პრუსიის ლურჯი ნანოკუბების ულტრაბგერითი სველი დალექვა
პრუსიის ლურჯი ან რკინის ჰექსაციანოფერატი არის ნანოსტრუქტურული ლითონ-ორგანული ჩარჩო (MOF), რომელიც გამოიყენება ნატრიუმ-იონური ბატარეების წარმოებაში, ბიომედიცინაში, საღებავებსა და ელექტრონიკაში. ულტრაბგერითი სველი ქიმიური სინთეზი არის ეფექტური, საიმედო და სწრაფი გზა პრუსიის ლურჯი ნანოკუბებისა და პრუსიის ლურჯის ანალოგების, როგორიცაა სპილენძის ჰექსაციანოფერატი და ნიკელის ჰექსაციანოფერატი, წარმოებისთვის. ულტრაბგერითი ნალექით მიღებული პრუსიის ლურჯი ნანონაწილაკები ხასიათდება ნაწილაკების ზომის ვიწრო განაწილებით, მონოდისპერსიულობით და მაღალი ფუნქციურობით.
პრუსიის ლურჯი და ჰექსაციანოფერატის ანალოგები
პრუსიის ლურჯი ან რკინის ჰექსაციანოფერატები ფართოდ გამოიყენება როგორც ფუნქციური მასალა ელექტროქიმიური დანიშნულების პროდუქტების დასამზადებლად და ქიმიური სენსორების, ელექტროქრომული დისპლეების, საღებავებისა და საღებავების, ბატარეების (ნატრიუმ-იონური ბატარეები), კონდენსატორებისა და სუპერკონდენსატორების, კატიონური საცავი მასალების, როგორიცაა H+ ან Cs+, კატალიზატორების, თერანოსტიკის და სხვათა წარმოებისთვის. მისი კარგი რედოქს აქტივობისა და მაღალი ელექტროქიმიური სტაბილურობის გამო, პრუსიის ლურჯი არის ლითონ-ორგანული ჩარჩო (MOF) სტრუქტურა, რომელიც ფართოდ გამოიყენება ელექტროდის მოდიფიკაციისთვის.
სხვადასხვა სხვა გამოყენებების გარდა, პრუსიის ლურჯი და მისი ანალოგები სპილენძის ჰექსაციანოფერატი და ნიკელის ჰექსაციანოფერატი, შესაბამისად, გამოიყენება ლურჯი, წითელი და ყვითელი ფერის საღებავების სახით.
პრუსიის ლურჯი ნანონაწილაკების უზარმაზარი უპირატესობაა მათი უსაფრთხოება. პრუსიის ლურჯი ნანონაწილაკები სრულად ბიოდეგრადირებადია, ბიოსათავსებადია და FDA-ს მიერ დამტკიცებულია სამედიცინო გამოყენებისთვის.
ულტრაბგერითი დამუშავების აპარატი UIP2000hdT არის მძლავრი სონოქიმიური მოწყობილობა ნანონაწილაკების სინთეზისა და ნალექისთვის
პრუსიის ლურჯი ნანოკუბების სონოქიმიური სინთეზი
პრუსიის ლურჯის / ჰექსაციანოფერატის ნანონაწილაკების სინთეზი არის ჰეტეროგენული სველი ქიმიური ნალექწარმოქმნის რეაქცია. იმისათვის, რომ მივიღოთ ნანონაწილაკები ნაწილაკების ზომის ვიწრო განაწილებითა და მონოდისპერსიულობით, საჭიროა საიმედო ნალექწარმოქმნის გზა. ულტრაბგერითი ნალექწარმოქმნა კარგადაა ცნობილი მაღალი ხარისხის ნანონაწილაკებისა და პიგმენტების, როგორიცაა მაგნეტიტი, თუთიის მოლიბდატი, თუთიის ფოსფომოლიბდატი, სხვადასხვა ბირთვი-გარსის ნანონაწილაკები და ა.შ., საიმედო, ეფექტური და მარტივი სინთეზისთვის.
სველი ქიმიური სინთეზის გზები პრუსიის ლურჯი ნანონაწილაკებისთვის
პრუსიის ლურჯი ნანონაწილაკების სინთეზის სონოქიმიური გზა ეფექტური, მარტივი, სწრაფი და ეკოლოგიურად სუფთაა. ულტრაბგერითი ნალექი იძლევა მაღალი ხარისხის პრუსიის ლურჯი ნანოკუბებს, რომლებიც ხასიათდება ერთგვაროვანი მცირე ზომით (დაახლოებით 5nm), ვიწრო ზომის განაწილებითა და მონოდისპერსიულობით.
პრუსიის ლურჯი ნანონაწილაკები შეიძლება სინთეზირდეს სხვადასხვა ნალექის გზით პოლიმერული სტაბილიზატორების გამოყენებით ან მათ გარეშე.
სტაბილიზაციის პოლიმერის გამოყენების თავიდან ასაცილებლად, პრუსიის ლურჯი ნანოკუბები შეიძლება ნალექდებოდეს მხოლოდ FeCl3 და K3[Fe(CN)6] ულტრაბგერითი შერევით H2O2 არსებობისას.
სონოქიმიის გამოყენებამ ამ ტიპის სინთეზში დაეხმარა უფრო მცირე ზომის ნანონაწილაკების მიღებას (ანუ, 5 nm ზომის ნაწილაკების მიღებას ულტრაბგერითი დამუშავების გარეშე მიღებული ≈50 nm ზომის ნაწილაკების ნაცვლად). (Dacarro et al. 2018)
ულტრაბგერითი პრუსიის ლურჯის სინთეზის შემთხვევითი კვლევები
ზოგადად, პრუსიის ლურჯი ნანონაწილაკები სინთეზირდება ულტრაბგერითი დამუშავების მეთოდის გამოყენებით.
ამ ტექნიკაში, 0,05 M K4[Fe(CN)6] ხსნარი ემატება 100 ml მარილმჟავას ხსნარს (0,1 mol/L). მიღებული K4[Fe(CN)6] წყალხსნარი ინახება 40ºC-ზე 5 სთ-ის განმავლობაში ხსნარის ულტრაბგერითი დამუშავებისას, შემდეგ კი ოთახის ტემპერატურაზე გაცივების საშუალებას აძლევს. მიღებული ლურჯი პროდუქტი ფილტრდება და მრავალჯერ ირეცხება დისტილირებული წყლითა და აბსოლუტური ეთანოლით და საბოლოოდ შრება ვაკუუმურ ღუმელში 25ºC-ზე 12 სთ-ის განმავლობაში.
ჰექსაციანოფერიტის ანალოგი სპილენძის ჰექსაციანოფერატი (CuHCF) სინთეზირდა შემდეგი გზით:
CuHCF ნანონაწილაკები სინთეზირდა შემდეგი განტოლების თანახმად:
Cu(NO3)3 + K4[Fe(CN)6] –> Cu4[Fe(CN)6] + KN03
CuHCF ნანონაწილაკები სინთეზირდება Bioni et al., 2007-ის მიერ შემუშავებული მეთოდით. 10 mL 20 mmol L-1 K3[Fe(CN)6] + 0,1 mol L-1 KCl ხსნარისა და 10 mL 20 mmol L-1 CuCl2 + 0,1 mol L-1 KCl, ულტრაბგერითი დამუშავების კოლბაში. ნარევი შემდეგ ისხივება მაღალი ინტენსივობის ულტრაბგერითი გამოსხივებით 60 წთ-ის განმავლობაში, პირდაპირი ჩაძირვის ტიტანის რქის (20 kHz, 10Wcm-1) გამოყენებით, რომელიც ჩაეშვა 1 cm სიღრმეში ხსნარში. ნარევის დროს, ღია ყავისფერი ნალექის გაჩენა ფიქსირდება. ეს დისპერსია დიალიზდება 3 დღის განმავლობაში, რათა მიღებულ იქნას ძალიან სტაბილური, ღია ყავისფერი ფერის დისპერსია.
(იხ. Jassal et al. 2015)
ციტრატით სტაბილიზებული პრუსიის ლურჯი ნანოკუბების TEM მიკროგრაფია
კვლევა და სურათი: Dacarro et al. 2018
Wu et al. (2006) სინთეზირეს პრუსიის ლურჯი ნანონაწილაკები სონოქიმიური გზით K4[Fe(CN)6]-დან, სადაც Fe2+ მიღებულ იქნა [FeII(CN)6]4−-ის დაშლით ულტრაბგერითი გამოსხივებით მარილმჟავაში; Fe2+ დაიჟანგა Fe3+ -მდე, რათა რეაგირებდნენ დარჩენილ [FeII(CN)6]4− იონებთან. სამეცნიერო ჯგუფმა დაასკვნა, რომ სინთეზირებული პრუსიის ლურჯი ნანოკუბების ერთგვაროვანი ზომის განაწილება გამოწვეულია ულტრაბგერითი დამუშავების ეფექტებით. მარცხნივ FE-SEM სურათი აჩვენებს Wu-ს სამეცნიერო ჯგუფის მიერ სონოქიმიურად სინთეზირებულ რკინის ჰექსაციანოფერატის ნანოკუბებს.
მასშტაბური სინთეზი: PB ნანონაწილაკების მასშტაბურად მოსამზადებლად, PVP (250 გ) და K3[Fe(CN)6] (19,8 გ) დაემატა 2 000 mL HCl ხსნარს (1 M). ხსნარი დამუშავდა ულტრაბგერით გამჭვირვალობამდე და შემდეგ მოთავსდა ღუმელში 80°C-ზე, რათა მიღწეულიყო დაძველების რეაქცია 20–24 საათის განმავლობაში. ნარევი შემდეგ ცენტრიფუგირდა 20 000 rpm-ზე 2 საათის განმავლობაში PB ნანონაწილაკების შესაგროვებლად. (უსაფრთხოების შენიშვნა: წარმოქმნილი ნებისმიერი HCN-ის მოსაცილებლად, რეაქცია უნდა ჩატარდეს გამწოვ კარადაში).
პრუსიის ლურჯის სონო-ელექტროქიმიური სინთეზი
პრუსიის ლურჯის კიდევ ერთი მაღალეფექტური სინთეზის ტექნიკა არის სონო-ელექტროქიმიური გზა, რომელიც სინერგიულად აერთიანებს ელექტროქიმიურ დალექვას მაღალი ინტენსივობის ულტრაბგერასთან. ეს მეთოდი აუმჯობესებს მასათა გადატანას, აჩქარებს ნუკლეაციის კინეტიკას და ხელს უწყობს ერთგვაროვანი ნანონაწილაკების წარმოქმნას კავიტაციით გამოწვეული მიკროშერევისა და ზედაპირის აქტივაციის მეშვეობით. ეს ხდის სონო-ელექტროქიმიურ პრუსიის ლურჯის სინთეზს საიმედო გზად ნანომასშტაბური პრუსიის ლურჯის სამრეწველო წარმოებისთვის.
გაიგეთ მეტი პრუსიის ლურჯის სინთეზის სონო-ელექტროქიმიური დანადგარის შესახებ!
ულტრაბგერითი ზონდები და სონოქიმიური რეაქტორები პრუსიის ლურჯის სინთეზისთვის
Hielscher Ultrasonics არის მაღალეფექტური სონიკატორების ხანგრძლივი გამოცდილების მქონე მწარმოებელი, რომლებიც მსოფლიოში ფართოდ გამოიყენება სამეცნიერო ლაბორატორიებსა და სამრეწველო წარმოებაში. ნანონაწილაკებისა და პიგმენტების სონოქიმიური სინთეზი და დალექვა არის მოთხოვნადი გამოყენება, რომელსაც სჭირდება მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერითი ზონდები, რომლებიც ქმნიან მუდმივ ამპლიტუდებს. ყველა Hielscher სონიკატორი დაპროექტებულია და დამზადებულია 24/7 სრული დატვირთვით მუშაობისთვის. ულტრაბგერითი პროცესორები ხელმისაწვდომია კომპაქტური 50 ვატიანი ულტრაბგერითი ზონდებიდან 16 000 ვატიანი მძლავრ ინლაინ ულტრაბგერით რეაქტორებამდე. ბუსტერული რქების, სონოტროდებისა და ნაკადის უჯრედების ფართო არჩევანი საშუალებას იძლევა სონოქიმიური სისტემა ინდივიდუალურად დაკომპლექტდეს წინამორბედების, გზისა და საბოლოო პროდუქტის შესაბამისად.
სონოქიმიური სინთეზი – პარტიული ან ინლაინ თქვენს მოთხოვნებთან მორგებული
Hielscher ულტრაბგერითი ზონდები შეიძლება გამოიყენებოდეს პარტიული და უწყვეტი ინლაინ ულტრაბგერითი დამუშავებისთვის. რეაქციის მოცულობისა და რეაქციის სიჩქარის მიხედვით, ჩვენ გირჩევთ თქვენ ყველაზე შესაფერის ულტრაბგერით მოწყობილობას. ლაბორატორიული, მაგიდის, საცდელი და სრულად სამრეწველო სონიკატორები საშუალებას იძლევა დამუშავდეს ნებისმიერი მოცულობა.
უმაღლესი ხარისხის სტანდარტები – დაპროექტებული და დამზადებული გერმანიაში
როგორც ოჯახური საკუთრებაში მყოფი და ოჯახური მართვის ქვეშ მყოფი ბიზნესი, Hielscher უპირატესობას ანიჭებს უმაღლესი ხარისხის სტანდარტებს თავისი ულტრაბგერითი პროცესორებისთვის. ყველა ულტრაბგერითი აპარატი დაპროექტებულია, დამზადებულია და დეტალურად ტესტირებულია ჩვენს შტაბ-ბინაში, ბერლინის მახლობლად, ტელტოუში, გერმანიაში. Hielscher-ის ულტრაბგერითი აპარატურის გამძლეობა და საიმედოობა მას თქვენს წარმოებაში მუშა ცხენად აქცევს. 24/7 ექსპლუატაცია სრული დატვირთვითა და მძიმე პირობებში, არის Hielscher-ის მაღალეფექტური ულტრაბგერითი ზონდებისა და რეაქტორების ბუნებრივი თვისება.
ქვემოთ მოცემული ცხრილი გიჩვენებთ ჩვენი ულტრაბგერითი აპარატების დაახლოებითი დამუშავების სიმძლავრის მაჩვენებლებს:
| პარტიის მოცულობა | მოცულობითი ხარჯი | რეკომენდებული მოწყობილობები |
|---|---|---|
| 1-დან 500mL-მდე | 10-დან 200mL/min-მდე | UP100H |
| 10-დან 2000mL-მდე | 20-დან 400mL/min-მდე | UP200Ht, UP400St |
| 0,1-დან 20L-მდე | 0,2-დან 4L/min-მდე | UIP2000hdT |
| 10-დან 100L-მდე | 2-დან 10L/min-მდე | UIP4000hdT |
| n.a. | 10-დან 100L/min-მდე | UIP16000 |
| n.a. | უფრო დიდი | კლასტერი UIP16000 |
დაგვიკავშირდით! / დაგვისვით!
მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორები ლაბორატორიული დან საპილოტო და სამრეწველო მასშტაბისთვის.
ფაქტები, რომლებიც ღირს ცოდნა
რა არის პრუსიის ლურჯი?
პრუსიის ლურჯი ქიმიურად სწორად იწოდება როგორც რკინის ჰექსაციანოფერატი (რკინის(II,III) ჰექსაციანოფერატი(II,III)), მაგრამ ყოველდღიურ მეტყველებაში ის ასევე ცნობილია როგორც ბერლინის ლურჯი, ფერიფეროციანიდი, ფერიჰექსაციანოფერატი, რკინის(III) ფეროციანიდი, რკინის(III) ჰექსაციანოფერატი(II) და პარიზის ლურჯი.
პრუსიის ლურჯი აღიწერება როგორც მუქი ლურჯი პიგმენტი, რომელიც წარმოიქმნება რკინის(II) ფეროციანიდის მარილების ჟანგვისას. ის შეიცავს რკინის(III) ჰექსაციანოფერატ(II)-ს კუბური მესრის კრისტალურ სტრუქტურაში. ის უხსნადია წყალში, მაგრამ ასევე მიდრეკილია კოლოიდის წარმოქმნისკენ, შესაბამისად, შეიძლება არსებობდეს როგორც კოლოიდურ ან წყალში ხსნად ფორმაში, ასევე უხსნად ფორმაში. ის პერორალურად გამოიყენება კლინიკური მიზნებისთვის, როგორც ანტიდოტი ზოგიერთი ტიპის მძიმე ლითონებით მოწამვლისას, როგორიცაა თალიუმი და ცეზიუმის რადიოაქტიური იზოტოპები.
რკინის ჰექსაციანოფერატის (პრუსიის ლურჯი) ანალოგებია სპილენძის ჰექსაციანოფერატი, კობალტის ჰექსაციანოფერატი, თუთიის ჰექსაციანოფერატი და ნიკელის ჰექსაციანოფერატი.
რა არის ლითონ-ორგანული ჩარჩოების სტრუქტურები?
ლითონ–ორგანული ჩარჩოები (MOFs) არის ნაერთების კლასი, რომლებიც შედგება ლითონის იონებისგან ან კლასტერებისგან, რომლებიც კოორდინირებულია ორგანულ ლიგანდებთან და შეუძლიათ ერთ-, ორ- ან სამგანზომილებიანი სტრუქტურების წარმოქმნა. ისინი წარმოადგენენ კოორდინაციული პოლიმერების ქვეკლასს. კოორდინაციული პოლიმერები წარმოიქმნება ლითონებისგან, რომლებიც დაკავშირებულია ლიგანდებით (ე.წ. ლინკერული მოლეკულები) ისე, რომ წარმოიქმნება გამეორებადი კოორდინაციული მოტივები. მათი ძირითადი მახასიათებლები მოიცავს კრისტალურობას და ხშირად ფოროვანობას.
გაიგეთ მეტი ლითონ-ორგანული ჩარჩოების (MOF) სტრუქტურების ულტრაბგერითი სინთეზის შესახებ!
ნატრიუმ-იონური აკუმულატორები
ნატრიუმ-იონური აკუმულატორი (NIB) არის გადატენვადი აკუმულატორის ტიპი. ლითიუმ-იონური აკუმულატორისგან განსხვავებით, ნატრიუმ-იონური აკუმულატორი მუხტის გადამტანებად იყენებს ნატრიუმის იონებს (Na+) ლითიუმის ნაცვლად. სხვა შემთხვევაში, შემადგენლობა, ფუნქციონირების პრინციპი და ელემენტის კონსტრუქცია ფართოდ იდენტურია საერთო და ფართოდ გამოყენებადი ლითიუმ-იონური აკუმულატორების. ამ ორი ტიპის აკუმულატორს შორის მთავარი განსხვავება ისაა, რომ Li-იონური კონდენსატორებში გამოიყენება ლითიუმის ნაერთები, ხოლო Na-იონური აკუმულატორებში გამოიყენება ნატრიუმის ლითონები. ეს ნიშნავს, რომ ნატრიუმ-იონური აკუმულატორის კათოდი შეიცავს ნატრიუმს ან ნატრიუმის კომპოზიტებს და ანოდს (არა აუცილებლად ნატრიუმზე დაფუძნებულ მასალას), ასევე თხევად ელექტროლიტს, რომელიც შეიცავს დისოცირებულ ნატრიუმის მარილებს პოლარულ პროტულ ან აპროტულ გამხსნელებში. დამუხტვისას, Na+ ამოიღება კათოდიდან და ჩასმულია ანოდში, ხოლო ელექტრონები მოძრაობენ გარე წრედში; განმუხტვისას, ხდება საპირისპირო პროცესი, სადაც Na+ ამოიღება ანოდიდან და ხელახლა ჩასმულია კათოდში, ხოლო ელექტრონები მოძრაობენ გარე წრედში სასარგებლო მუშაობის შესრულებით. იდეალურად, ანოდისა და კათოდის მასალებს უნდა შეეძლოთ გაუძლონ ნატრიუმის შენახვის განმეორებად ციკლებს დეგრადაციის გარეშე, რათა უზრუნველყოფილი იყოს ხანგრძლივი სამუშაო ციკლი.
სონოქიმიური სინთეზი არის საიმედო და ეფექტური ტექნიკა მაღალი ხარისხის მასიური ნატრიუმის ლითონის მარილების წარმოებისთვის, რომლებიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას ნატრიუმ-იონური კონდენსატორების წარმოებაში. ნატრიუმის ფხვნილის სინთეზი ხორციელდება ნადნობი ნატრიუმის ლითონის ულტრაბგერითი დისპერგირებით მინერალურ ზეთში.
ლიტერატურა / რეფერენციები
- 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.