Preußisch Blau oder Eisenhexacyanoferrat ist ein nanostrukturiertes metallorganisches Gerüst (MOF), das bei der Herstellung von Natriumionenbatterien, in der Biomedizin, in Tinten sowie in der Elektronik verwendet wird. Die nasschemische Ultraschallsynthese ist ein effizienter, zuverlässiger und schneller Weg zur Herstellung von Preußisch Blau-Nanocubes und Preußisch Blau-Analoga wie z.B. Kupferhexacyanoferrat und Nickelhexacyanoferrat. Mittels Ultraschallsynthese gefällte Preußisch Blau-Nanopartikel zeichnen sich durch eine enge Partikelgrößenverteilung, Monodispersität und hohe Funktionalität aus.

Preußisch Blau und Hexacyanoferrat-Derivate

Preußisch Blau oder Eisenhexacyanoferrate werden in großem Umfang als funktionelles Material in der Entwicklung elektrochemischer Anwendungen und bei der Herstellung chemischer Sensoren, elektrochromer Anzeigen, Tinten und Beschichtungen, Batterien (Natrium-Ionen-Batterien), Kondensatoren und Superkondensatoren, Kationenspeichermaterialien wie für H+ oder Cs+, Katalysatoren, Theranostika und anderen Materialien eingesetzt. Aufgrund seiner hohen Redox-Aktivität und hohen elektrochemischen Stabilität ist Preußisch Blau eine metallorganische Gerüststruktur (MOF), die häufig zur Elektrodenmodifikation verwendet wird.
Neben verschiedenen anderen Anwendungen werden Preußisch Blau und seine Derivate Kupferhexacyanoferrat und Nickelhexacyanoferrat als Farbtinten mit blauer, roter bzw. gelber Farbe verwendet.
Ein großer Vorteil der Preußisch Blau Nanopartikel ist ihre Sicherheit. Preußisch Blau-Nanopartikel sind vollständig biologisch abbaubar, biokompatibel und von der FDA für medizinische Anwendungen zugelassen.

Sonochemische Synthese von Preußisch Blau Nanopartikeln

Die Synthese von Preußisch Blau / Hexacyanoferrit-Nanopartikeln ist eine heterogene, nasschemische Fällungsreaktion. Um Nanopartikel mit einer engen Partikelgrößenverteilung und Monodispersität zu produzieren, ist ein zuverlässiger Fällungsreaktionsweg erforderlich. Die ultraschall-gestützte Präzipitation ist als zuverlässige, effiziente und einfache Synthese von hochwertigen Nanopartikeln und Pigmenten wie Magnetit, Zinkmolybdat, Zinkphosphomolybdat sowie verschiedener Core-Shell-Nanopartikel u.ä. bekannt.

Nasschemische Synthesewege für Preußisch Blau-Nanopartikel

Der sonochemische Weg der Preußisch-Blau-Nanopartikelsynthese ist effizient, einfach, schnell und umweltfreundlich. Die ultraschall-gestützte Fällung führt zu qualitativ hochwertigen Preußisch Blau-Nanowürfeln, die sich durch einheitlich kleine Größe (ca. 5 nm), engbandige Größenverteilungskurve und Monodispersität auszeichnen.
Preußisch Blau-Nanopartikel können über verschiedene Fällungswege mit oder ohne polymere Stabilisatoren synthetisiert werden.
Wird auf auf die Verwendung eines stabilisierenden Polymers verzichtet, können Preußisch Blau-Nanocubes einfach durch ultraschall-gestütztes Mischen folgender Reagenzien synthetisiert werden: FeCl₃ und K₃[Fe(CN)₆] in Anwesenheit von H₂O₂.
Das sonocehmische Verfahren bei dieser Syntheseform resultierte in kleineren Nanopartikel (d.h. 5nm mittel Ultraschall anstatt ≈50 nm ohne Beschallung). (Dacarro et al. 2018)

Fallstudien zur Preußisch Blau-Synthese mittels Ultraschall

Preußisch Blau-Nanopartikel werden häufig mittels Ultraschallmethode synthetisiert.
Bei diesem ultraschall-gestützten Syntheseverfahren werden 0,05M K₄[Fe(CN)₆] Lösung zu 100ml Salzsäurelösung (0,1 mol/L) gegeben. Die daraus resultierende wässrige K₄[Fe(CN)₆] Lösung wird während der Beschallung für 5 h bei 40ºC gehalten und dann auf Raumtemperatur abgekühlt. Das erhaltene blaue Produkt wird filtriert und wiederholt mit destilliertem Wasser und reinem Ethanol gewaschen und schließlich 12 Stunden lang in einem Vakuumschrank bei 25ºC getrocknet.

Das Hexacyanoferrit-Derivat Kupferhexacyanoferrit (CuHCF) wurde auf folgendem Weg synthetisiert:
Die CuHCF-Nanopartikel wurden gemäß der folgenden Gleichung synthetisiert:
Cu(NO₃)₃ + K₄[Fe(CN)₆] —> Cu₄[Fe(CN)₆] + KN0₃

CuHCF-Nanopartikel können nach der von Bioni et al. (2007) entwickelten Methode synthetisiert werden. Die Mischung aus 10mL 20 mmol L^-1 K₃[Fe(CN)₆] + 0,1 mol L^-1 KCl-Lösung wird mit 10mL 20 mmol L^-1 CuCl₂ + 0,1 mol L^-1 KCl in einem Ultraschallkolben gegeben. Das Gemisch wird dann 60 Minuten lang mit hochintensivem Ultraschall beschallt, wobei ein Titanhorn (20 kHz, 10Wcm^-1) direkt in die Lösung getaucht wird. Während des Ultraschall-gestützten Mischens wird das Auftreten einer hellbraunen Ablagerung beobachtet. Diese Dispersion wird über 3 Tage dialysiert, um eine sehr stabile, hellbraun gefärbte Dispersion zu erhalten.
(vgl. Jassal et al. 2015)

Wu et al. (2006) synthetisierten Preußisch Blau- Nanopartikel über eine sonochemischen Reaktion von K₄[Fe(CN)₆], bei der Fe2+ durch die Zersetzung von [FeII(CN)6]4- durch Ultraschall in Salzsäure erzeugt wurde; das Fe² wurde zu Fe oxidiert³⁺ um mit dem verbleibendem [FeII(CN)]₆]4-Ionen zu reagieren. Die Forschungsgruppe kam zu dem Schluss, dass die gleichmäßige Größenverteilung der synthetisierten Preußisch Blau-Nanowürfel durch die Effekte des Ultraschalls erzeugt wurden. Das FE-SEM-Bild auf der linken Seite zeigt sonochemisch synthetisierte Eisenhexacyanoferrat-Nanowürfel von Wu's Forschungsgruppe.

Synthese im großen Maßstab: Zur Herstellung von Preußisch Blau-Nanopartikeln im großen Maßstab wurden PVP (250 g) und K₃[Fe(CN)₆] (19,8 g) zu 2.000 mL HCl-Lösung (1 M) hinzugefügt. Die Lösung wurde bis zur Klarheit beschallt und dann bei 80°C in den Ofen gestellt, um eine Alterungsreaktion für 20-24 Stunden zu erreichen. Die Lösung wurde dann 2 Stunden lang bei 20.000 U/min zentrifugiert, um die Preußisch Blau Nanopartikel abzutrennen. (Sicherheitshinweis: Um das entstandene HCN abzutrennen, sollte die Reaktion in einem Abzug durchgeführt werden).

Ultraschallsonotroden und sonochemische Reaktoren für die Preußisch Blau-Synthese

Hielscher Ultrasonics ist langjährig erfahrener Hersteller von Hochleistungs-Ultraschallgeräten, die weltweit in Laboratorien und der industriellen Produktion eingesetzt werden. Die sonochemische Synthese und Fällung von Nanopartikeln und Pigmenten ist eine anspruchsvolle Anwendung, die Hochleistungs-Ultraschallsonotroden erfordert, welche konstante Amplituden erzeugen. Alle Hielscher Ultraschallgeräte sind so konstruiert und gefertigt, dass sie rund um die Uhr unter Volllast betrieben werden können. Die Ultraschallprozessoren sind von kompakten 50 Watt Labor-Ultraschallgeräten bis hin zu 16.000 Watt Hochleistungs-Inline-Ultraschallsystemen erhältlich. Eine Vielzahl von Boosterhörnern, Sonotroden und Durchflusszellen ermöglichen den individuellen Aufbau eines sonochemischen Systems entsprechend der Reagenzien, des Reaktionsweges und dem Endprodukt.
Hielscher Ultrasonics stellt Hochleistungs-Ultraschallsonotroden her, die speziell eingestellt werden können, so dass sie das gesamte Spektrum von sehr milden bis sehr hohen Amplituden liefern können. Wenn Ihre sonochemische Anwendung ungewöhnliche Spezifikationen erfordert (z.B. sehr hohe Temperaturen), sind kundenspezifische Ultraschallsonotroden verfügbar. Die Robustheit der Ultraschallgeräte von Hielscher ermöglicht einen 24/7-Betrieb bei hoher Beanspruchung und in anspruchsvollen Umgebungen.

Sonochemische Batch- und Inline-Synthese

Hielscher Ultraschallsonotroden können für die Batch- und kontinuierliche Inline-Beschallung verwendet werden. Je nach Volumen und Geschwindigkeit Ihrer chemischen Reaktion empfehlen wir Ihnen den am besten geeigneten Ultraschallaufbau.

Ultraschallsonotroden und Sono-Reaktoren für jedes Volumen

Die Produktpalette von Hielscher Ultrasonics deckt das gesamte Spektrum der Ultraschallprozessoren ab - vom kompakten Labor-Ultraschallgerät über Benchtop- und Pilotsysteme bis hin zu vollindustriellen Ultraschallprozessoren mit der Kapazität zur Bearbeitung von LKW-Ladungen pro Stunde. Die ausgereifte Produktpalette ermöglicht es uns, Ihnen die für Ihre Flüssigkeit, Prozesskapazität und Produktionsziele am besten geeigneten Ultraschallgeräte anzubieten.

Präzise kontrollierbare Amplituden für optimale Ergebnisse

Alle Hielscher Ultraschallprozessoren sind präzise steuerbare und damit zuverlässige Werkzeuge in der Produktion. Die Amplitude ist einer der entscheidenden Prozessparameter, welcher die Effizienz und Effektivität von sonochemisch und sonomechanisch induzierten Reaktionen beeinflussen. Alle Hielscher Ultrasonics ‘ Prozessoren ermöglichen die präzise Einstellung der Amplitude. Sonotroden und Booster-Hörner sind Zubehörteile, welche es erlauben, die Amplitude in einem noch größeren Spektrum zu verändern. Die industriellen Ultraschallprozessoren von Hielscher können sehr hohe Amplituden erzeugen und liefern die erforderliche Ultraschallintensität für anspruchsvolle Anwendungen. Amplituden von bis zu 200µm können problemlos im 24/7-Betrieb kontinuierlich betrieben werden.
Präzise Amplitudeneinstellungen und die permanente Überwachung der Ultraschall-Prozessparameter durch eine intelligente Software geben Ihnen die Möglichkeit, Ihre Preußisch Blau-Nanopartikel und Hexacyanoferrat-Derivate unter den effektivsten Ultraschallbedingungen zu synthetisieren. Optimale Beschallung für eine hoch effiziente Nanopartikelsynthese!
Die Robustheit der Ultraschallgeräte von Hielscher ermöglicht einen 24/7-Betrieb bei hoher Beanspruchung und in anspruchsvollen Umgebungen. Dies macht die Ultraschallgeräte von Hielscher zu einem zuverlässigen Arbeitsgerät, das Ihre sonochemischen Prozessanforderungen erfüllt.

Höchste Qualität – entwickelt und hergestellt in Deutschland

Als familiengeführtes Unternehmen setzt Hielscher bei seinen Ultraschallprozessoren auf höchste Qualitätsstandards. Alle Ultraschallgeräte werden in unserem Hauptsitz in Teltow bei Berlin konstruiert, gefertigt und gründlich getestet. Die Robustheit und Zuverlässigkeit der Ultraschallgeräte von Hielscher machen sie zu einem Arbeitstier in Ihrer Produktion. Der 24/7-Betrieb unter Volllast und in anspruchsvollen Umgebungen ist ein selbstverständliches Qualitätsmerkmal der Hochleistungs-Ultraschallprozessoren und -reaktoren aus dem Hause Hielscher Ultrasonics.

In der folgenden Tabelle finden Sie die ungefähre Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallhomogenisatoren: