Precipitazione ultrasonica ad ultrasuoni di nanocubi blu di Prussia
Il blu di Prussia o escianoferrato di ferro è una struttura organica metallica nano-strutturata (MOF), che viene utilizzata nella produzione di batterie agli ioni di sodio, nella biomedicina, negli inchiostri e nell'elettronica. La sintesi chimica ad ultrasuoni ad umido è un percorso efficiente, affidabile e rapido per produrre nanocubi di blu di Prussia e analoghi del blu di Prussia come l'escianoferrato di rame e l'escianoferrato di nichel. Le nanoparticelle di Blu di Prussia precipitate ad ultrasuoni sono caratterizzate da una distribuzione granulometrica stretta, monodispersione ed elevata funzionalità.
Blu di Prussia e Hexacyanoferrate Analoghi
Il blu di Prussia o l'esacyanoferrato di ferro sono ampiamente utilizzati come materiale funzionale per progettare applicazioni elettrochimiche e per produrre sensori chimici, display elettrocromici, inchiostri e rivestimenti, batterie (batterie agli ioni di sodio), condensatori e supercondensatori, materiali di immagazzinamento cationici come per H+ o Cs+, catalizzatori, theranostics e altri. Grazie alla sua buona attività redox e all'elevata stabilità elettrochimica, il blu di Prussia è una struttura a struttura metallo-organica (MOF) che viene ampiamente utilizzata per la modifica degli elettrodi.
Oltre a varie altre applicazioni, il blu di Prussia e i suoi analoghi escianoferrato di rame e nichel escianoferrato sono utilizzati come inchiostri di colore rispettivamente blu, rosso e giallo.
Un enorme vantaggio delle nanoparticelle di Prussian Blue è la loro sicurezza. Le nanoparticelle di Prussian Blue sono completamente biodegradabili, biocompatibili e approvate dalla FDA per applicazioni mediche.
Sintesi Sono-chimica dei Nanocubi Blu di Prussia
La sintesi di blu di Prussia / escianoferrite nanoparticelle è la reazione di eterogenea precipitazione chimica umida. Per ottenere nanoparticelle con una distribuzione granulometrica stretta e monodispersità, è necessaria una via di precipitazione affidabile. La precicipitazione ad ultrasuoni è ben nota per la sintesi affidabile, efficiente e semplice di nanoparticelle e pigmenti di alta qualità come la magnetite, il molibdato di zinco, il fosfomolibdato di zinco, varie nanoparticelle del guscio del nucleo, ecc.
L'ultrasuonizzatore UIP2000hdT è un potente dispositivo sonorochimico per la sintesi e la precipitazione di nanoparticelle
Vie di sintesi chimica umida per nanoparticelle blu di Prussia
Il percorso sonoro della sintesi delle nanoparticelle di Blu di Prussia è efficiente, facile, rapido e rispettoso dell'ambiente. Le precipitazioni ad ultrasuoni producono nanocubi di alta qualità di Blu di Prussia, che sono caratterizzati da piccole dimensioni uniformi (circa 5 nm), distribuzione di dimensioni ridotte e monodispersità.
Le nanoparticelle di Prussian Blue possono essere sintetizzate attraverso varie vie di precipitazione con o senza stabilizzatori polimerici.
Evitando l'uso di un polimero stabilizzante, i nanocubi di Prussian Blue possono essere precipitati semplicemente miscelando ad ultrasuoni il FeCl3 e K3[Fe(CN)6] in presenza di H2O2.
L'uso della ecochimica in questo tipo di sintesi ha aiutato ad ottenere nanoparticelle più piccole (cioè 5 nm di dimensione invece di una dimensione di ≈50 nm ottenuta senza sonicazione). (Dacarro et al. 2018)
Casi di studio di sintesi blu di Prussia ad ultrasuoni
Generalmente, le nanoparticelle blu di Prussia sono sintetizzate utilizzando il metodo dell'ultrasonicazione.
In questa tecnica, 0,05 M soluzione di K4[Fe(CN)6] viene aggiunto a 100 ml di soluzione di acido cloridrico di (0,1 mol/L). Il K4[Fe(CN)6] soluzione acquosa viene mantenuta a 40ºC per 5 ore mentre si sonicizza la soluzione e poi lasciata raffreddare a temperatura ambiente. Il prodotto blu ottenuto viene filtrato e lavato ripetutamente con acqua distillata ed etanolo assoluto e infine essiccato in forno sottovuoto a 25ºC per 12 ore.
L'esalazione-anoferrite analogica in rame esalazione-anoferrite (CuHCF) è stata sintetizzata attraverso il seguente percorso:
Le nanoparticelle CuHCF sono state sintetizzate secondo la seguente equazione:
Cu(NO3)3 + K4[Fe(CN)6] -> Cu4[Fe(CN)6] + KN03
Le nanoparticelle di CuHCF sono sintetizzate con il metodo sviluppato da Bioni et al., 2007 [1]. La miscela di 10 mL di 20 mmol L-1 K3[Fe(CN)6] + 0,1 mol L-1 Soluzione KCl con 10 mL di 20 mmol L-1 CuCl2 + 0,1 mol L-1 KCl, in un pallone da sonicazione. La miscela viene poi irradiata con radiazioni ad ultrasuoni ad alta intensità per 60 minuti, utilizzando un corno di titanio ad immersione diretta (20 kHz, 10Wcm-1) che è stata immersa fino ad una profondità di 1 cm nella soluzione. Durante la miscela si osserva la comparsa di un deposito marrone chiaro. Questa dispersione viene dializzata nell'arco di 3 giorni per ottenere una dispersione di colore marrone chiaro molto stabile.
(cfr. Jassal et al. 2015)
Wu et al. (2006) hanno sintetizzato le nanoparticelle di Blu di Prussia per via sonorochimica da K4[Fe(CN)6], in cui il Fe2+ è stato prodotto dalla decomposizione del [FeII(CN)6]4- per irraggiamento ultrasonico in acido cloridrico; il Fe2+ è stato ossidato a Fe3+ reagire con i rimanenti [FeII(CN)6]4 ioni. Il gruppo di ricerca ha concluso che la distribuzione uniforme delle dimensioni dei nanocubi blu di Prussia sintetizzati è causata dagli effetti dell'ultrasonicazione. L'immagine FE-SEM a sinistra mostra i nanocubi escianoferrati di ferro sintetizzati sonicamente dal gruppo di ricerca di Wu.
Sintesi su larga scala: per preparare nanoparticelle PB su larga scala, PVP (250 g) e K3[Fe(CN)6] (19,8 g) sono stati aggiunti in 2.000 mL di soluzione di HCl (1 M). La soluzione è stata sonicata fino a quando non è stata limpida e poi messa in un forno a 80°C per ottenere una reazione di invecchiamento per 20-24 ore. La miscela è stata poi centrifugata a 20.000 rpm per 2 ore per la raccolta di nanoparticelle PB. (Nota di sicurezza: per espellere l'HCN eventualmente creato, la reazione deve essere effettuata in una cappa a fumo).
Micrografia TEM di nanocubi di blu di Prussia stabilizzati con citrato
studio e foto: Dacarro et al. 2018
Sonde a ultrasuoni e reattori sonori per la sintesi del blu di Prussia
Hielscher Ultrasonics è un produttore di lunga esperienza nella produzione di apparecchiature ad ultrasuoni ad alte prestazioni che viene utilizzato in tutto il mondo nei laboratori e nella produzione industriale. La sintesi e la precipitazione di nanoparticelle e pigmenti è un'applicazione impegnativa che richiede sonde ad ultrasuoni ad alta potenza che generano ampiezze costanti. Tutti gli apparecchi ad ultrasuoni Hielscher sono progettati e costruiti per essere utilizzati 24 ore su 24, 7 giorni su 7, a pieno carico. I processori ad ultrasuoni sono disponibili da ultrasuoni da laboratorio compatti da 50 watt a sistemi ad ultrasuoni in linea potenti da 16.000 watt. Un'ampia varietà di corna di richiamo, sonotrodi e celle a flusso consentono la configurazione individuale di un sistema sonorochimico in corrispondenza dei precursori, del percorso e del prodotto finale.
Hielscher Ultrasonics produce sonde ad ultrasuoni ad alte prestazioni che possono essere impostate in modo specifico per fornire l'intero spettro di ampiezze da molto blande a molto alte. Se la vostra applicazione sono-chimica richiede specifiche insolite (ad esempio, temperature molto elevate), sono disponibili sonotrodi ad ultrasuoni personalizzati. La robustezza delle apparecchiature ad ultrasuoni Hielscher consente un funzionamento 24 ore su 24, 7 giorni su 7, in condizioni di lavoro gravose e in ambienti difficili.
Lotto sonorochimico e sintesi in linea
Le sonde ad ultrasuoni Hielscher possono essere utilizzate per la sonicazione batch e continua in linea. A seconda del volume e della velocità di reazione, vi raccomandiamo la configurazione ad ultrasuoni più adatta.
Sonde a ultrasuoni e reattori sonori per qualsiasi volume
La gamma di prodotti Hielscher Ultrasonics copre l'intero spettro dei processori ad ultrasuoni, dai compatti ultrasuoni da laboratorio ai sistemi da banco e pilota fino ai processori ad ultrasuoni completamente industriali con la capacità di processare carichi di camion all'ora. L'intera gamma di prodotti ci permette di offrirvi l'attrezzatura ad ultrasuoni più adatta per il vostro liquido, la capacità di processo e gli obiettivi di produzione.
Ampiezze precisamente controllabili per risultati ottimali
Tutti i processori ad ultrasuoni Hielscher sono controllabili con precisione e quindi affidabili. L'ampiezza è uno dei parametri di processo cruciali che influenzano l'efficienza e l'efficacia delle reazioni indotte sonicamente e sonomeccanicamente. Tutti gli ultrasuoni Hielscher’ I processori consentono di impostare con precisione l'ampiezza. I sonotrodi e le trombe di richiamo sono accessori che permettono di modificare l'ampiezza in una gamma ancora più ampia. I processori industriali ad ultrasuoni di Hielscher sono in grado di fornire ampiezze molto elevate e di fornire l'intensità ultrasonica richiesta per le applicazioni più esigenti. Ampiezze fino a 200 µm possono essere facilmente gestite in continuo 24 ore su 24, 7 giorni su 7.
Le impostazioni precise dell'ampiezza e il monitoraggio permanente dei parametri di processo a ultrasuoni tramite un software intelligente vi danno la possibilità di sintetizzare i vostri nanocubi Prussian Blue e gli analoghi esaferrati nelle condizioni ultrasoniche più efficaci. Sonicazione ottimale per la più efficiente sintesi delle nanoparticelle!
La robustezza delle apparecchiature a ultrasuoni di Hielscher consente un funzionamento 24 ore su 24, 7 giorni su 7, in condizioni di lavoro gravose e in ambienti difficili. Questo rende l'apparecchiatura ad ultrasuoni di Hielscher uno strumento di lavoro affidabile che soddisfa i vostri requisiti di processo sonorochimico.
Massima qualità – Progettato e prodotto in Germania
In quanto azienda a conduzione familiare e a conduzione familiare, Hielscher dà la priorità ai più alti standard di qualità per i suoi processori a ultrasuoni. Tutti gli ultrasuoni sono progettati, prodotti e accuratamente testati nella nostra sede centrale di Teltow vicino a Berlino, Germania. La robustezza e l'affidabilità delle apparecchiature a ultrasuoni di Hielscher ne fanno un cavallo di battaglia nella vostra produzione. Il funzionamento 24 ore su 24, 7 giorni su 7, a pieno carico e in ambienti difficili è una caratteristica naturale delle sonde e dei reattori ad ultrasuoni ad alte prestazioni di Hielscher.
La tabella seguente fornisce un'indicazione della capacità di lavorazione approssimativa dei nostri ultrasuoni:
| Volume di batch | Portata | Dispositivi raccomandati |
|---|---|---|
| 1 - 500mL | 10 - 200mL/min | UP100H |
| 10 - 2000mL | 20 - 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 - 20L | 0,2 - 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 - 100L | 2 - 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 - 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | più grande | cluster di UIP16000 |
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Omogeneizzatori ad ultrasuoni ad alta potenza di laboratorio a pilota e Industriale scala.
Letteratura / Referenze
- 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.
Particolarità / Cose da sapere
Blu di Prussia
Il blu di Prussia è chimicamente corretto chiamato escianoferrato di ferro (Ferro(II,III) escianoferrato(II,III)), ma colloquialmente è anche conosciuto come blu di Berlino, ferrocianuro ferrico, escianoferrato ferrico, ferro(III) ferrocianuro, ferro(III) escianoferrato(II), e blu di Parigi.
Il blu di Prussia è descritto come un pigmento di colore blu profondo che si produce quando si verifica l'ossidazione dei sali ferrosi di ferrocianuro. Esso contiene escianoferrato ferrico (II) in una struttura cristallina a reticolo cubico. È insolubile in acqua, ma tende anche a formare un colloide, quindi può esistere sia in forma colloidale o solubile in acqua, e una forma insolubile. È somministrato per via orale per scopi clinici da utilizzare come antidoto per alcuni tipi di avvelenamento da metalli pesanti, come il tallio e gli isotopi radioattivi del cesio.
Gli analoghi dell'escianoferrato di ferro (blu di Prussia) sono l'escianoferrato di rame, l'escianoferrato di cobalto, l'escianoferrato di zinco e l'escianoferrato di nichel.
Batterie a ioni di sodio
La batteria agli ioni di sodio (NIB) è un tipo di batteria ricaricabile. A differenza della batteria agli ioni di litio, la batteria agli ioni di sodio utilizza ioni di sodio (Na+) al posto del litio come supporto di carica. Per il resto, la composizione, il principio di funzionamento e la costruzione delle celle sono ampiamente identici a quelli delle comuni e diffuse batterie agli ioni di litio. La differenza principale tra questi due tipi di batterie è che nei condensatori agli ioni di litio vengono utilizzati composti di litio, mentre nelle batterie agli ioni di Na-ion vengono applicati metalli di sodio. Ciò significa che il catodo di una batteria agli ioni di sodio contiene sodio o composti di sodio e un anodo (non necessariamente un materiale a base di sodio) così come un elettrolita liquido contenente sali di sodio dissociati in solventi polari protici o aprotici. Durante la carica, Na+ viene estratto dal catodo e inserito nell'anodo mentre gli elettroni viaggiano attraverso il circuito esterno; durante la scarica, il processo inverso avviene quando Na+ viene estratto dall'anodo e reinserito nel catodo con gli elettroni che viaggiano attraverso il circuito esterno facendo un lavoro utile. Idealmente, i materiali dell'anodo e del catodo dovrebbero essere in grado di resistere a cicli ripetuti di stoccaggio del sodio senza degrado, al fine di garantire un lungo ciclo di vita.
La sintesi chimica del suono è una tecnica affidabile ed efficiente per produrre sali di sodio metallico sfusi di alta qualità, che può essere utilizzata per la produzione di condensatori a ioni di sodio. La sintesi della polvere di sodio viene effettuata tramite dispersione ultrasonica di sodio metallico fuso in olio minerale. Se siete interessati alla sintesi a ultrasuoni dei sali di sodio metallico, chiedeteci maggiori informazioni compilando il modulo di contatto, inviandoci una e-mail (a info@hielscher.com) oppure chiamandoci!
Strutture a struttura metallo-organica
Le strutture metallo-organiche (MOF) sono una classe di composti costituiti da ioni metallici o cluster coordinati a ligandi organici, che possono formare strutture mono-, bi- o tridimensionali. Sono una sottoclasse di polimeri di coordinazione. I polimeri di coordinazione sono formati da metalli, che sono collegati da ligandi (le cosiddette molecole linker) in modo da formare motivi di coordinazione ripetuti. Le loro caratteristiche principali includono la cristallinità e l'essere spesso porosi.
Per saperne di più sulla sintesi ad ultrasuoni delle strutture a struttura metallica-organica (MOF)!