Υπερήχων υγρή-κατακρήμνιση της Πρωσίας μπλε νανοκύβους
Το Prussian Blue ή σιδηροκυανιούχο σίδηρο είναι ένα νανοδομημένο μεταλλικό οργανικό πλαίσιο (MOF), που χρησιμοποιείται στην κατασκευή μπαταριών ιόντων νατρίου, στη βιοϊατρική, στα μελάνια και στα ηλεκτρονικά. Υπερήχων υγρή-χημική σύνθεση είναι αποτελεσματική, αξιόπιστη και ταχεία οδός για την παραγωγή πρωσικών μπλε νανοκύβων και πρωσικών μπλε αναλόγων όπως εξακυανιούχο χαλκό και εξακυανιούχο νικέλιο. Υπερήχων κατακρημνισμένα πρωσικά μπλε νανοσωματίδια χαρακτηρίζονται από στενή κατανομή μεγέθους σωματιδίων, μονο-διασπορά και υψηλή λειτουργικότητα.
Πρωσικά μπλε και εξακυανιωμένα ανάλογα
Τα πρωσικά μπλε ή σιδηροκυανιούχα σιδήρου χρησιμοποιούνται ευρέως ως λειτουργικό υλικό για το σχεδιασμό ηλεκτροχημικών εφαρμογών και για την κατασκευή χημικών αισθητήρων, ηλεκτροχρωμικών οθονών, μελανιών και επικαλύψεων, μπαταριών (μπαταρίες ιόντων νατρίου), πυκνωτών και υπερπυκνωτών, υλικών αποθήκευσης κατιόντων όπως για H + ή Cs+, καταλύτες, θεραπευτική και άλλα. Λόγω της καλής οξειδοαναγωγικής του δραστηριότητας και της υψηλής ηλεκτροχημικής σταθερότητας, το Prussian Blue είναι μια δομή μεταλλικού-οργανικού πλαισίου (MOF) που χρησιμοποιείται ευρέως για την τροποποίηση ηλεκτροδίων.
Εκτός από διάφορες άλλες εφαρμογές, το Πρωσικό Μπλε και τα ανάλογά του εξακυανιούχος χαλκός και εξακυανιούχο νικέλιο χρησιμοποιούνται ως έγχρωμα μελάνια μπλε, κόκκινου και κίτρινου χρώματος, αντίστοιχα.
Ένα τεράστιο πλεονέκτημα των νανοσωματιδίων Prussian Blue είναι η ασφάλειά τους. Τα νανοσωματίδια Prussian Blue είναι πλήρως βιοδιασπώμενα, βιοσυμβατά και εγκεκριμένα από το FDA για ιατρικές εφαρμογές.
Ο υπερηχοτομογράφος UIP2000hdT είναι μια ισχυρή ηχοχημική συσκευή για τη σύνθεση και την καταβύθιση νανοσωματιδίων
Ηχοχημική σύνθεση των πρωσικών μπλε νανοκύβων
Η σύνθεση νανοσωματιδίων πρωσικού μπλε / εξακυανοφερρίτη είναι αντίδραση ετερογενούς υγρής-χημικής κατακρήμνισης. Προκειμένου να ληφθούν νανοσωματίδια με στενή κατανομή μεγέθους σωματιδίων και μονοδιασπορά, απαιτείται αξιόπιστη οδός καθίζησης. Υπερήχων precicipitation είναι γνωστή για την αξιόπιστη, αποτελεσματική και απλή σύνθεση υψηλής ποιότητας νανοσωματίδια και χρωστικές ουσίες όπως μαγνητίτη, μολυβδαινικό ψευδάργυρο, φωσφομολυβδαινικό ψευδάργυρο, διάφορα νανοσωματίδια πυρήνα-κελύφους κλπ.
Διαδρομές υγρής χημικής σύνθεσης για πρωσικά μπλε νανοσωματίδια
Η ηχοχημική οδός της σύνθεσης νανοσωματιδίων Prussian Blue είναι αποτελεσματική, εύκολη, γρήγορη και φιλική προς το περιβάλλον. Υπερήχων κατακρήμνιση αποδόσεις σε υψηλής ποιότητας πρωσική μπλε νανοκύβους, τα οποία χαρακτηρίζονται από ομοιόμορφο μικρό μέγεθος (περίπου 5nm), στενή κατανομή μεγέθους, και μονοδιασπορά.
Τα νανοσωματίδια Prussian Blue μπορούν να συντεθούν μέσω διαφόρων οδών καθίζησης με ή χωρίς πολυμερείς σταθεροποιητές.
Αποφεύγοντας τη χρήση ενός σταθεροποιητικού πολυμερούς, οι νανοκύβοι Prussian Blue μπορούν να κατακρημνιστούν απλά με υπερηχητική ανάμιξη FeCl3 και Κ3[Fe(CN)6] παρουσία H2O2.
Η χρήση της sonochemistry σε αυτό το είδος σύνθεσης βοήθησε στην απόκτηση μικρότερων νανοσωματιδίων (δηλαδή, 5 nm σε μέγεθος αντί για μέγεθος ≈50 nm που λαμβάνεται χωρίς υπερήχους). (Dacarro et al. 2018)
Μελέτες περιπτώσεων υπερήχων πρωσική μπλε σύνθεση
Γενικά, Πρωσικά μπλε νανοσωματίδια συντίθενται με τη χρήση υπερήχων μέθοδος.
Σε αυτή την τεχνική, 0,05 M διάλυμα Κ4[Fe(CN)6] προστίθεται σε 100 ml διαλύματος υδροχλωρικού οξέος (0,1 mol/L). Το προκύπτον K4[Fe(CN)6] υδατικό διάλυμα διατηρείται στους 40ºC για 5 ώρες ενώ το διάλυμα κατεργάζεται με υπερήχους και στη συνέχεια αφήνεται να κρυώσει σε θερμοκρασία δωματίου. Το λαμβανόμενο μπλε προϊόν διηθείται και πλένεται επανειλημμένα με απεσταγμένο νερό και απόλυτη αιθανόλη και τελικά ξηραίνεται σε κλίβανο κενού στους 25ºC για 12 ώρες.
Ο εξακυανοφερρίτης ανάλογος χαλκού-εξακυανοφερρίτη (CuHCF) συντέθηκε μέσω της ακόλουθης οδού:
Τα νανοσωματίδια CuHCF συντέθηκαν σύμφωνα με την ακόλουθη εξίσωση:
Cu (ΟΧΙ3)3 + Κ4[Fe(CN)6] –> Cu4[Fe(CN)6] + KN03
Τα νανοσωματίδια CuHCF συντίθενται με τη μέθοδο που αναπτύχθηκε από τους Bioni et al., 2007. Το μείγμα 10 mL 20 mmol L-1 K3[Fe(CN)6] + 0,1 mol L-1 Διάλυμα KCl με 10 ml 20 mmol L-1 CuCl2 + 0,1 mol L-1 KCl, σε φιάλη υπερήχων. Στη συνέχεια, το μείγμα ακτινοβολείται με ακτινοβολία υπερήχων υψηλής έντασης για 60 λεπτά, χρησιμοποιώντας κέρατο τιτανίου άμεσης εμβάπτισης (20 kHz, 10Wcm-1) που βυθίστηκε μέχρι βάθους 1 cm στο διάλυμα. Κατά τη διάρκεια του μείγματος, παρατηρείται η εμφάνιση μιας ανοιχτό καφέ απόθεσης. Αυτή η διασπορά υποβάλλεται σε αιμοκάθαρση σε διάστημα 3 ημερών προκειμένου να επιτευχθεί μια πολύ σταθερή, ανοικτού καφέ χρώματος διασπορά.
(πρβλ. Jassal et al. 2015)
Μικρογραφία TEM νανοκύβων πρωσικού μπλε σταθεροποιημένου με κιτρικό άλας
μελέτη και εικόνα: Dacarro et al. 2018
Οι Wu et al. (2006) συνέθεσαν νανοσωματίδια μπλε της Πρωσίας μέσω sonochemical οδού από το K4[Fe(CN)6], στην οποία το Fe2+ παρήχθη με αποσύνθεση του [FeII(CN)6]4− με υπερηχητική ακτινοβολία σε υδροχλωρικό οξύ· το Fe2+ οξειδώθηκε σε Fe3+ να αντιδράσει με το υπόλοιπο [FeII(CN)6]4− ιόντα. Η ερευνητική ομάδα κατέληξε στο συμπέρασμα ότι η ομοιόμορφη κατανομή μεγέθους των συνθετικών πρωσικών μπλε νανοκύβων προκαλείται από τα αποτελέσματα υπερήχους. Η εικόνα FE-SEM στα αριστερά δείχνει ηχοχημικά συντιθέμενους νανοκύβους εξακυανιούχου σιδήρου από την ερευνητική ομάδα του Wu.
Σύνθεση μεγάλης κλίμακας: για την παρασκευή νανοσωματιδίων PB σε μεγάλη κλίμακα, PVP (250 g) και K3[Fe(CN)6] (19,8 g) προστέθηκαν σε 2.000 ml διαλύματος HCl (1 M). Το διάλυμα υποβλήθηκε σε υπερήχους μέχρι διαυγές και στη συνέχεια τοποθετήθηκε σε φούρνο στους 80 ° C για να επιτευχθεί αντίδραση γήρανσης για 20-24 ώρες. Το μείγμα στη συνέχεια φυγοκεντρήθηκε στις 20.000 σ.α.λ. για 2 ώρες για τη συλλογή νανοσωματιδίων PB. (Σημείωση ασφαλείας: Για την αποβολή τυχόν HCN που δημιουργείται, η αντίδραση πρέπει να πραγματοποιείται σε απαγωγό).
Ηχοηλεκτροχημική σύνθεση του μπλε της πρωσίας
Μια άλλη εξαιρετικά αποτελεσματική τεχνική σύνθεσης του μπλε της πρωσίας είναι η ηχοηλεκτροχημική οδός, η οποία συνδυάζει συνεργιστικά την ηλεκτροχημική εναπόθεση με υπερήχους υψηλής έντασης. Η μέθοδος αυτή ενισχύει τη μεταφορά μάζας, επιταχύνει την κινητική της πυρηνοποίησης και προάγει τον ομοιόμορφο σχηματισμό νανοσωματιδίων μέσω της προκαλούμενης από σπηλαίωση μικροανάμειξης και της επιφανειακής ενεργοποίησης. Αυτό καθιστά την ηχοηλεκτροχημική σύνθεση του Prussian Blue μια αξιόπιστη οδό για τη βιομηχανική παραγωγή νανοκλίμακας Prussian Blue.
Διαβάστε περισσότερα για την ηχοηλεκτροχημική διάταξη για τη σύνθεση του μπλε της πρωσσίας!
Υπερηχητικοί ανιχνευτές και ηχοχημικοί αντιδραστήρες για την πρωσική μπλε σύνθεση
Η Hielscher Ultrasonics είναι κατασκευαστής μακροχρόνιων εμπειριών σε ηχοβολείς υψηλής απόδοσης που χρησιμοποιούνται παγκοσμίως σε ερευνητικά εργαστήρια και βιομηχανική παραγωγή. Η ηχοχημική σύνθεση και καταβύθιση νανοσωματιδίων και χρωστικών ουσιών είναι μια απαιτητική εφαρμογή που απαιτεί υπερηχητικούς ανιχνευτές υψηλής ισχύος οι οποίοι παράγουν σταθερά πλάτη. Όλοι οι ηχοβολείς της Hielscher είναι σχεδιασμένοι και κατασκευασμένοι για να λειτουργούν επί 24 ώρες το 24ωρο υπό πλήρες φορτίο. Οι επεξεργαστές υπερήχων διατίθενται από συμπαγείς ανιχνευτές υπερήχων 50 Watt έως ισχυρούς αντιδραστήρες υπερήχων γραμμής 16.000 Watt. Μια ευρεία ποικιλία ενισχυτικών κεράτων, ηχοβολιστρών και κυψελών ροής επιτρέπει την ατομική ρύθμιση ενός ηχοχημικού συστήματος σε αντιστοιχία με τις πρόδρομες ουσίες, την πορεία και το τελικό προϊόν.
sonochemical σύνθεση – Batch ή Inline προσαρμοσμένο στις ανάγκες σας
Οι αισθητήρες υπερήχων της Hielscher μπορούν να χρησιμοποιηθούν για παρτίδα και συνεχή inline ηχομόνωση. Ανάλογα με τον όγκο της αντίδρασης και την ταχύτητα αντίδρασης, θα σας προτείνουμε την πιο κατάλληλη ρύθμιση υπερήχων. Οι εργαστηριακοί, επιτραπέζιοι, πιλοτικοί και πλήρως βιομηχανικοί ηχοβολείς επιτρέπουν την επεξεργασία οποιουδήποτε όγκου.
Υψηλότερα πρότυπα ποιότητας – Σχεδιασμένο και κατασκευασμένο στη Γερμανία
Ως οικογενειακή επιχείρηση, η Hielscher θέτει ως προτεραιότητα τα υψηλότερα πρότυπα ποιότητας για τους επεξεργαστές υπερήχων της. Όλοι οι υπερηχητικοί επεξεργαστές σχεδιάζονται, κατασκευάζονται και δοκιμάζονται διεξοδικά στα κεντρικά μας γραφεία στο Teltow κοντά στο Βερολίνο, Γερμανία. Η στιβαρότητα και η αξιοπιστία του εξοπλισμού υπερήχων της Hielscher τον καθιστούν άλογο εργασίας στην παραγωγή σας. Η 24ωρη λειτουργία υπό πλήρες φορτίο και σε απαιτητικά περιβάλλοντα είναι ένα φυσικό χαρακτηριστικό των αισθητήρων και αντιδραστήρων υπερήχων υψηλής απόδοσης της Hielscher.
Ο παρακάτω πίνακας σας δίνει μια ένδειξη της κατά προσέγγιση ικανότητας επεξεργασίας των υπερήχων μας:
| Όγκος παρτίδας | Ροή | Προτεινόμενες συσκευές |
|---|---|---|
| 1 έως 500mL | 10 έως 200mL/min | UP100Η |
| 10 έως 2000mL | 20 έως 400mL / λεπτό | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 έως 20L | 0.2 έως 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 έως 100L | 2 έως 10L / λεπτό | UIP4000hdT |
| μ.δ. | 10 έως 100L / λεπτό | UIP16000 |
| μ.δ. | μεγαλύτερου | σύμπλεγμα UIP16000 |
Επικοινωνήστε μαζί μας! / Ρωτήστε μας!
Υψηλής ισχύος ομογενοποιητές υπερήχων από εργαστήριο προς πιλότος και βιομηχανικός κλίμακα.
Γεγονότα που αξίζει να γνωρίζετε
Τι είναι το Πρωσικό Μπλε;
Το μπλε της Πρωσίας είναι χημικά σωστό και ονομάζεται σιδηροκυανιούχος σίδηρος (σιδηροκυανιούχος σίδηρος (II, III) (II, III)), αλλά στην καθομιλουμένη είναι επίσης γνωστό ως μπλε του Βερολίνου, σιδηροκυανιούχο σίδηρο, σιδηροκυανιούχο σίδηρο, σιδηροκυανιούχο σίδηρο (III), σιδηροκυανιούχο σίδηρο (III) (II) και μπλε του Παρισιού.
Το μπλε της Πρωσίας περιγράφεται ως μια βαθιά μπλε χρωστική ουσία που παράγεται όταν συμβαίνει η οξείδωση των αλάτων σιδηροκυανιούχου σιδήρου. Περιέχει σιδηροκυανιούχο σίδηρο (II) σε κρυσταλλική δομή κυβικού πλέγματος. Είναι αδιάλυτο στο νερό, αλλά τείνει επίσης να σχηματίσει ένα κολλοειδές έτσι μπορεί να υπάρχει είτε σε κολλοειδή είτε σε υδατοδιαλυτή μορφή, και μια αδιάλυτη μορφή. Χορηγείται από το στόμα για κλινικούς σκοπούς για να χρησιμοποιηθεί ως αντίδοτο για ορισμένα είδη δηλητηρίασης από βαρέα μέταλλα, όπως το θάλλιο και τα ραδιενεργά ισότοπα του καισίου.
Ανάλογα του σιδηροκυανιούχου σιδήρου (Πρωσικό Μπλε) είναι ο εξακυανιούχος χαλκός, ο εξακυανιούχος κοβάλτιος, ο εξακυανιούχος ψευδάργυρος και ο εξακυανιούχος νικέλιο.
Τι είναι οι δομές μεταλλο-οργανικού πλαισίου;
Τα μεταλλικά-οργανικά πλαίσια (MOFs) είναι μια κατηγορία ενώσεων που αποτελούνται από ιόντα μετάλλων ή συστάδες συντονισμένες σε οργανικούς συνδέτες, οι οποίοι μπορούν να σχηματίσουν μονοδιάστατες, δισδιάστατες ή τρισδιάστατες δομές. Είναι μια υποκατηγορία πολυμερών συντονισμού. Τα πολυμερή συντονισμού σχηματίζονται από μέταλλα, τα οποία συνδέονται με προσδέτες (τα λεγόμενα μόρια σύνδεσης) έτσι ώστε να σχηματίζονται επαναλαμβανόμενα κίνητρα συντονισμού. Τα κύρια χαρακτηριστικά τους περιλαμβάνουν κρυσταλλικότητα και είναι συχνά πορώδη.
Διαβάστε περισσότερα σχετικά με την υπερηχητική σύνθεση των μεταλλικών-οργανικών πλαισίων (MOF) δομές!
μπαταρίες ιόντων νατρίου
Η μπαταρία ιόντων νατρίου (NIB) είναι ένας τύπος επαναφορτιζόμενης μπαταρίας. Σε αντίθεση με την μπαταρία ιόντων λιθίου, η μπαταρία ιόντων νατρίου χρησιμοποιεί ιόντα νατρίου (Na+) αντί για λίθιο ως φορείς φόρτισης. Διαφορετικά, η σύνθεση, η αρχή λειτουργίας και η κατασκευή κυψελών είναι ευρέως πανομοιότυπες με αυτές των κοινών και ευρέως χρησιμοποιούμενων μπαταριών ιόντων λιθίου. Η κύρια διαφορά μεταξύ αυτών των δύο τύπων μπαταριών είναι ότι στους πυκνωτές ιόντων λιθίου χρησιμοποιούνται ενώσεις λιθίου, ενώ στις μπαταρίες ιόντων Na-ion εφαρμόζονται μέταλλα νατρίου. Αυτό σημαίνει ότι η κάθοδος μιας μπαταρίας ιόντων νατρίου περιέχει σύνθετα υλικά νατρίου ή νατρίου και μια άνοδο (όχι απαραίτητα υλικό με βάση το νάτριο) καθώς και έναν υγρό ηλεκτρολύτη που περιέχει διαχωρισμένα άλατα νατρίου σε πολικούς πρωτικούς ή απρωτικούς διαλύτες. Κατά τη φόρτιση, το Na+ εξάγεται από την κάθοδο και εισάγεται στην άνοδο ενώ τα ηλεκτρόνια ταξιδεύουν μέσω του εξωτερικού κυκλώματος. Κατά τη διάρκεια της εκφόρτισης, η αντίστροφη διαδικασία συμβαίνει όπου το Na+ εξάγεται από την άνοδο και επανεισάγεται στην κάθοδο με τα ηλεκτρόνια που ταξιδεύουν μέσω του εξωτερικού κυκλώματος να κάνουν χρήσιμη εργασία. Στην ιδανική περίπτωση, τα υλικά ανόδου και καθόδου θα πρέπει να είναι σε θέση να αντέχουν σε επαναλαμβανόμενους κύκλους αποθήκευσης νατρίου χωρίς υποβάθμιση, προκειμένου να εξασφαλιστεί μεγάλος κύκλος ζωής.
Η ηχοχημική σύνθεση είναι μια αξιόπιστη και αποτελεσματική τεχνική για την παραγωγή μεταλλικών αλάτων νατρίου υψηλής ποιότητας, τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή πυκνωτών ιόντων νατρίου. Η σύνθεση σκόνης νατρίου επιτυγχάνεται μέσω διασποράς με υπερήχους λιωμένου μεταλλικού νατρίου σε ορυκτέλαιο.
Βιβλιογραφία / Αναφορές
- 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.