustvom koja se koristi širom svijeta u laboratorijama i industrijskoj proizvodnji. Sonohemijska sinteza i precipitacija nanočestica i pigmenata je zahtjevna primjena koja zahtijeva ultrazvučne sonde velike snage koje generiraju konstantne amplitude. Svi Hielscher ultrazvučni uređaji su dizajnirani i proizvedeni da rade 24/7 pod punim opterećenjem. Ultrazvučni procesori su dostupni od kompaktnih laboratorijskih ultrazvučnih uređaja od 50 vati do moćnih inline ultrazvučnih sistema od 16.000 vati. Širok izbor buster rogova, sonotroda i protočnih ćelija omogućavaju individualnu postavku sonohemijskog sistema u skladu sa prethodnicima, putanjom i konačnim proizvodom.
Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne sonde visokih performansi koje se mogu posebno postaviti za isporuku punog spektra od vrlo blagih do vrlo visokih amplituda. Ako vaša sonohemijska aplikacija zahtijeva neobične specifikacije (npr. vrlo visoke temperature), dostupne su prilagođene ultrazvučne sonotrode. Robusnost Hielscherove ultrazvučne opreme omogućava 24/7 rad u teškim uslovima iu zahtjevnim okruženjima.

Sonochemical Batch and Inline Synthesis

Hielscher ultrazvučne sonde mogu se koristiti za serije i kontinuirani inline sonication. Ovisno o volumenu reakcije i brzini reakcije, preporučit ćemo vam najprikladniju ultrazvučnu postavku.

Ultrazvučne sonde i sonoreaktori za bilo koju zapreminu

Asortiman proizvoda Hielscher Ultrasonics pokriva cijeli spektar ultrazvučnih procesora od kompaktnih laboratorijskih ultrasonikatora preko stolnih i pilot sistema do potpuno industrijskih ultrazvučnih procesora sa kapacitetom za obradu kamiona po satu. Cijeli asortiman proizvoda nam omogućava da vam ponudimo najprikladniju ultrazvučnu opremu za vaše tekućine, kapacitet procesa i proizvodne ciljeve.

Precizno kontrolisane amplitude za optimalne rezultate

Svi Hielscher ultrazvučni procesori su precizno kontrolirani i time pouzdani radni konji. Amplituda je jedan od ključnih parametara procesa koji utiču na efikasnost i efektivnost sonohemijski i sonomehanički izazvanih reakcija. Svi Hielscher Ultrasonics’ procesori omogućavaju precizno podešavanje amplitude. Sonotrode i buster rogovi su dodaci koji omogućavaju modificiranje amplitude u još širem rasponu. Hielscherovi industrijski ultrazvučni procesori mogu isporučiti vrlo visoke amplitude i isporučiti potreban ultrazvučni intenzitet za zahtjevne primjene. Amplitude do 200 µm mogu se lako raditi u kontinuitetu u radu 24/7.
Precizna podešavanja amplitude i trajno praćenje parametara ultrazvučnog procesa putem pametnog softvera daju vam mogućnost da sintetizirate svoje pruske plave nanokocke i analoge heksacijanoferata pod najefikasnijim ultrazvučnim uslovima. Optimalna sonikacija za najefikasniju sintezu nanočestica!
Robusnost Hielscherove ultrazvučne opreme omogućava 24/7 rad u teškim uslovima iu zahtjevnim okruženjima. Ovo čini Hielscherovu ultrazvučnu opremu pouzdanim radnim alatom koji ispunjava vaše zahtjeve sonohemijskog procesa.

Najviša kvaliteta – Dizajniran i proizveden u Njemačkoj

Kao porodično preduzeće koje vodi porodica, Hielscher daje prioritet najvišim standardima kvaliteta za svoje ultrazvučne procesore. Svi ultrasonikatori su dizajnirani, proizvedeni i temeljno testirani u našem sjedištu u Teltowu blizu Berlina, Njemačka. Robusnost i pouzdanost Hielscherove ultrazvučne opreme čine je radnim konjem u vašoj proizvodnji. 24/7 rad pod punim opterećenjem iu zahtjevnim okruženjima prirodna je karakteristika Hielscherovih ultrazvučnih sondi i reaktora visokih performansi.

Tabela ispod daje vam indikaciju približnih kapaciteta obrade naših ultrazvučnih aparata: