პრუსიის ლურჯი ნანოკუბების ულტრაბგერითი სველი ნალექი
Prussian Blue ან რკინის ჰექსაციანოფერატი არის ნანოსტრუქტურული ლითონის ორგანული ჩარჩო (MOF), რომელიც გამოიყენება ნატრიუმ-იონური ბატარეების წარმოებაში, ბიომედიცინაში, მელანსა და ელექტრონიკაში. ულტრაბგერითი სველი ქიმიური სინთეზი ეფექტური, საიმედო და სწრაფი გზაა პრუსიის ლურჯი ნანოკუბებისა და პრუსიის ლურჯი ანალოგების წარმოებისთვის, როგორიცაა სპილენძის ჰექსაციანოფერატი და ნიკელის ჰექსაციანოფერატი. ულტრაბგერითი დალექილი პრუსიის ლურჯი ნანონაწილაკები ხასიათდება ნაწილაკების ზომის ვიწრო განაწილებით, მონო-დისპერსიულობით და მაღალი ფუნქციონირებით.
პრუსიის ლურჯი და ჰექსაციანოფერატის ანალოგები
პრუსიის ცისფერი ან რკინის ჰექსაციანოფერატები ფართოდ გამოიყენება, როგორც ფუნქციური მასალა ელექტროქიმიური აპლიკაციების შესაქმნელად და ქიმიური სენსორების, ელექტროქრომული დისპლეების, მელანებისა და საფარების, ბატარეების (ნატრიუმის იონური ბატარეები), კონდენსატორებისა და სუპერკონდენსატორების, კატიონების შესანახი მასალების დასამზადებლად, როგორიცაა H+ ან. Cs+, კატალიზატორები, ტერანოსტიკები და სხვა. კარგი რედოქსის აქტივობისა და მაღალი ელექტროქიმიური სტაბილურობის გამო, Prussian Blue არის ლითონის ორგანული ჩარჩო (MOF) სტრუქტურა, რომელიც ფართოდ გამოიყენება ელექტროდების მოდიფიკაციისთვის.
სხვა აპლიკაციების გარდა, Prussian Blue და მისი ანალოგები სპილენძის ჰექსაციანოფერატი და ნიკელის ჰექსაციანოფერატი გამოიყენება, როგორც ლურჯი, წითელი და ყვითელი ფერის ფერადი მელანი, შესაბამისად.
Prussian Blue ნანონაწილაკების უზარმაზარი უპირატესობა მათი უსაფრთხოებაა. Prussian Blue ნანონაწილაკები სრულად ბიოდეგრადირებადია, ბიოთავსებადი და დამტკიცებულია FDA-ს მიერ სამედიცინო გამოყენებისთვის.
ულტრაბგერითი UIP2000hdT არის ძლიერი სონოქიმიური მოწყობილობა ნანონაწილაკების სინთეზისა და ნალექისთვის
პრუსიის ლურჯი ნანოკუბების სონოქიმიური სინთეზი
პრუსიის ლურჯი/ჰექსაციანოფერიტის ნანონაწილაკების სინთეზი არის ჰეტეროგენული სველ-ქიმიური ნალექის რეაქცია. ნაწილაკების ვიწრო ზომის განაწილებითა და მონოდისპერსიულობით ნანონაწილაკების მისაღებად საჭიროა ნალექის საიმედო მარშრუტი. ულტრაბგერითი ნალექი კარგად არის ცნობილი მაღალი ხარისხის ნანონაწილაკებისა და პიგმენტების საიმედო, ეფექტური და მარტივი სინთეზით, როგორიცაა მაგნეტიტი, თუთიის მოლიბდატი, თუთიის ფოსფომოლიბდატი, სხვადასხვა ბირთვის გარსის ნანონაწილაკები და ა.შ.
სველი-ქიმიური სინთეზის მარშრუტები პრუსიის ლურჯი ნანონაწილაკებისთვის
Prussian Blue ნანონაწილაკების სინთეზის სონოქიმიური გზა ეფექტური, მარტივი, სწრაფი და ეკოლოგიურად სუფთაა. ულტრაბგერითი ნალექი იძლევა მაღალი ხარისხის პრუსიის ლურჯი ნანოკუბებს, რომლებიც ხასიათდება ერთიანი მცირე ზომით (დაახლოებით 5ნმ), ვიწრო ზომის განაწილებით და მონოდისპერსიულობით.
პრუსიის ცისფერი ნანონაწილაკები შეიძლება სინთეზირებული იყოს ნალექების სხვადასხვა გზით პოლიმერული სტაბილიზატორებით ან მის გარეშე.
სტაბილიზატორის პოლიმერის გამოყენების თავიდან აცილების მიზნით, პრუსიის ლურჯი ნანოკუბები შეიძლება დალექილდეს უბრალოდ FeCl-ის ულტრაბგერითი შერევით.3 და კ3[Fe(CN)6] ჰ2ო2.
ამ სახის სინთეზში სონოქიმიის გამოყენებამ ხელი შეუწყო უფრო პატარა ნანონაწილაკების მიღებას (ანუ 5 ნმ ზომის ნაცვლად ≈50 ნმ ზომის ნაცვლად, რომელიც მიღებული იყო ბგერის გარეშე). (დაკარო და სხვ. 2018)
ულტრაბგერითი პრუსიული ცისფერი სინთეზის შემთხვევის შესწავლა
ზოგადად, პრუსიის ლურჯი ნანონაწილაკები სინთეზირდება ულტრაბგერითი მეთოდის გამოყენებით.
ამ ტექნიკაში, 0,05 M ხსნარი K4[Fe(CN)6] ემატება 100 მლ მარილმჟავას ხსნარს (0,1 მოლ/ლ). შედეგად მიღებული კ4[Fe(CN)6] წყალხსნარი ინახება 40ºC ტემპერატურაზე 5 საათის განმავლობაში ხსნარის გაჟონვისას და შემდეგ გაცივდება ოთახის ტემპერატურაზე. მიღებულ ცისფერ პროდუქტს ფილტრავენ და არაერთხელ რეცხავენ გამოხდილი წყლით და აბსოლუტური ეთანოლით და ბოლოს აშრობენ ვაკუუმურ ღუმელში 25ºC-ზე 12 საათის განმავლობაში.
ჰექსაციანოფერიტის ანალოგი სპილენძის ჰექსაციანოფერიტი (CuHCF) სინთეზირებული იყო შემდეგი გზით:
CuHCF ნანონაწილაკები სინთეზირებული იყო შემდეგი განტოლების მიხედვით:
Cu (NO3)3 + კ4[Fe(CN)6] –> Cu4[Fe(CN)6] + KN03
CuHCF ნანონაწილაკების სინთეზირება ხდება Bioni et al.-ის მიერ შემუშავებული მეთოდით, 2007. 20 მმოლ ლ 10 მლ ნარევი -1 კ3[Fe(CN)6] + 0,1 მოლ ლ-1 KCl ხსნარი 10 მლ 20 მმოლ ლ-1 CuCl2 + 0,1 მოლ ლ-1 KCl, გაჟონვის კოლბაში. შემდეგ ნარევი დასხივდება მაღალი ინტენსივობის ულტრაბგერითი გამოსხივებით 60 წუთის განმავლობაში, პირდაპირი ჩაძირვის ტიტანის რქის გამოყენებით (20 kHz, 10 Wcm).-1) რომელიც ჩაყარეს ხსნარში 1 სმ სიღრმეზე. შერევის დროს შეიმჩნევა ღია ყავისფერი დეპოზიტის გამოჩენა. ამ დისპერსიის დიალიზება ხდება 3 დღის განმავლობაში ძალიან სტაბილური, ღია ყავისფერი ფერის დისპერსიის მისაღებად.
(შდრ. Jassal et al. 2015)
ციტრატით სტაბილიზირებული პრუსიის ლურჯი ნანოკუბების TEM მიკროგრაფი
შესწავლა და სურათი: დაკარო და სხვ. 2018 წელი
ვუ და სხვ. (2006) სინთეზირებული პრუსიის ლურჯი ნანონაწილაკები სონოქიმიური გზით K-დან4[Fe(CN)6], რომელშიც Fe2+ წარმოიქმნა [FeII(CN)6]4−-ის დაშლით მარილმჟავაში ულტრაბგერითი დასხივებით; Fe2+ დაჟანგდა Fe-მდე3+ რეაგირება დარჩენილი [FeII(CN)6]4− იონები. კვლევის ჯგუფმა დაასკვნა, რომ სინთეზირებული პრუსიული ლურჯი ნანოკუბების ზომის ერთგვაროვანი განაწილება გამოწვეულია ულტრაბგერითი ეფექტით. FE-SEM გამოსახულება მარცხნივ გვიჩვენებს ვუ-ს კვლევითი ჯგუფის მიერ სონოქიმიურად სინთეზირებულ რკინის ჰექსაციანოფერატის ნანოკუბებს.
ფართომასშტაბიანი სინთეზი: მოამზადოს PB ნანონაწილაკები ფართომასშტაბიანი, PVP (250 გ) და K3[Fe(CN)6] (19,8 გ) დაემატა 2000 მლ HCl ხსნარს (1 მ). ხსნარი გაჟღენთილი იყო, სანამ გამჭვირვალე იყო და შემდეგ მოათავსეს ღუმელში 80 ° C ტემპერატურაზე დაბერების რეაქციის მისაღწევად 20-24 საათის განმავლობაში. ნარევი შემდეგ ცენტრიფუგირებულ იქნა 20000 rpm-ზე 2 საათის განმავლობაში PB ნანონაწილაკების შესაგროვებლად. (უსაფრთხოების შენიშვნა: ნებისმიერი შექმნილი HCN-ის გამოსადევნებლად, რეაქცია უნდა განხორციელდეს კვამლის გამწოვში).
პრუსიული ლურჯი სონო-ელექტროქიმიური სინთეზი
პრუსიული ლურჯის სინთეზის კიდევ ერთი მაღალეფექტური ტექნიკა არის სონო-ელექტროქიმიური მარშრუტი, რომელიც სინერგიულად აერთიანებს ელექტროქიმიურ დეპონირებას მაღალი ინტენსივობის ულტრაბგერით. ეს მეთოდი აძლიერებს მასის ტრანსპორტირებას, აჩქარებს ნუკლეაციის კინეტიკას და ხელს უწყობს ნანონაწილაკების ერთგვაროვან წარმოქმნას კავიტაციით გამოწვეული მიკრო შერევისა და ზედაპირის გააქტიურების გზით. ეს ხდის სონო-ელექტროქიმიურ პრუსიულ ლურჯ სინთეზს საიმედო გზად ნანომასშტაბიანი პრუსიული ლურჯი სამრეწველო წარმოებისთვის.
წაიკითხეთ მეტი პრუსიული ლურჯი სინთეზის სონო-ელექტროქიმიური დაყენების შესახებ!
ულტრაბგერითი ზონდები და სონოქიმიური რეაქტორები პრუსიის ლურჯი სინთეზისთვის
Hielscher Ultrasonics is long-termed experiences manufacturer of high-performance sonicators that are used worldwide in research laboratories and industrial production. The sonochemical synthesis and precipitation of nanoparticles and pigments is a demanding application that requires high-power ultrasonic probes which generate constant amplitudes. All Hielscher sonicators are designed and manufactured to be operated for 24/7 under full load. Ultrasonic processors are available from compact 50 watts ultrasonic probes to 16,000 watts powerful inline ultrasonic reactors. A wide variety of booster horns, sonotrodes and flow cells allow for the individual setup of an sonochemical system in correspondence to the precursors, pathway and final product.
სონოქიმიური სინთეზი – Batch or Inline Tailored to Your Needs
Hielscher ულტრაბგერითი ზონდები შეიძლება გამოყენებულ იქნას სერიული და უწყვეტი შიდა გაჟონვისთვის. რეაქციის მოცულობისა და რეაქციის სიჩქარიდან გამომდინარე, ჩვენ გირჩევთ ყველაზე შესაფერის ულტრაბგერით დაყენებას. ლაბორატორია, სკამზე, საპილოტე და სრულად ინდუსტრიული სონიკატორები იძლევა ნებისმიერი მოცულობის დამუშავებას.
უმაღლესი ხარისხის სტანდარტები – შექმნილია და დამზადებულია გერმანიაში
როგორც საოჯახო საკუთრებაში არსებული და საოჯახო ბიზნესი, Hielscher პრიორიტეტს ანიჭებს უმაღლესი ხარისხის სტანდარტებს ულტრაბგერითი პროცესორებისთვის. ყველა ულტრაბგერითი შექმნილია და საფუძვლიანად არის შემოწმებული ჩვენს შტაბ-ბინაში, ბერლინის მახლობლად, გერმანიაში. Hielscher ულტრაბგერითი აღჭურვილობის სიმტკიცე და საიმედოობა მას სამუშაო ცხენად აქცევს თქვენს წარმოებაში. 24/7 მუშაობა სრული დატვირთვით და მომთხოვნი გარემოში არის Hielscher მაღალი ხარისხის ულტრაბგერითი ზონდებისა და რეაქტორების ბუნებრივი მახასიათებელი.
ქვემოთ მოყვანილი ცხრილი გვიჩვენებს ჩვენი ულტრაბგერითი აპარატების სავარაუდო დამუშავების შესაძლებლობებს:
| სურათების მოცულობა | Დინების სიჩქარე | რეკომენდებული მოწყობილობები |
|---|---|---|
| 1-დან 500 მლ-მდე | 10-დან 200 მლ/წთ-მდე | UP100H |
| 10-დან 2000 მლ-მდე | 20-დან 400 მლ/წთ-მდე | UP200Ht, UP400 ქ |
| 0.1-დან 20ლ-მდე | 0.2-დან 4ლ/წთ-მდე | UIP2000hdT |
| 10-დან 100 ლ-მდე | 2-დან 10ლ/წთ-მდე | UIP4000hdT |
| na | 10-დან 100ლ/წთ-მდე | UIP16000 |
| na | უფრო დიდი | კასეტური UIP16000 |
Დაგვიკავშირდით! / Გვკითხე ჩვენ!
მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორები ლაბორატორია რომ პილოტი და სამრეწველო მასშტაბი.
ფაქტები, რომელთა ცოდნაც ღირს
რა არის პრუსიული ლურჯი?
პრუსიის ცისფერი ქიმიურად სწორია, რომელსაც უწოდებენ რკინის ჰექსაციანოფერატს (რკინა (II, III) ჰექსაციანოფერატი (II, III)), მაგრამ სასაუბროში ასევე ცნობილია, როგორც ბერლინის ლურჯი, რკინის ფეროციანიდი, რკინის ჰექსაციანოფერატი, რკინის (III) ფეროციანიდი, რკინა (III) ჰექსაციანოფერატი (II) და პარიზული ლურჯი.
პრუსიული ლურჯი აღწერილია, როგორც ღრმა ლურჯი პიგმენტი, რომელიც წარმოიქმნება შავი ფეროციანიდის მარილების დაჟანგვის დროს. იგი შეიცავს რკინის ჰექსაციანოფერატს (II) კუბური მედის ბროლის სტრუქტურაში. ის წყალში უხსნადია, მაგრამ ასევე მიდრეკილია კოლოიდის ფორმირებაზე, ამიტომ შეიძლება არსებობდეს როგორც კოლოიდური, ისე წყალში ხსნადი და უხსნადი სახით. იგი პერორალურად ინიშნება კლინიკური მიზნებისათვის, რათა გამოიყენებოდეს როგორც ანტიდოტი მძიმე მეტალის გარკვეული სახის მოწამვლისას, როგორიცაა ტალიუმი და ცეზიუმის რადიოაქტიური იზოტოპები.
რკინის ჰექსაციანოფერატი (პრუსიული ლურჯი) ანალოგებია სპილენძის ჰექსაციანოფერატი, კობალტის ჰექსაცაციანოფერატი, თუთიის ჰექსაციანოფერატი და ნიკელის ჰექსაციანოფერატი.
რა არის ლითონ-ორგანული ჩარჩოს სტრუქტურები?
ლითონ-ორგანული ჩარჩოები (MOFs) არის ნაერთების კლასი, რომელიც შედგება ლითონის იონების ან კლასტერებისგან, რომლებიც კოორდინირებულია ორგანულ ლიგანდებთან, რომლებსაც შეუძლიათ შექმნან ერთ, ორ ან სამგანზომილებიანი სტრუქტურები. ისინი წარმოადგენენ საკოორდინაციო პოლიმერების ქვეკლასს. საკოორდინაციო პოლიმერები წარმოიქმნება ლითონებით, რომლებიც დაკავშირებულია ლიგანდებით (ე.წ. დამაკავშირებელი მოლეკულებით) ისე, რომ წარმოიქმნება განმეორებითი კოორდინაციის მოტივები. მათი ძირითადი მახასიათებლები მოიცავს კრისტალურობას და ხშირად ფოროვანობას.
წაიკითხეთ მეტი მეტალო-ორგანული ჩარჩოს (MOF) სტრუქტურების ულტრაბგერითი სინთეზის შესახებ!
ნატრიუმ-იონური ბატარეები
ნატრიუმ-იონური ბატარეა (NIB) არის დატენვის ბატარეის ტიპი. ლითიუმ-იონური ბატარეისგან განსხვავებით, ნატრიუმის იონური ბატარეა იყენებს ნატრიუმის იონებს (Na+) ლითიუმის ნაცვლად, როგორც დამუხტვის მატარებლები. წინააღმდეგ შემთხვევაში, შემადგენლობა, ფუნქციონირების პრინციპი და უჯრედის კონსტრუქცია ფართოდ იდენტურია ჩვეულებრივი და ფართოდ გამოყენებული ლითიუმ-იონური ბატარეების. ამ ორივე ტიპის ბატარეას შორის მთავარი განსხვავება ისაა, რომ ლითიუმ-იონურ კონდენსატორებში გამოიყენება ლითიუმის ნაერთები, ხოლო Na-ion ბატარეებში გამოიყენება ნატრიუმის ლითონები. ეს ნიშნავს, რომ ნატრიუმ-იონური ბატარეის კათოდი შეიცავს ნატრიუმის ან ნატრიუმის კომპოზიტებს და ანოდს (აუცილებლად არ არის ნატრიუმზე დაფუძნებული მასალა), ისევე როგორც თხევად ელექტროლიტს, რომელიც შეიცავს დისოცირებულ ნატრიუმის მარილებს პოლარულ პროტიკულ ან აპროტიკულ გამხსნელებში. დამუხტვის დროს Na+ გამოიყოფა კათოდიდან და ჩასმულია ანოდში, ხოლო ელექტრონები მოგზაურობენ გარე წრეში; განმუხტვის დროს ხდება საპირისპირო პროცესი, როდესაც Na+ ამოღებულია ანოდიდან და ხელახლა ჩასმულია კათოდში ელექტრონებით, რომლებიც მოგზაურობენ გარე წრეში და აკეთებენ სასარგებლო სამუშაოს. იდეალურ შემთხვევაში, ანოდისა და კათოდური მასალები უნდა გაუძლოს ნატრიუმის შენახვის განმეორებით ციკლებს დეგრადაციის გარეშე, რათა უზრუნველყოს ხანგრძლივი სიცოცხლის ციკლი.
სონოქიმიური სინთეზი არის საიმედო და ეფექტური ტექნიკა მაღალი ხარისხის ნახშირი ნატრიუმის ლითონის მარილების წარმოებისთვის, რომელიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას ნატრიუმ-იონური კონდენსატორების წარმოებისთვის. ნატრიუმის ფხვნილის სინთეზი ხორციელდება მინერალურ ზეთში გამდნარი ნატრიუმის ლითონის ულტრაბგერითი დისპერსიით.
ლიტერატურა / ლიტერატურა
- 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.