Technologie des ultrasons Hielscher

Précipitation humide par ultrasons des nanocubes bleus de Prusse

Le bleu de Prusse ou hexacyanoferrate de fer est une structure organique métallique nanostructurée (MOF), utilisée dans la fabrication de batteries sodium-ion, la biomédecine, les encres et l'électronique. La synthèse chimique humide par ultrasons est une voie efficace, fiable et rapide pour produire des nanocubes de bleu de Prusse et des analogues du bleu de Prusse tels que l'hexacyanoferrate de cuivre et l'hexacyanoferrate de nickel. Les nanoparticules de bleu de Prusse précipitées par ultrasons sont caractérisées par une distribution granulométrique étroite, une mono-dispersion et une grande fonctionnalité.

Analogues du bleu de Prusse et de l'hexacyanoferrate

Le bleu de Prusse ou les hexacyanoferrates de fer sont largement utilisés comme matériau fonctionnel pour concevoir des applications électrochimiques et pour fabriquer des capteurs chimiques, des écrans électrochromiques, des encres et des revêtements, des batteries (batteries sodium-ion), des condensateurs et des supercondensateurs, des matériaux de stockage de cations tels que pour H+ ou Cs+, des catalyseurs, des théranostics et autres. En raison de sa bonne activité redox et de sa grande stabilité électrochimique, le bleu de Prusse est une structure métallo-organique (MOF) qui est largement utilisée pour la modification des électrodes.
Outre diverses autres applications, le bleu de Prusse et ses analogues, l'hexacyanoferrate de cuivre et l'hexacyanoferrate de nickel, sont utilisés comme encres de couleur bleue, rouge et jaune, respectivement.
L'un des grands avantages des nanoparticules de bleu de Prusse est leur sécurité. Les nanoparticules de bleu de Prusse sont entièrement biodégradables, biocompatibles et approuvées par la FDA pour des applications médicales.

Synthèse sonochimique des nanocubes bleus de Prusse

La synthèse des nanoparticules de bleu de Prusse / hexacyanoferrite est une réaction de précipitation chimique humide hétérogène. Afin d'obtenir des nanoparticules ayant une distribution granulométrique étroite et une monodispersité, une voie de précipitation fiable est nécessaire. La précicipitation ultrasonique est bien connue pour la synthèse fiable, efficace et simple de nanoparticules et de pigments de haute qualité tels que la magnétite, le molybdate de zinc, le phosphomolybdate de zinc, diverses nanoparticules à noyau et à coque, etc.

Sonochemical setup with ultrasonic probe UIP2000hdT and ultrasonic reactor for chemical synthesis

L'ultrasonateur UIP2000hdT est un puissant dispositif sonochimique pour la synthèse et la précipitation des nanoparticules

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Voies de synthèse chimique par voie humide pour les nanoparticules bleues de Prusse

La voie sonochimique de la synthèse des nanoparticules de bleu de Prusse est efficace, facile, rapide et respectueuse de l'environnement. La précipitation par ultrasons permet d'obtenir des nanocubes de bleu de Prusse de haute qualité, qui se caractérisent par une petite taille uniforme (environ 5 nm), une distribution de taille étroite et une monodispersité.
Les nanoparticules de bleu de Prusse peuvent être synthétisées par différentes voies de précipitation avec ou sans stabilisateurs polymères.
En évitant l'utilisation d'un polymère stabilisant, les nanocubes de bleu de Prusse peuvent être précipités simplement en mélangeant par ultrasons du FeCl3 et K3[Fe(CN)6en présence de H2la2.
L'utilisation de la sonochimie dans ce type de synthèse a permis d'obtenir des nanoparticules plus petites (c'est-à-dire d'une taille de 5 nm au lieu d'une taille de ≈50 nm obtenue sans sonication). (Dacarro et al. 2018)

Études de cas sur la synthèse ultrasonique du bleu de Prusse

Prussian blue nanoparticles (also known as iron hexacyanoferrate) can be efficiently synthesized via sonochemical route.En général, les nanoparticules bleues de Prusse sont synthétisées par la méthode des ultrasons.
Dans cette technique, une solution de 0,05 M de K4[Fe(CN)6] est ajouté à 100 ml de solution d'acide chlorhydrique de (0,1 mol/L). Le K4[Fe(CN)6La solution aqueuse de l'acide chlorhydrique est maintenue à 40ºC pendant 5 heures tout en sonifiant la solution, puis on la laisse refroidir à température ambiante. Le produit bleu obtenu est filtré et lavé à plusieurs reprises avec de l'eau distillée et de l'éthanol absolu, puis séché dans une étuve sous vide à 25ºC pendant 12 h.

L'hexacyanoferrite de cuivre analogique (CuHCF) a été synthétisé par la voie suivante :
Les nanoparticules de CuHCF ont été synthétisées selon l'équation suivante :
Cu(NO3)3 + K4[Fe(CN)6] -> Cu4[Fe(CN)6] + KN03

Les nanoparticules de CuHCF sont synthétisées selon la méthode développée par Bioni et al. 2007 [1]. Le mélange de 10 ml de 20 mmol L-1 K3[Fe(CN)6] + 0,1 mol L-1 Solution de KCl avec 10 ml de 20 mmol L-1 CuCl2 + 0,1 mol L-1 KCl, dans un flacon de sonication. Le mélange est ensuite irradié avec un rayonnement ultrasonore de haute intensité pendant 60 minutes, à l'aide d'une corne en titane à immersion directe (20 kHz, 10 Wcm-1) qui a été plongé jusqu'à une profondeur de 1 cm dans la solution. Au cours du mélange, on observe l'apparition d'un dépôt brun clair. Cette dispersion est dialysée pendant 3 jours afin d'obtenir une dispersion très stable, de couleur marron clair.
(cf. Jassal et al. 2015)

Ultrasonically synthesized Prussian Blue (iron hexacyanoferrate) nanocubes.Wu et al. (2006) ont synthétisé des nanoparticules de bleu de Prusse par voie sonochimique à partir de K4[Fe(CN)6dans laquelle le Fe2+ a été produit par la décomposition du [FeII(CN)6]4- par irradiation ultrasonique dans l'acide chlorhydrique ; le Fe2+ a été oxydée en Fe3+ de réagir avec les [FeII(CN)] restants6]4 ions. Le groupe de recherche a conclu que la distribution de taille uniforme des nanocubes bleus de Prusse synthétisés est due aux effets des ultrasons. L'image FE-SEM de gauche montre des nanocubes d'hexacyanoferrate de fer synthétisés par le groupe de recherche de Wu.

Synthèse à grande échelle : pour préparer des nanoparticules PB à grande échelle, PVP (250 g) et K3[Fe(CN)6] (19.8 g) were added into 2,000 mL of HCl solution (1 M). The solution was sonicated until clear and then placed in an oven at 80°C to achieve an ageing reaction for 20–24 hours. The mixture was then centrifuged at 20,000 rpm for 2 hours for the collection of PB nanoparticles. (Safety note: In order to expel any HCN created, the reaction should be carried out in a fume hood).

TEM of Prussian Blue nanocubes

Micrographie TEM de nanocubes bleu de Prusse stabilisés au citrate
étudier et photographier : Dacarro et al. 2018

Sondes ultrasoniques et réacteurs sonochimiques pour la synthèse du bleu de Prusse

Hielscher Ultrasons est un fabricant expérimenté d'équipements à ultrasons de haute performance qui sont utilisés dans le monde entier dans les laboratoires et la production industrielle. La synthèse et la précipitation sonochimique de nanoparticules et de pigments est une application exigeante qui nécessite des sondes ultrasoniques de grande puissance qui génèrent des amplitudes constantes. Tous les appareils à ultrasons Hielscher sont conçus et fabriqués pour fonctionner 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, à pleine charge. Les processeurs à ultrasons sont disponibles depuis les ultrasonores compacts de laboratoire de 50 watts jusqu'aux puissants systèmes à ultrasons en ligne de 16 000 watts. Une grande variété de cornes d'amplification, de sonotrodes et de cellules d'écoulement permet de configurer individuellement un système sonochimique en fonction des précurseurs, de la voie d'accès et du produit final.
Hielscher Ultrasonics fabrique des sondes ultrasoniques à haute performance qui peuvent être réglées spécifiquement pour fournir le spectre complet des amplitudes très faibles à très élevées. Si votre application sonochimique nécessite des spécifications inhabituelles (par exemple, des températures très élevées), des sonotrodes ultrasoniques personnalisées sont disponibles. La robustesse des équipements à ultrasons de Hielscher permet un fonctionnement 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, dans des conditions difficiles.

Synthèse par lots et en ligne

Les sondes ultrasoniques Hielscher peuvent être utilisées pour la sonication en ligne, par lots et en continu. En fonction du volume et de la vitesse de réaction, nous vous recommanderons le dispositif ultrasonore le plus approprié.

Sondes ultrasoniques et sono-réacteurs pour tous les volumes

La gamme de produits Hielscher Ultrasons couvre tout l'éventail des processeurs ultrasoniques, depuis les ultrasonores compacts de laboratoire jusqu'aux processeurs ultrasoniques industriels capables de traiter des charges de camion à l'heure, en passant par les systèmes de table et les systèmes pilotes. La gamme complète de produits nous permet de vous proposer l'équipement ultrasonore le mieux adapté à votre liquide, à votre capacité de traitement et à vos objectifs de production.

Des amplitudes précisément contrôlables pour des résultats optimaux

Hielscher's industrial processors of the hdT series can be comfortable and user-friendly operated via browser remote control.Tous les processeurs à ultrasons Hielscher sont contrôlables avec précision et donc des chevaux de trait fiables. L'amplitude est l'un des paramètres de processus cruciaux qui influencent l'efficacité et l'efficience des réactions induites par la sonochimie et la sonomécanique. Tous les ultrasons Hielscher’ Les processeurs permettent de régler précisément l'amplitude. Les sonotrodes et les cornes d'amplification sont des accessoires qui permettent de modifier l'amplitude dans une plage encore plus large. Les processeurs ultrasoniques industriels de Hielscher peuvent fournir des amplitudes très élevées et délivrer l'intensité ultrasonore requise pour des applications exigeantes. Des amplitudes allant jusqu'à 200 µm peuvent facilement être utilisées en continu, 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7.
Des réglages précis de l'amplitude et le contrôle permanent des paramètres du processus ultrasonore par un logiciel intelligent vous donnent la possibilité de synthétiser vos nanocubes de bleu de Prusse et vos analogues d'hexacyanoferrate dans les conditions ultrasonores les plus efficaces. Une sonication optimale pour une synthèse de nanoparticules des plus efficaces !
La robustesse des équipements à ultrasons de Hielscher permet un fonctionnement 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, dans des environnements difficiles. Cela fait de l'équipement à ultrasons de Hielscher un outil de travail fiable qui répond à vos exigences en matière de procédés sonochimiques.

La plus haute qualité – Conçu et fabriqué en Allemagne

En tant qu'entreprise familiale, Hielscher accorde la priorité aux normes de qualité les plus élevées pour ses processeurs à ultrasons. Tous les appareils à ultrasons sont conçus, fabriqués et testés de manière approfondie dans notre siège social de Teltow, près de Berlin, en Allemagne. La robustesse et la fiabilité des équipements à ultrasons de Hielscher en font un cheval de bataille dans votre production. Le fonctionnement 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, à pleine charge et dans des environnements exigeants est une caractéristique naturelle des sondes et des réacteurs ultrasoniques hautes performances de Hielscher.

Le tableau ci-dessous vous donne une indication de la capacité de traitement approximative de nos ultrasonicators:

lot Volume Débit Appareils recommandés
1 à 500 ml 10 à 200 ml / min UP100H
10 à 2000mL 20 à 400 ml / min UP200Ht, UP400St
0.1 20L 00,2 à 4L / min UIP2000hdT
10 à 100l 2 à 10 L / min UIP4000hdT
n / a. 10 à 100 litres / min UIP16000
n / a. plus grand groupe de UIP16000

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Veuillez utiliser le formulaire ci-dessous pour demander des informations supplémentaires sur les processeurs à ultrasons, les applications et le prix. Nous serons heureux de discuter avec vous de votre processus et de vous proposer un système à ultrasons répondant à vos besoins !









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Hielscher Ultrasons fabrique des homogénéisateurs ultrasoniques haute performance pour la dispersion, l'émulsification et l'extraction cellulaire.

Homogénéisateurs ultrasoniques de haute puissance de laboratoires à pilote et Industriel échelle.

Littérature / Références



Qu'il faut savoir

Bleu de Prusse

Le bleu de Prusse est chimiquement correct et est appelé hexacyanoferrate de fer (hexacyanoferrate de fer (II, III)), mais il est aussi connu sous les noms de bleu de Berlin, ferrocyanure ferrique, hexacyanoferrate ferrique, ferrocyanure de fer (III), hexacyanoferrate de fer (III) et bleu de Paris.
Le bleu de Prusse est décrit comme un pigment bleu profond qui est produit lors de l'oxydation des sels de ferrocyanure ferreux. Il contient de l'hexacyanoferrate(II) ferrique dans une structure cristalline à réseau cubique. Il est insoluble dans l'eau mais a également tendance à former un colloïde ; il peut donc exister sous forme colloïdale ou soluble dans l'eau, et sous une forme insoluble. Il est administré par voie orale à des fins cliniques pour servir d'antidote à certains types d'intoxication par des métaux lourds, comme le thallium et les isotopes radioactifs du césium.
Les analogues de l'hexacyanoferrate de fer (bleu de Prusse) sont l'hexacyanoferrate de cuivre, l'hexacyanoferrate de cobalt, l'hexacyanoferrate de zinc et l'hexacyanoferrate de nickel.

Batteries d'ions sodium

La batterie sodium-ion (NIB) est un type de batterie rechargeable. Contrairement à la batterie lithium-ion, la batterie sodium-ion utilise des ions sodium (Na+) au lieu du lithium comme porteurs de charge. Sinon, la composition, le principe de fonctionnement et la construction des cellules sont largement identiques à ceux des batteries lithium-ion courantes et largement utilisées. La principale différence entre ces deux types de batteries est que les condensateurs Li-ion utilisent des composés de lithium, tandis que les batteries Na-ion utilisent des métaux de sodium. Cela signifie que la cathode d'une batterie sodium-ion contient du sodium ou des composites de sodium et une anode (pas nécessairement un matériau à base de sodium) ainsi qu'un électrolyte liquide contenant des sels de sodium dissociés dans des solvants polaires protiques ou aprotiques. Pendant la charge, le Na+ est extrait de la cathode et inséré dans l'anode tandis que les électrons se déplacent dans le circuit externe. Pendant la décharge, le processus inverse se produit lorsque le Na+ est extrait de l'anode et réinséré dans la cathode, les électrons se déplaçant dans le circuit externe effectuant un travail utile. Idéalement, les matériaux de l'anode et de la cathode devraient pouvoir résister à des cycles répétés de stockage du sodium sans dégradation afin de garantir un long cycle de vie.
La synthèse sonochimique est une technique fiable et efficace pour produire des sels métalliques de sodium en vrac de haute qualité, qui peuvent être utilisés pour la fabrication de condensateurs à ions sodium. La synthèse de la poudre de sodium est réalisée par dispersion ultrasonique du métal sodium fondu dans l'huile minérale. Si vous êtes intéressé par la synthèse par ultrasons de sels métalliques de sodium, demandez-nous de plus amples informations en remplissant le formulaire de contact, en nous envoyant un courriel (à info@hielscher.com) ou en nous contactant par téléphone au nous appeler!

Structures à ossature métallo-organique

Les cadres métallo-organiques (MOF) sont une classe de composés constitués d'ions métalliques ou d'amas coordonnés à des ligands organiques, qui peuvent former des structures à une, deux ou trois dimensions. Ils constituent une sous-classe de polymères de coordination. Les polymères de coordination sont formés par des métaux, qui sont liés par des ligands (appelés molécules de liaison) de sorte que des motifs de coordination répétés sont formés. Leurs principales caractéristiques sont la cristallinité et le fait qu'ils sont souvent poreux.
En savoir plus sur la synthèse par ultrasons des structures de la charpente métallo-organique (MOF) !