Preussin sinisten nanokuutioiden ultraääni märkäsaostuminen
Preussin sininen tai rautaheksasyanoferraatti on nanorakenteinen metallinen orgaaninen kehys (MOF), jota käytetään natriumioniakkujen valmistuksessa, biolääketieteessä, musteissa ja elektroniikassa. Ultraäänimärkäkemiallinen synteesi on tehokas, luotettava ja nopea reitti tuottaa Preussin sinisiä nanokuutioita ja Preussin sinisiä analogeja, kuten kupariheksasyanoferraattia ja nikkeliheksasyanoferraattia. Ultraäänellä saostuneille Preussin sinisille nanohiukkasille on ominaista kapea hiukkaskokojakauma, monodispersiteetti ja korkea toiminnallisuus.
Preussin siniset ja heksasyanoferraattianalogit
Preussin sinistä tai rautaheksasyanoferraattia käytetään laajalti toiminnallisena materiaalina sähkökemiallisten sovellusten suunnittelussa ja kemiallisten antureiden, sähkökromaattisten näyttöjen, musteiden ja pinnoitteiden, paristojen (natriumioniakkujen), kondensaattorien ja superkondensaattoreiden, kationien varastointimateriaalien, kuten H+ tai Cs +, katalyyttien, teranostiikan ja muiden valmistuksessa. Hyvän redox-aktiivisuutensa ja korkean sähkökemiallisen stabiilisuuden ansiosta Preussin sininen on metalli-orgaaninen kehys (MOF), jota käytetään laajalti elektrodin modifikaatioon.
Useiden muiden sovellusten lisäksi Preussin sinistä ja sen analogeja kupariheksasyanoferraattia ja nikkeliheksasyanoferraattia käytetään sinisen, punaisen ja keltaisen värivärisinä musteina.
Preussin sinisten nanohiukkasten valtava etu on niiden turvallisuus. Preussin siniset nanohiukkaset ovat täysin biohajoavia, bioyhteensopivia ja FDA: n hyväksymiä lääketieteellisiin sovelluksiin.
Ultraäänilaite UIP2000hdT on tehokas sonokemiallinen laite nanohiukkasten synteesiin ja saostamiseen.
Preussin sinisten nanokuutioiden sonokemiallinen synteesi
Preussin sinisen / heksasyanoferriitin nanohiukkasten synteesi on heterogeenisen märkäkemiallisen saostumisen reaktio. Nanohiukkasten saamiseksi, joilla on kapea hiukkaskokojakauma ja monodispersiteetti, tarvitaan luotettava saostumisreitti. Ultraäänisaostuminen on tunnettu korkealaatuisten nanohiukkasten ja pigmenttien, kuten magnetiitin, sinkkimolybdaatin, sinkkifosfomolybdaatin, erilaisten ydinkuoren nanohiukkasten jne., luotettavasta, tehokkaasta ja yksinkertaisesta synteesistä.
Preussin sinisten nanohiukkasten märkäkemialliset synteesireitit
Preussin sinisen nanohiukkassynteesin sonokemiallinen reitti on tehokas, helppo, nopea ja ympäristöystävällinen. Ultraäänisaostuminen tuottaa korkealaatuisia Preussin sinisiä nanokuutioita, joille on ominaista tasainen pieni koko (noin 5 nm), kapea kokojakauma ja monodispersiteetti.
Preussin siniset nanohiukkaset voidaan syntetisoida erilaisilla saostusreiteillä polymeeristen stabilointiaineiden kanssa tai ilman.
Stabiloivan polymeerin käytön välttäminen Preussin siniset nanokuutiot voidaan saostaa yksinkertaisesti sekoittamalla FeCl ultraäänellä3 ja K3[Fe(CN)6] H:n läsnä ollessa2O2.
Sonokemian käyttö tällaisessa synteesissä auttoi saamaan pienempiä nanohiukkasia (eli kooltaan 5 nm ilman sonikaatiota saadun ≈50 nm: n koon sijaan). (Dacarro ym. 2018)
Tapaustutkimukset ultraääni Preussin sininen synteesi
Yleensä Preussin siniset nanohiukkaset syntetisoidaan käyttämällä ultrasonication-menetelmää.
Tässä tekniikassa 0,05 M K-liuos4[Fe(CN)6] lisätään 100 ml:aan suolahappoliuosta (0,1 mol/l). Tuloksena oleva K4[Fe(CN)6] vesiliuosta pidetään 40 ºC: ssa 5 tunnin ajan liuoksen sonikoinnin aikana ja annetaan sitten jäähtyä huoneenlämpötilassa. Saatu sininen tuote suodatetaan ja pestään toistuvasti tislatulla vedellä ja absoluuttisella etanolilla ja lopuksi kuivataan tyhjiöuunissa 25 °C:ssa 12 tunnin ajan.
Heksasyanoferriittianalogi kupariheksasyanoferriitti (CuHCF) syntetisoitiin seuraavaa reittiä:
CuHCF-nanohiukkaset syntetisoitiin seuraavan yhtälön mukaisesti:
Cu(EI3)3 + K4[Fe(CN)6] –> Cu4[Fe(CN)6] + KN03
CuHCF-nanohiukkaset syntetisoidaan Bioni et al. 2007 kehittämän menetelmän avulla. Seos, jossa on 10 ml 20 mmol L-1 K3[Fe(CN)6] + 0,1 mol L-1 KCl-liuos, jossa on 10 ml 20 mmol L:ää-1 CuCl2 + 0,1 mol L-1 KCl, sonikaatiopullossa. Sitten seosta säteilytetään korkean intensiteetin ultraäänisäteilyllä 60 minuutin ajan käyttäen suoraa upotustitaanitorvea (20 kHz, 10Wcm-1), joka kastettiin liuokseen 1 cm:n syvyyteen. Seoksen aikana havaitaan vaaleanruskean kerrostuman ulkonäkö. Tämä dispersio dialysoidaan 3 päivän aikana, jotta saadaan erittäin stabiili, vaaleanruskea dispersio.
(vrt. Jassal et al. 2015)
TEM-mikrografi Preussin sinisistä nanokuutioista, jotka on stabiloitu sitraattilla
tutkimus ja kuva: Dacarro et al. 2018
(2006) syntetisoi Preussin sinisiä nanohiukkasia sonokemiallisen reitin kautta K: sta4[Fe(CN)6], jossa Fe2+ tuotettiin hajottamalla [FeII(CN)6]4− ultraäänisäteilytyksellä suolahapossa; Fe2+ hapetettiin Fe:ksi3+ reagoida jäljellä olevan [FeII(CN):n kanssa6]4− ionit. Tutkimusryhmä totesi, että syntetisoitujen Preussin sinisten nanokuutioiden yhtenäinen kokojakauma johtuu vaikutuksista ultrasonication. Vasemmalla olevassa FE-SEM-kuvassa on Wun tutkimusryhmän sonokemiallisesti syntetisoituja rautaheksasyanoferraattinanokuutioita.
Laajamittainen synteesi: PB-nanohiukkasten valmistamiseksi suuressa mittakaavassa, PVP (250 g) ja K3[Fe(CN)6] (19,8 g) lisättiin 2 000 ml:aan HCl-liuosta (1 M). Liuos sonikoitiin, kunnes se oli kirkas, ja asetettiin sitten uuniin 80 ° C: seen ikääntymisreaktion saavuttamiseksi 20–24 tunniksi. Sitten seosta sentrifugoitiin nopeudella 20 000 rpm 2 tunnin ajan PB-nanohiukkasten keräämiseksi. (Turvallisuushuomautus: HCN:n poistamiseksi reaktio on suoritettava vetokaapissa).
Prussinsinisen sinisen sonoelektrokemiallinen synteesi
Toinen erittäin tehokas preussinsinisen synteesitekniikka on sonoelektrokemiallinen reitti, jossa yhdistyvät synergisesti sähkökemiallinen laskeutus ja voimakas ultraääni. Tämä menetelmä tehostaa massan kuljetusta, nopeuttaa nukleaatiokinetiikkaa ja edistää tasaista nanohiukkasten muodostumista kavitaation aiheuttaman mikrosekoituksen ja pinta-aktivoinnin avulla. Tämä tekee sonoelektrokemiallisesta preussinsinisen synteesistä luotettavan väylän nanokokoisen preussinsinisen teolliseen tuotantoon.
Lue lisää preussinsinisen synteesin sonoelektrokemiallisesta laitteistosta!
Ultraäänianturit ja sonokemialliset reaktorit Preussin siniseen synteesiin
Hielscher Ultrasonics valmistaa pitkäaikaisia kokemuksia huipputehokkaista sonikaattoreista, joita käytetään maailmanlaajuisesti tutkimuslaboratorioissa ja teollisessa tuotannossa. Nanohiukkasten ja pigmenttien sonokemiallinen synteesi ja saostaminen on vaativa sovellus, joka edellyttää suuritehoisia ultraäänisondia, jotka tuottavat vakioamplitudin. Kaikki Hielscherin sonikaattorit on suunniteltu ja valmistettu toimimaan 24/7 täydellä kuormituksella. Ultraääniprosessoreita on saatavana kompakteista 50 watin ultraääniluotaimista 16 000 watin tehokkaisiin inline-ultraäänireaktoreihin. Laaja valikoima tehostussarvia, sonotrodeja ja virtaussoluja mahdollistaa sonokemiallisen järjestelmän yksilöllisen kokoonpanon esiasteiden, reitin ja lopputuotteen mukaisesti.
Sonokemiallinen synteesi – Erä- tai inline-tekniikka räätälöity tarpeidesi mukaan
Hielscherin ultraääniantureita voidaan käyttää erä- ja jatkuvatoimiseen inline-äänitukseen. Reaktiomäärästä ja reaktionopeudesta riippuen suosittelemme sinulle sopivinta ultraääniasetusta. Laboratorio-, penkki-, pilotti- ja täysin teolliset sonikaattorit mahdollistavat minkä tahansa tilavuuden käsittelyn.
Korkeimmat laatustandardit – Suunniteltu ja valmistettu Saksassa
Perheyrityksenä Hielscher asettaa ultraääniprosessoriensa korkeimmat laatuvaatimukset etusijalle. Kaikki ultraäänilaitteet suunnitellaan, valmistetaan ja testataan perusteellisesti pääkonttorissamme Teltowissa Berliinin lähellä Saksassa. Hielscherin ultraäänilaitteiden kestävyys ja luotettavuus tekevät siitä työhevosen tuotannossasi. 24/7-toiminta täydellä kuormituksella ja vaativissa ympäristöissä on Hielscherin korkean suorituskyvyn ultraääniantureiden ja -reaktoreiden luonnollinen ominaisuus.
Alla oleva taulukko antaa sinulle viitteitä ultraäänilaitteidemme likimääräisestä käsittelykapasiteetista:
| Erän tilavuus | Virtausnopeus | Suositellut laitteet |
|---|---|---|
| 1 - 500 ml | 10 - 200 ml / min | UP100H |
| 10 - 2000ml | 20–400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 - 20L | 0.2–4 l/min | UIP2000hdT |
| 10-100L | 2 - 10L / min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10-100L / min | UIP16000 |
| n.a. | suurempi | klusteri UIP16000 |
Ota yhteyttä! / Kysy meiltä!
Suuritehoiset ultraäänihomogenisaattorit alkaen laboratorio jotta lentäjä ja teollinen mittakaava.
Faktoja, jotka kannattaa tietää
Mikä on preussinsininen?
Preussin sinistä kutsutaan kemiallisesti oikein rautaheksasyanoferraatiksi (rauta(II,III) heksasyanoferraatti(II,III)), mutta puhekielessä ist tunnetaan myös nimillä Berliinin sininen, rautaferrosyanidi, rautaheksasyanoferraatti, rauta(III)ferrosyanidi, rauta(III)heksasyanoferraatti(II) ja pariisilainen sininen.
Preussin sinistä kuvataan syvän siniseksi pigmentiksi, joka syntyy, kun rautapitoisten ferrosyanidisuolojen hapettuminen tapahtuu. Se sisältää rautaheksasyanoferraattia (II) kuutiohilakiderakenteessa. Se ei liukene veteen, mutta pyrkii myös muodostamaan kolloidin, joten se voi esiintyä joko kolloidisessa tai vesiliukoisessa muodossa ja liukenemattomassa muodossa. Sitä annetaan suun kautta kliinisiin tarkoituksiin käytettäväksi vastalääkkeenä tietyntyyppisiin raskasmetallimyrkytyksiin, kuten talliumiin ja cesiumin radioaktiivisiin isotooppeihin.
Rautaheksasyanoferraatin (Preussin sininen) analogit ovat kupariheksasyanoferraatti, kobolttiheksasyanoferraatti, sinkkiheksasyanoferraatti ja nikkeliheksasyanoferraatti.
Mitä ovat metalli-orgaaniset kehysrakenteet?
Metalli-orgaaniset kehykset (MOF) ovat yhdisteiden luokka, joka koostuu orgaanisiin ligandeihin koordinoiduista metalli-ioneista tai klustereista, jotka voivat muodostaa yksi-, kaksi- tai kolmiulotteisia rakenteita. Ne ovat koordinaatiopolymeerien alaluokka. Koordinaatiopolymeerit muodostuvat metalleista, jotka on liitetty ligandeilla (ns. linkkerimolekyyleillä) siten, että muodostuu toistuvia koordinaatiomotiiveja. Niiden pääpiirteitä ovat kiteisyys ja usein huokoisuus.
Lue lisää metalli-orgaanisten kehysrakenteiden (MOF) ultraäänisynteesistä!
natriumioniakut
Natriumioniakku (NIB) on eräänlainen ladattava akku. Toisin kuin litiumioniakku, natriumioniakku käyttää natriumioneja (Na +) litiumin sijasta latauskantajina. Muuten koostumus, toimintaperiaate ja kennorakenne ovat suurelta osin identtiset yleisten ja laajalti käytettyjen litiumioniakkujen kanssa. Suurin ero näiden molempien akkutyyppien välillä on se, että litiumionikondensaattoreissa käytetään litiumyhdisteitä, kun taas Na-ion-akuissa käytetään natriummetalleja. Tämä tarkoittaa, että natriumioniakun katodi sisältää natrium- tai natriumkomposiitteja ja anodia (ei välttämättä natriumpohjaista materiaalia) sekä nestemäistä elektrolyyttiä, joka sisältää dissosioituneita natriumsuoloja polaarisissa proottisissa tai aproottisissa liuottimissa. Latauksen aikana Na+ uutetaan katodista ja työnnetään anodiin, kun elektronit kulkevat ulkoisen piirin läpi; purkamisen aikana tapahtuu käänteinen prosessi, jossa Na+ uutetaan anodista ja asetetaan takaisin katodiin ulkoisen piirin läpi kulkevien elektronien tehdessä hyödyllistä työtä. Ihannetapauksessa anodi- ja katodimateriaalien tulisi kestää toistuvia natriumin varastointijaksoja ilman hajoamista pitkän elinkaaren varmistamiseksi.
Sonokemiallinen synteesi on luotettava ja tehokas tekniikka tuottaa korkealaatuisia irtotavarana olevia natriummetallisuoloja, joita voidaan käyttää natriumionikondensaattoreiden valmistukseen. Natriumjauheen synteesi toteutetaan sulan natriummetallin ultraäänidispersion avulla mineraaliöljyssä.
Kirjallisuus / Viitteet
- 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.