Ultrazvukové mokré srážení pruských modrých nanokostek

Pruská modř neboli hexakyanoželezitan železitý je nanostrukturovaný kovový organický rámec (MOF), který se používá při výrobě sodíkových iontových baterií, biomedicíně, inkoustech a elektronice. Ultrazvuková mokrá chemická syntéza je účinná, spolehlivá a rychlá cesta k výrobě nanokostek pruské modři a analogů pruské modři, jako je hexakyanoželezitan měďnatý a hexakyanoželezitan niklu. Ultrazvukem vysrážené nanočástice pruské modři se vyznačují úzkou distribucí velikosti částic, monodisperzitou a vysokou funkčností.

Pruská modř a analogy hexakyanoželezitanu

Pruská modř nebo hexakyanoželezitany železa jsou široce používány jako funkční materiál pro navrhování elektrochemických aplikací a pro výrobu chemických senzorů, elektrochromních displejů, inkoustů a povlaků, baterií (sodíko-iontové baterie), kondenzátorů a superkondenzátorů, kationtových skladovacích materiálů, jako je H+ nebo Cs+, katalyzátorů, teranostik a dalších. Díky své dobré redoxní aktivitě a vysoké elektrochemické stabilitě je Pruská modř kovo-organická struktura (MOF), která je široce používána pro modifikaci elektrod.
Kromě různých dalších aplikací se pruská modř a její analogy hexakyanoželezitan měďnatý a hexakyanoželezitan niklnatý používají jako barevné inkousty modré, červené a žluté barvy.
Obrovskou výhodou nanočástic pruské modři je jejich bezpečnost. Nanočástice pruské modři jsou plně biologicky odbouratelné, biokompatibilní a schválené FDA pro lékařské aplikace.

Sonochemická syntéza pruských modrých nanokostek

Syntéza nanočástic pruské modři / hexakyanoferitu je reakcí heterogenního mokrého chemického srážení. Aby bylo možné získat nanočástice s úzkou distribucí velikosti částic a monodisperzitou, je zapotřebí spolehlivá cesta srážení. Ultrazvuková precicipitace je dobře známá pro spolehlivou, účinnou a jednoduchou syntézu vysoce kvalitních nanočástic a pigmentů, jako je magnetit, molybdenan zinečnatý, fosfomolybdenan zinečnatý, různé nanočástice jádra atd.

Cesty mokré chemické syntézy pro nanočástice pruské modři

Sonochemická cesta syntézy nanočástic pruské modři je účinná, snadná, rychlá a šetrná k životnímu prostředí. Ultrazvukové srážky poskytují vysoce kvalitní nanokostky pruské modři, které se vyznačují jednotnou malou velikostí (přibližně 5 nm), úzkou distribucí velikosti a monodisperzitou.
Nanočástice pruské modři mohou být syntetizovány různými srážecími cestami s polymerními stabilizátory nebo bez nich.
Aby se předešlo použití stabilizačního polymeru, lze nanokostky pruské modři jednoduše vysrážet ultrazvukovým smícháním FeCl₃ a K₃[Fe(CN)₆] v přítomnosti H₂O₂.
Použití sonochemie v tomto druhu syntézy pomohlo získat menší nanočástice (tj. Velikost 5 nm namísto velikosti ≈50 nm získané bez sonikace). (Dacarro et al. 2018)

Případové studie ultrazvukové syntézy pruské modři

Obecně platí, že pruské modré nanočástice jsou syntetizovány pomocí ultrazvukové metody.
Při této technice 0,05 M roztok K₄[Fe(CN)₆] se přidá ke 100 ml roztoku kyseliny chlorovodíkové (0,1 mol/l). Výsledné K₄[Fe(CN)₆] vodný roztok se udržuje při teplotě 40 ° C po dobu 5 hodin, zatímco roztok sonikuje, a poté se nechá vychladnout při pokojové teplotě. Získaný modrý produkt se filtruje a opakovaně promyje destilovanou vodou a absolutním ethanolem a nakonec se suší ve vakuové sušárně při teplotě 25 ° C po dobu 12 hodin.

Hexakyanoferitový analog hexakyanoferitu měďnatého (CuHCF) byl syntetizován následujícím způsobem:
Nanočástice CuHCF byly syntetizovány podle následující rovnice:
Cu(NE₃)₃ +K₄[Fe(CN)₆] —> Cu₄[Fe(CN)₆] + KN0₃

Nanočástice CuHCF jsou syntetizovány metodou vyvinutou Bioni et al., 2007 [1]. Směs 10 ml o 20 mmol l^-1 K₃[Fe(CN)₆] + 0,1 mol L^-1 Roztok KCl s 10 ml 20 mmol l^-1 CuCl₂ + 0,1 mol L^-1 KCl, v sonikační baňce. Směs je poté ozářena ultrazvukovým zářením o vysoké intenzitě po dobu 60 minut pomocí přímo ponorného titanového rohu (20 kHz, 10 Wcm)^-1), který byl ponořen do hloubky 1 cm do roztoku. Během směsi je pozorován výskyt světle hnědého usazeniny. Tato disperze se dialyzuje po dobu 3 dnů, aby se získala velmi stabilní, světle hnědě zbarvená disperze.
(srov. Jassal et al. 2015)

Wu et al. (2006) syntetizovali nanočástice pruské modři sonochemickou cestou z K₄[Fe(CN)₆], ve kterém Fe2+ vznikl rozkladem [FeII(CN)6]4− ultrazvukovým ozařováním v kyselině chlorovodíkové; Fe²⁺ byl oxidován na Fe³⁺ reagovat se zbývajícím [FeII(CN)₆]4− iontů. Výzkumná skupina dospěla k závěru, že rovnoměrná distribuce velikosti syntetizovaných pruských modrých nanokostek je způsobena účinky ultrazvuku. Obrázek FE-SEM vlevo ukazuje sonochemicky syntetizované nanokostky hexakyanoželezitanu železa od výzkumné skupiny Wu.

Syntéza ve velkém měřítku: pro přípravu PB nanočástic ve velkém měřítku, PVP (250 g) a K₃[Fe(CN)₆] (19,8 g) byly přidány do 2 000 ml roztoku HCl (1 M). Roztok byl sonikován, dokud nebyl čirý, a poté umístěn do pece při teplotě 80 °C, aby se dosáhlo reakce stárnutí po dobu 20–24 hodin. Směs byla poté odstřeďována při 20 000 otáčkách za minutu po dobu 2 hodin za účelem sběru PB nanočástic. (Bezpečnostní poznámka: Aby se vyloučil jakýkoli vytvořený HCN, měla by být reakce prováděna v digestoři).

Ultrazvukové sondy a sonochemické reaktory pro syntézu pruské modři

Hielscher Ultrasonics je dlouholetým výrobcem vysoce výkonných ultrazvukových zařízení, která se používají po celém světě v laboratořích a průmyslové výrobě. Sonochemická syntéza a srážení nanočástic a pigmentů je náročná aplikace, která vyžaduje vysoce výkonné ultrazvukové sondy, které generují konstantní amplitudy. Všechna ultrazvuková zařízení Hielscher jsou navržena a vyrobena tak, aby byla provozována 24 hodin denně, 7 dní v týdnu při plném zatížení. Ultrazvukové procesory jsou k dispozici od kompaktních 50 wattových laboratorních ultrazvukových systémů až po 16 000 wattů výkonných řadových ultrazvukových systémů. Široká škála posilovacích rohů, sonotrod a průtokových buněk umožňuje individuální nastavení sonochemického systému v souladu s prekurzory, dráhou a konečným produktem.
Hielscher Ultrasonics vyrábí vysoce výkonné ultrazvukové sondy, které mohou být specificky nastaveny tak, aby poskytovaly celé spektrum velmi mírných až velmi vysokých amplitud. Pokud vaše sonochemická aplikace vyžaduje neobvyklé specifikace (např. velmi vysoké teploty), jsou k dispozici přizpůsobené ultrazvukové sonotrody. Robustnost ultrazvukového zařízení Hielscher umožňuje provoz 24 hodin denně, 7 dní v týdnu v náročném provozu a v náročných prostředích.

Sonochemická vsádková a inline syntéza

Hielscher ultrazvukové sondy mohou být použity pro dávkové a kontinuální inline sonikace. V závislosti na reakčním objemu a rychlosti reakce vám doporučíme nejvhodnější ultrazvukové nastavení.

Ultrazvukové sondy a sono-reaktory pro jakýkoli objem

Produktová řada Hielscher Ultrasonics pokrývá celé spektrum ultrazvukových procesorů od kompaktních laboratorních ultrasonicators přes stolní a pilotní systémy až po plně průmyslové ultrazvukové procesory s kapacitou pro zpracování nákladních automobilů za hodinu. Kompletní sortiment produktů nám umožňuje nabídnout vám nejvhodnější ultrazvuková zařízení pro vaše kapaliny, procesní kapacitu a výrobní cíle.

Přesně regulovatelné amplitudy pro optimální výsledky

Všechny ultrazvukové procesory Hielscher jsou přesně ovladatelné a tím spolehlivé pracovní koně. Amplituda je jedním z klíčových procesních parametrů, které ovlivňují účinnost a účinnost sonochemicky a sonomechanicky indukovaných reakcí. Všechny Hielscher Ultrazvuk’ Procesory umožňují přesné nastavení amplitudy. Sonotrody a posilovací rohy jsou příslušenství, které umožňuje upravit amplitudu v ještě širším rozsahu. Hielscherovy průmyslové ultrazvukové procesory mohou dodávat velmi vysoké amplitudy a dodávat požadovanou ultrazvukovou intenzitu pro náročné aplikace. Amplitudy až 200 μm lze snadno nepřetržitě provozovat v provozu 24/7.
Přesné nastavení amplitudy a trvalé sledování parametrů ultrazvukového procesu pomocí inteligentního softwaru vám dává možnost syntetizovat nanokostky pruské modři a analogy hexakyanoželezitanu za nejúčinnějších ultrazvukových podmínek. Optimální sonikace pro nejúčinnější syntézu nanočástic!
Robustnost ultrazvukového zařízení Hielscher umožňuje provoz 24 hodin denně, 7 dní v týdnu v náročném provozu a v náročných prostředích. Díky tomu je ultrazvukové zařízení Hielscher spolehlivým pracovním nástrojem, který splňuje vaše požadavky na sonochemický proces.

Nejvyšší kvalita – Navrženo a vyrobeno v Německu

Jako rodinný podnik Hielscher upřednostňuje nejvyšší standardy kvality svých ultrazvukových procesorů. Všechny ultrasonicators jsou navrženy, vyrobeny a důkladně testovány v našem sídle v Teltow poblíž Berlína v Německu. Robustnost a spolehlivost ultrazvukového zařízení Hielscher z něj činí pracovního koně ve vaší výrobě. Provoz 24 hodin denně, 7 dní v týdnu při plném zatížení a v náročných prostředích je přirozenou charakteristikou vysoce výkonných ultrazvukových sond a reaktorů Hielscher.

Níže uvedená tabulka vám poskytuje přibližný přehled o zpracovatelské kapacitě našich ultrasonicators: