Ultrazvučno mokro taloženje pruskoplavih nanokockica

Prusko plavo ili željezni heksacijanoferat je nanostrukturirani metalni organski okvir (MOF), koji se koristi u proizvodnji natrijevih ionskih baterija, biomedicini, tintama i elektronici. Ultrazvučna mokra kemijska sinteza učinkovit je, pouzdan i brz put za proizvodnju pruskoplavih nanokocki i analoga pruskoplavog kao što su bakrov heksacijanoferat i nikal heksacijanoferat. Ultrazvučno istaložene nanočestice Prussian Blue karakterizira uska distribucija veličine čestica, mono-disperznost i visoka funkcionalnost.

Prusko plavo i analozi heksacijanoferata

Prusko plavo ili željezni heksacijanoferati naširoko se koriste kao funkcionalni materijali za projektiranje elektrokemijskih aplikacija i za proizvodnju kemijskih senzora, elektrokromatskih zaslona, tinti i premaza, baterija (natrijevo-ionske baterije), kondenzatora i superkondenzatora, materijala za pohranu kationa kao što su za H+ ili Cs+, katalizatori, teranostici i drugi. Zbog svoje dobre redoks aktivnosti i visoke elektrokemijske stabilnosti, Prussian Blue je metalno-organska struktura (MOF) koja se široko koristi za modificiranje elektroda.
Osim raznih drugih primjena, Prussian Blue i njegovi analozi bakrov heksacijanoferat i nikal heksacijanoferat koriste se kao tinte u boji plave, crvene i žute boje.
Velika prednost nanočestica Prussian Blue je njihova sigurnost. Nanočestice Prussian Blue potpuno su biorazgradive, biokompatibilne i odobrene od strane FDA za medicinsku primjenu.

Sonokemijska sinteza pruskoplavih nanokocki

Sinteza nanočestica Prussian Blue / heksacijanoferita reakcija je heterogenog vlažnog kemijskog taloženja. Kako bi se dobile nanočestice s uskom distribucijom veličine čestica i monodisperznošću, potreban je pouzdan put taloženja. Ultrazvučno taloženje dobro je poznato po pouzdanoj, učinkovitoj i jednostavnoj sintezi visokokvalitetnih nanočestica i pigmenata kao što su magnetit, cink molibdat, cink fosfomolibdat, razne nanočestice jezgra-ljuska itd.

Rute vlažne kemijske sinteze za nanočestice pruske plave boje

Sonokemijski put sinteze nanočestica Prussian Blue je učinkovit, lak, brz i ekološki prihvatljiv. Ultrazvučna precipitacija daje visokokvalitetne nanokocke Prussian Blue, koje karakterizira ujednačena mala veličina (približno 5 nm), uska distribucija veličine i monodisperznost.
Nanočestice Prussian Blue mogu se sintetizirati različitim putevima taloženja sa ili bez polimernih stabilizatora.
Izbjegavajući upotrebu stabilizirajućeg polimera, pruskoplave nanokocke mogu se istaložiti jednostavno ultrazvučnim miješanjem FeCl₃ i K₃[Fe(CN)₆] u prisustvu H₂O₂.
Korištenje sonokemije u ovoj vrsti sinteze pomoglo je u dobivanju manjih nanočestica (tj. veličine 5 nm umjesto veličine od ≈50 nm dobivene bez sonikacije). (Dacarro i dr. 2018.)

Studije slučaja ultrazvučne sinteze Prussian Blue

Općenito, nanočestice pruskog plavog sintetiziraju se metodom ultrazvučne obrade.
U ovoj tehnici, 0,05 M otopina K₄[Fe(CN)₆] se doda u 100 ml otopine klorovodične kiseline (0,1 mol/L). Dobiveni K₄[Fe(CN)₆] vodena otopina se drži na 40ºC 5 h dok se otopina sonicira i zatim ostavi da se ohladi na sobnoj temperaturi. Dobiveni plavi produkt se filtrira i više puta ispere destiliranom vodom i apsolutnim etanolom i na kraju se suši u vakuumskoj pećnici na 25ºC 12 h.

Heksacijanoferitni analog bakar heksacijanoferit (CuHCF) sintetiziran je sljedećim putem:
Nanočestice CuHCF sintetizirane su prema sljedećoj jednadžbi:
Cu (NO₃)₃ + K₄[Fe(CN)₆] —> Cu₄[Fe(CN)₆] + KN0₃

Nanočestice CuHCF sintetizirane su metodom koju su razvili Bioni i sur., 2007 [1]. Smjesa od 10 mL od 20 mmol L^-1 K₃[Fe(CN)₆] + 0,1 mol L^-1 Otopina KCl s 10 mL od 20 mmol L^-1 CuCl₂ + 0,1 mol L^-1 KCl, u tikvici za ultrazvuk. Smjesa se zatim ozračuje ultrazvučnim zračenjem visokog intenziteta tijekom 60 minuta, koristeći titanski rog s izravnim uranjanjem (20 kHz, 10 Wcm^-1) koja je umočena do dubine od 1 cm u otopinu. Tijekom miješanja uočava se pojava svijetlosmeđe naslage. Ova se disperzija dijalizira tijekom 3 dana kako bi se dobila vrlo stabilna, svijetlosmeđa disperzija.
(usp. Jassal i dr. 2015.)

Wu i sur. (2006.) sintetizirali su nanočestice pruskoplave sonokemijskim putem iz K₄[Fe(CN)₆], u kojem je Fe2+ proizveden razgradnjom [FeII(CN)6]4− ultrazvučnim zračenjem u klorovodičnoj kiselini; Fe²⁺ je oksidiran u Fe³⁺ reagirati s preostalim [FeII(CN)₆]4− ioni. Istraživačka skupina zaključila je da je ujednačena raspodjela veličine sintetiziranih pruskoplavih nanokockica uzrokovana učinkom ultrazvučne obrade. FE-SEM slika lijevo prikazuje sonokemijski sintetizirane nanokocke željeznog heksacijanoferata Wuove istraživačke grupe.

Sinteza velikih razmjera: za pripremu PB nanočestica u velikim razmjerima, PVP (250 g) i K₃[Fe(CN)₆] (19,8 g) doda se u 2000 mL otopine HCl (1 M). Otopina je obrađivana ultrazvukom dok nije bila bistra, a zatim stavljena u pećnicu na 80°C kako bi se postigla reakcija starenja 20-24 sata. Smjesa je zatim centrifugirana na 20 000 okretaja u minuti tijekom 2 sata za prikupljanje PB nanočestica. (Sigurnosna napomena: kako bi se izbacio stvoreni HCN, reakciju treba provesti u napi).

Ultrazvučne sonde i sonokemijski reaktori za Prussian Blue Synthesis

Hielscher Ultrasonics je dugogodišnji proizvođač ultrazvučne opreme visokih performansi koja se koristi diljem svijeta u laboratorijima i industrijskoj proizvodnji. Sonokemijska sinteza i taloženje nanočestica i pigmenata zahtjevna je primjena koja zahtijeva ultrazvučne sonde velike snage koje generiraju konstantne amplitude. Svi Hielscher ultrazvučni uređaji dizajnirani su i proizvedeni za rad 24/7 pod punim opterećenjem. Ultrazvučni procesori dostupni su od kompaktnih laboratorijskih ultrazvučnih uređaja od 50 W do moćnih inline ultrazvučnih sustava od 16.000 W. Širok izbor pojačala, sonotroda i protočnih ćelija omogućuje individualno postavljanje sonokemijskog sustava u skladu s prekursorima, stazom i konačnim proizvodom.
Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne sonde visokih performansi koje se mogu posebno postaviti za isporuku cijelog spektra od vrlo blagih do vrlo visokih amplituda. Ako vaša sonokemijska primjena zahtijeva neobične specifikacije (npr. vrlo visoke temperature), dostupne su prilagođene ultrazvučne sonotrode. Robusnost Hielscherove ultrazvučne opreme omogućuje 24/7 rad pri teškim uvjetima rada iu zahtjevnim okruženjima.

Sonokemijska šaržna i inline sinteza

Hielscher ultrazvučne sonde mogu se koristiti za šaržnu i kontinuiranu inline sonikaciju. Ovisno o volumenu reakcije i brzini reakcije, preporučit ćemo vam najprikladniju ultrazvučnu postavu.

Ultrazvučne sonde i sono-reaktori za bilo koji volumen

Asortiman proizvoda Hielscher Ultrasonics pokriva cijeli spektar ultrazvučnih procesora od kompaktnih laboratorijskih ultrazvučnih uređaja preko stolnih i pilotskih sustava do potpuno industrijskih ultrazvučnih procesora s kapacitetom obrade tereta kamiona po satu. Cijeli asortiman proizvoda omogućuje nam da vam ponudimo najprikladniju ultrazvučnu opremu za vašu tekućinu, procesni kapacitet i proizvodne ciljeve.

Precizno kontrolirane amplitude za optimalne rezultate

Svi Hielscher ultrazvučni procesori se mogu precizno kontrolirati i stoga su pouzdani radni konji. Amplituda je jedan od ključnih procesnih parametara koji utječu na učinkovitost i djelotvornost sonokemijski i sonomehanički induciranih reakcija. Sav Hielscher Ultrasonics’ procesori omogućuju precizno podešavanje amplitude. Sonotrode i booster rogovi su dodaci koji omogućuju izmjenu amplitude u još širem rasponu. Hielscherovi industrijski ultrazvučni procesori mogu isporučiti vrlo visoke amplitude i isporučiti potrebni ultrazvučni intenzitet za zahtjevne primjene. Amplitude do 200 µm mogu se lako neprekidno izvoditi u radu 24/7.
Precizne postavke amplitude i stalno praćenje parametara ultrazvučnog procesa putem pametnog softvera daju vam mogućnost da sintetizirate svoje pruskoplave nanokocke i analoge heksacijanoferata pod najučinkovitijim ultrazvučnim uvjetima. Optimalna sonikacija za najučinkovitiju sintezu nanočestica!
Robusnost Hielscherove ultrazvučne opreme omogućuje 24/7 rad pri teškim uvjetima rada iu zahtjevnim okruženjima. To čini Hielscherovu ultrazvučnu opremu pouzdanim radnim alatom koji ispunjava vaše zahtjeve sonokemijskog procesa.

Najviša kvaliteta – Dizajnirano i proizvedeno u Njemačkoj

Kao tvrtka u obiteljskom vlasništvu, Hielscher daje prioritet najvišim standardima kvalitete za svoje ultrazvučne procesore. Svi ultrazvučni uređaji dizajnirani su, proizvedeni i temeljito testirani u našem sjedištu u Teltowu u blizini Berlina, Njemačka. Robusnost i pouzdanost Hielscherove ultrazvučne opreme čine je radnim konjem u vašoj proizvodnji. Rad 24/7 pod punim opterećenjem iu zahtjevnim okruženjima prirodna je karakteristika Hielscherovih ultrazvučnih sondi i reaktora visokih performansi.

Donja tablica daje vam naznaku približnog kapaciteta obrade naših ultrazvučnih uređaja: