משקעים רטובים אולטראסוניים של ננוקוביות כחולות פרוסיות
כחול פרוסי או ברזל hexacyanoferrate היא מסגרת מתכת אורגנית ננו-מובנית (MOF), המשמשת בייצור סוללות נתרן-יון, ביו-רפואה, דיו ואלקטרוניקה. סינתזה כימית רטובה אולטראסונית היא מסלול יעיל, אמין ומהיר לייצור ננוקוביות כחולות פרוסיות ואנלוגים כחולים פרוסיים כגון הקסציאנופראט נחושת וניקל הקסציאנופרט. ננו-חלקיקים פרוסיים כחולים אולטרה-סוניים מאופיינים בפיזור גודל חלקיקים צר, פיזור מונו ופונקציונליות גבוהה.
אנלוגים פרוסיים כחולים והקסציאנופראט
הקסציאנופראטים כחולים פרוסיים או ברזל נמצאים בשימוש נרחב כחומר פונקציונלי לתכנון יישומים אלקטרוכימיים ולייצור חיישנים כימיים, תצוגות אלקטרוכרומיות, דיו וציפויים, סוללות (סוללות נתרן-יון), קבלים וקבלי-על, חומרי אחסון קטיונים כגון עבור H+ או Cs+, זרזים, תרנוסטיקה ואחרים. בשל פעילות חמצון-חיזור טובה ויציבות אלקטרוכימית גבוהה, כחול פרוסי הוא מבנה מסגרת מתכתית-אורגנית (MOF) הנמצא בשימוש נרחב לשינוי אלקטרודות.
מלבד יישומים שונים אחרים, כחול פרוסי אנלוגים שלה נחושת hexacyanoferrate ו ניקל hexacyanoferrate משמשים דיו צבע של צבע כחול, אדום וצהוב, בהתאמה.
יתרון עצום של ננו-חלקיקים כחולים פרוסיים הוא הבטיחות שלהם. ננו-חלקיקים כחולים פרוסיים מתכלים לחלוטין, תואמים ביולוגית ומאושרים על ידי ה- FDA ליישומים רפואיים.
האלטרסוניקטור UIP2000hdT הוא מכשיר סונוכימי רב עוצמה לסינתזה ומשקעים של חלקיקים ננומטריים.
סינתזה סונוכימית של ננוקוביות כחולות פרוסיות
הסינתזה של ננו-חלקיקים פרוסיים כחולים / הקסציאנופריטים היא תגובה של משקעים הטרוגניים-כימיים רטובים. על מנת לקבל ננו-חלקיקים עם פיזור גודל חלקיקים צר וחד-פיזור, נדרש מסלול משקעים אמין. Precicipitation קולי ידוע בסינתזה אמינה, יעילה ופשוטה של ננו-חלקיקים ופיגמנטים באיכות גבוהה כגון מגנטיט, מוליבדט אבץ, אבץ פוסהומוליבדט, ננו-חלקיקי מעטפת ליבה שונים וכו '.
מסלולי סינתזה כימית רטובה עבור ננו-חלקיקים כחולים פרוסיים
התוואי הסונוכימי של סינתזת ננו-חלקיקים כחולים פרוסיים הוא יעיל, קל, מהיר וידידותי לסביבה. משקעים על-קוליים מניבים ננו-קוביות כחולות פרוסיות באיכות גבוהה, המאופיינות בגודל קטן אחיד (כ-5 ננומטר), פיזור גודל צר וחד-פיזור.
ננו-חלקיקים כחולים פרוסיים יכולים להיות מסונתזים באמצעות נתיבי משקעים שונים עם או בלי מייצבים פולימריים.
הימנעות משימוש בפולימר מייצב, ננוקוביות כחולות פרוסיות יכולות להיות מואצות פשוט על ידי ערבוב אולטרה-סאונד FeCl3 ו-K3[Fe(CN)6] בנוכחות H2O2.
השימוש בסונוכימיה בסינתזה מסוג זה סייע בהשגת ננו-חלקיקים קטנים יותר (כלומר, בגודל 5 ננומטר במקום בגודל של ≈50 ננומטר המתקבל ללא סוניקציה). (Dacarro et al. 2018)
מקרי בוחן של סינתזה כחולה פרוסית על-קולית
בדרך כלל, ננו-חלקיקים כחולים פרוסיים מסונתזים על ידי שימוש בשיטת אולטרה-סוניקציה.
בטכניקה זו, 0.05 מ 'פתרון של K4[Fe(CN)6] מתווסף ל 100 מ"ל של תמיסת חומצה הידרוכלורית של (0.1 mol/L). K המתקבל4[Fe(CN)6תמיסה מימית נשמרת בטמפרטורה של 40 מעלות צלזיוס למשך 5 שעות תוך כדי סוניקציה של התמיסה ולאחר מכן מאפשרת לה להתקרר בטמפרטורת החדר. המוצר הכחול המתקבל מסונן ונשטף שוב ושוב עם מים מזוקקים ואתנול מוחלט ולבסוף מיובש בתנור ואקום ב 25 מעלות צלזיוס במשך 12 שעות.
הקסציאנופריט נחושת אנלוגי הקסציאנופריט (CuHCF) סונתז באמצעות המסלול הבא:
חלקיקי CuHCF סונתזו לפי המשוואה הבאה:
Cu(NO3)3 + K4[Fe(CN)6] –> Cu4[Fe(CN)6] + KN03
ננו-חלקיקי CuHCF מסונתזים בשיטה שפותחה על ידי Bioni et al., 2007. התערובת של 10 מ"ל של 20 מ"מול L-1 K3[Fe(CN)6] + 0.1 מול L-1 פתרון KCl עם 10 מ"ל של 20 mmol L-1 CuCl2 + 0.1 מול L-1 KCl, בצלוחית סוניקציה. לאחר מכן התערובת מוקרנת בקרינת אולטרסאונד בעוצמה גבוהה למשך 60 דקות, תוך שימוש בקרן טיטניום טבילה ישירה (20 קילוהרץ, 10Wcm-1) שנטבל עד עומק של 1 ס"מ בתמיסה. במהלך התערובת, את המראה של פיקדון חום בהיר הוא ציין. פיזור זה עובר דיאליזה במשך 3 ימים על מנת לקבל פיזור יציב מאוד, בצבע חום בהיר.
(ראה: Jassal et al. 2015)
מיקרוגרף TEM של ננוקוביות כחולות פרוסיות מיוצבות באמצעות ציטראט
מחקר ותמונה: Dacarro et al. 2018
Wu et al. (2006) סינתזו ננו-חלקיקים כחולים פרוסיים באמצעות מסלול סונוכימי מ K4[Fe(CN)6], שבו Fe2+ הופק על ידי פירוק של [FeII(CN)6]4− על ידי קרינה קולית בחומצה הידרוכלורית; ה- Fe2+ היה מחומצן לפה3+ כדי להגיב עם ההישארות [FeII(CN)6]4− יונים. קבוצת המחקר הגיעה למסקנה כי התפלגות הגודל האחידה של ננו-קוביות כחולות פרוסיות מסונתזות נגרמת על ידי השפעות אולטרה-סוניקציה. התמונה של FE-SEM משמאל מראה ננו-קוביות ברזל מסונתזות סונוכימיות על ידי קבוצת המחקר של וו.
סינתזה בקנה מידה גדול: כדי להכין ננו-חלקיקים של PB בקנה מידה גדול, PVP (250 גרם) ו-K3[Fe(CN)6] (19.8 גרם) נוספו ל-2,000 מ"ל של תמיסת HCl (1 מ'). התמיסה עברה סוניקציה עד שקופה ואז הוכנסה לתנור בטמפרטורה של 80 מעלות צלזיוס כדי להשיג תגובת הזדקנות למשך 20-24 שעות. לאחר מכן התערובת עברה צנטריפוגה במהירות של 20,000 סל"ד למשך שעתיים לאיסוף ננו-חלקיקי PB. (הערת בטיחות: על מנת לגרש כל HCN שנוצר, התגובה צריכה להתבצע במכסה אדים).
סינתזה אלקטרו-כימית של כחול פרוסי
טכניקה נוספת לייצור יעיל ביותר של כחול פרוסי היא השיטה האלקטרוכימית-קולית, המשלבת באופן סינרגטי בין התצהבות אלקטרוכימית לבין אולטרסאונד בעוצמה גבוהה. שיטה זו משפרת את העברת המסה, מאיצה את קינטיקת הגרעון ומקדמת היווצרות אחידה של חלקיקים ננומטריים באמצעות ערבוב מיקרוסקופי המושרה על ידי קוויטציה והפעלת פני השטח. הדבר הופך את הסינתזה האלקטרוכימית-קולית של כחול פרוסי למסלול אמין לייצור תעשייתי של כחול פרוסי בקנה מידה ננומטרי.
קרא עוד על המתקן האלקטרוכימי-קולני לסינתזה של כחול פרוסי!
בדיקות קוליות וכורים סונוכימיים לסינתזה כחולה פרוסית
Hielscher Ultrasonics היא יצרנית מנוסה של מכשירי סוניקציה בעלי ביצועים גבוהים, המשמשים במעבדות מחקר וייצור תעשייתי ברחבי העולם. הסינתזה הסונוכימית והמשקעים של ננו-חלקיקים ופיגמנטים הם יישומים תובעניים, הדורשים בדיקות אולטרה-סוניות בעלות הספק גבוה, המייצרות אמפליטודות קבועות. כל הסוניקאטורים של Hielscher מתוכננים ומיוצרים כך שיפעלו 24/7 בעומס מלא. מעבדי אולטראסוניק זמינים החל מגלאים אולטראסוניים קומפקטיים בהספק 50 וואט ועד לכורים אולטראסוניים מובנים בהספק 16,000 וואט. מגוון רחב של קרנות מגבר, סונוטרודים ותאי זרימה מאפשרים התאמה אישית של מערכת סונוכימית בהתאם לחומרים המקדימים, לתהליך ולמוצר הסופי.
סינתזה סונוכימית – אצווה או מותאם לצרכים שלך
ניתן להשתמש בבדיקות הקוליות של Hielscher עבור סוניקציה אצווה ורציפה. בהתאם לנפח התגובה ומהירות התגובה, אנו נמליץ לכם על ההתקנה הקולית המתאימה ביותר. מכשירי סוניקציה למעבדה, לשולחן העבודה, לפיילוט ולתעשייה מלאה מאפשרים עיבוד של כל נפח.
תקני האיכות הגבוהים ביותר – עוצב ויוצר בגרמניה
כעסק בבעלות משפחתית ובניהול משפחתי, Hielscher מעניקה עדיפות לסטנדרטים האיכותיים ביותר עבור מעבדי הקול שלה. כל המכשירים האולטראסוניים מתוכננים, מיוצרים ונבדקים ביסודיות במטה החברה בטלטוב, ליד ברלין, גרמניה. החוסן והאמינות של ציוד האולטראסוני של Hielscher הופכים אותו לכלי עבודה חיוני בייצור שלכם. פעולה 24/7 בעומס מלא ובסביבות תובעניות היא מאפיין טבעי של הגלאים והמגיבים האולטראסוניים בעלי הביצועים הגבוהים של Hielscher.
הטבלה הבאה נותנת לך אינדיקציה ליכולת העיבוד המשוערת של האולטרסאונד שלנו:
| נפח אצווה | קצב זרימה | מכשירים מומלצים |
|---|---|---|
| 1 עד 500 מ"ל | 10 עד 200 מ"ל/דקה | UP100H |
| 10 עד 2000 מ"ל | 20 עד 400 מ"ל/דקה | UP200Ht, UP400ST |
| 00.1 עד 20 ליטר | 00.2 עד 4L/דקה | UIP2000hdT |
| 10 עד 100 ליטר | 2 עד 10 ליטר/דקה | UIP4000hdT |
| נ.א. | 10 עד 100 ליטר/דקה | UIP16000 |
| נ.א. | גדול | אשכול של UIP16000 |
צרו קשר! / שאל אותנו!
עובדות שכדאי לדעת
מהו כחול פרוסי?
כחול פרוסי נכון מבחינה כימית המכונה ברזל hexacyanoferrate (ברזל (II,III) hexacyanoferrate(II,III)), אבל בדיבור ist ידוע גם בשם ברלין כחול, ברזל ferrocyanide, ברזל hexacyanoferrate, ברזל (III) ferrocyanide, ברזל (III) hexacyanoferrate(II), וכחול פריזאי.
כחול פרוסי מתואר כפיגמנט כחול עמוק המיוצר כאשר חמצון של מלחי ברזל פרוציאניד מתרחשת. הוא מכיל ברזל hexacyanoferrate(II) במבנה גבישי סריג מעוקב. הוא אינו מסיס במים אך גם נוטה ליצור קולואיד ולכן יכול להתקיים בצורה קולואידית או מסיסה במים, ובצורה בלתי מסיסה. הוא ניתן דרך הפה למטרות קליניות כדי לשמש כתרופה לסוגים מסוימים של הרעלת מתכות כבדות, כגון תליום ואיזוטופים רדיואקטיביים של צזיום.
אנלוגים של ברזל hexacyanoferrate (כחול פרוסי) הם נחושת hexacyanoferrate, קובלט hexacyanoferrate, אבץ hexacyanoferrate, ניקל hexacyanoferrate.
מהן מבנים מסגרות מתכת-אורגניות?
מסגרות מתכת-אורגניות (MOFs) הן קבוצה של תרכובות המורכבות מיוני מתכת או אשכולות המתואמים לליגנדות אורגניות, אשר יכולות ליצור מבנים חד-ממדיים, דו-ממדיים או תלת-ממדיים. הם תת-מחלקה של פולימרים קואורדינציה. פולימרים קואורדינציה נוצרים על ידי מתכות, אשר מקושרים על ידי ליגנדות (מה שנקרא מולקולות קישור) כך מניעי תיאום חוזרים נוצרים. התכונות העיקריות שלהם כוללות גבישיות ולהיות נקבובי לעתים קרובות.
קרא עוד על סינתזה קולית של מבני מסגרת מתכת-אורגנית (MOF)!
סוללות נתרן-יון
סוללת נתרן-יון (NIB) היא סוג של סוללה נטענת. בניגוד לסוללת הליתיום-יון, סוללת יון הנתרן משתמשת ביוני נתרן (Na+) במקום בליתיום כנושאי הטעינה. אחרת, הרכב, עקרון התפקוד ומבנה התא זהים במידה רבה לזה של סוללות הליתיום-יון הנפוצות והנמצאות בשימוש נרחב. ההבדל העיקרי בין שני סוגי הסוללות הללו הוא שבקבלי Li-ion משתמשים בתרכובות ליתיום, בעוד שבסוללות Na-ion מיושמות מתכות נתרן. משמעות הדבר היא שהקתודה של סוללת נתרן-יון מכילה נתרן או נתרן מרוכב ואנודה (לאו דווקא חומר מבוסס נתרן) וכן אלקטרוליט נוזלי המכיל מלחי נתרן מנותקים בממיסים פרוטיים קוטביים או אפרוטיים. במהלך הטעינה, Na+ מופקים מהקתודה ומוחדרים לאנודה בזמן שהאלקטרונים נעים דרך המעגל החיצוני; במהלך פריקה, התהליך ההפוך מתרחש כאשר Na+ מופקים מהאנודה ומוכנסים מחדש לקתודה כאשר האלקטרונים הנעים דרך המעגל החיצוני עושים עבודה שימושית. באופן אידיאלי, חומרי האנודה והקתודה צריכים להיות מסוגלים לעמוד במחזורים חוזרים ונשנים של אחסון נתרן ללא התפרקות על מנת להבטיח מחזור חיים ארוך.
סינתזה סונוכימית היא טכניקה אמינה ויעילה לייצור מלחי מתכת נתרן באיכות גבוהה, אשר ניתן להשתמש בהם לייצור קבלים נתרן-יון. הסינתזה של אבקת נתרן מתבצעת באמצעות פיזור אולטראסוני של מתכת נתרן מותכת בשמן מינרלי.
ספרות / מקורות
- 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.