Prūsijas zilā nanokubu izgulsnēšana šķīdumā ar ultraskaņu

Prūsijas zilais jeb dzelzs heksacianoferāts ir nanostrukturēts metālorganiskais karkass (MOF), ko izmanto nātrija jonu akumulatoru ražošanā, biomedicīnā, tintēs un elektronikā. Mitrā ķīmiskā sintēze ar ultraskaņu ir efektīvs, uzticams un ātrs veids, kā iegūt Prūsijas zilā nanokubus un Prūsijas zilā analogus, piemēram, vara heksacianoferātu un niķeļa heksacianoferātu. Ar ultraskaņu izgulsnētām Prūsijas zilā nanodaļiņām raksturīgs šaurs daļiņu izmēru sadalījums, monodispersitāte un augsta funkcionalitāte.

Prūsijas zilais un heksacianoferātu analogi

Prūsijas zilo jeb dzelzs heksacianoferātus plaši izmanto kā funkcionālu materiālu elektroķīmisku lietojumu izstrādē un ķīmisko sensoru, elektrohromisko displeju, tinšu un pārklājumu, akumulatoru (nātrija jonu akumulatoru), kondensatoru un superkondensatoru, katjonu uzkrāšanas materiālu, piemēram, H+ vai Cs+ uzkrāšanai, katalizatoru, teranostikas līdzekļu un citu produktu ražošanā. Labās oksidēšanās–reducēšanās aktivitātes un augstās elektroķīmiskās stabilitātes dēļ Prūsijas zilais ir metālorganiskā karkasa (MOF) struktūra, ko plaši izmanto elektrodu modificēšanai.
Līdztekus dažādiem citiem lietojumiem Prūsijas zilo un tā analogus – vara heksacianoferātu un niķeļa heksacianoferātu – izmanto attiecīgi kā zilas, sarkanas un dzeltenas krāsas tintes.
Milzīga Prūsijas zilā nanodaļiņu priekšrocība ir to drošums. Prūsijas zilā nanodaļiņas ir pilnībā bioloģiski noārdāmas, biosaderīgas un FDA apstiprinātas medicīniskiem lietojumiem.

Prūsijas zilā nanokubu sonoķīmiskā sintēze

Prūsijas zilā / heksacianoferāta nanodaļiņu sintēze ir heterogēna izgulsnēšanas reakcija šķīdumā. Lai iegūtu nanodaļiņas ar šauru daļiņu izmēru sadalījumu un monodispersitāti, ir nepieciešama uzticama izgulsnēšanas metode. Izgulsnēšana ar ultraskaņu ir plaši pazīstama kā uzticama, efektīva un vienkārša metode augstas kvalitātes nanodaļiņu un pigmentu, piemēram, magnetīta, cinka molibdāta, cinka fosfomolibdāta, dažādu kodola–apvalka nanodaļiņu u. c., sintēzei.

Prūsijas zilā nanodaļiņu mitrās ķīmiskās sintēzes metodes

Prūsijas zilā nanodaļiņu sonoķīmiskās sintēzes metode ir efektīva, vienkārša, ātra un videi draudzīga. Izgulsnējot ar ultraskaņu, iegūst augstas kvalitātes Prūsijas zilā nanokubus, kam raksturīgs vienmērīgs, mazs izmērs (aptuveni 5nm), šaurs izmēru sadalījums un monodispersitāte.
Prūsijas zilā nanodaļiņas var sintezēt ar dažādām izgulsnēšanas metodēm, izmantojot polimēru stabilizatorus vai bez tiem.
Neizmantojot stabilizējošu polimēru, Prūsijas zilā nanokubus var izgulsnēt, vienkārši sajaucot ar ultraskaņu FeCl₃ un K₃[Fe(CN)₆] H₂O₂ klātbūtnē.
Sonoķīmijas izmantošana šāda veida sintēzē palīdzēja iegūt mazākas nanodaļiņas (proti, 5 nm izmērā, salīdzinot ar ≈50 nm izmēru, ko ieguva bez apstrādes ar ultraskaņu). (Dacarro et al. 2018)

Prūsijas zilā sintēzes ar ultraskaņu pētījumu piemēri

Parasti Prūsijas zilā nanodaļiņas sintezē, izmantojot apstrādes ar ultraskaņu metodi.
Šajā metodē 0,05 M K₄[Fe(CN)₆] šķīdumu pievieno 100 ml sālsskābes šķīduma (0,1 mol/L). Iegūto K₄[Fe(CN)₆] ūdens šķīdumu 5 h uztur 40ºC temperatūrā, vienlaikus apstrādājot šķīdumu ar ultraskaņu, un pēc tam ļauj tam atdzist istabas temperatūrā. Iegūto zilo produktu filtrē un atkārtoti mazgā ar destilētu ūdeni un absolūto etanolu, un visbeidzot 12 h žāvē vakuuma žāvēšanas skapī 25ºC temperatūrā.

Heksacianoferāta analogs vara heksacianoferāts (CuHCF) tika sintezēts ar šādu metodi:
CuHCF nanodaļiņas tika sintezētas saskaņā ar šādu vienādojumu:
Cu(NO₃)₃ + K₄[Fe(CN)₆] –> Cu₄[Fe(CN)₆] + KN0₃

CuHCF nanodaļiņas sintezē ar metodi, ko izstrādāja Bioni et al., 2007. Maisījumu veido 10 mL 20 mmol L^-1 K₃[Fe(CN)₆] + 0,1 mol L^-1 KCl šķīduma un 10 mL 20 mmol L^-1 CuCl₂ + 0,1 mol L^-1 KCl ultraskaņas apstrādes kolbā. Pēc tam maisījumu 60 min apstaro ar augstas intensitātes ultraskaņu, izmantojot tieši iegremdējamu titāna sonotrodi (20 kHz, 10Wcm^-1), kas šķīdumā iegremdēta 1 cm dziļumā. Maisīšanas laikā novēro gaiši brūnu nogulšņu veidošanos. Šo dispersiju dializē 3 dienas, lai iegūtu ļoti stabilu, gaiši brūnu dispersiju.
(sal. Jassal et al. 2015)

Wu et al. (2006) sonoķīmiski sintezēja Prūsijas zilā nanodaļiņas no K₄[Fe(CN)₆], kur Fe2+ veidojās, [FeII(CN)6]4− sadaloties ultraskaņas apstarošanas ietekmē sālsskābē; Fe²⁺ tika oksidēts līdz Fe³⁺ , lai reaģētu ar atlikušajiem [FeII(CN)₆]4− joniem. Pētnieku grupa secināja, ka sintezēto Prūsijas zilā nanokubu vienmērīgo izmēru sadalījumu izraisa apstrāde ar ultraskaņu. FE-SEM attēlā pa kreisi redzami Wu pētnieku grupas sonoķīmiski sintezētie dzelzs heksacianoferāta nanokubi.

Liela mēroga sintēze: lai iegūtu PB nanodaļiņas lielā mērogā, PVP (250 g) un K₃[Fe(CN)₆] (19,8 g) pievienoja 2 000 mL HCl šķīduma (1 M). Šķīdumu apstrādāja ar ultraskaņu, līdz tas kļuva dzidrs, un pēc tam ievietoja krāsnī 80°C temperatūrā, lai 20–24 stundas norisinātos novecināšanas reakcija. Pēc tam maisījumu centrifugēja ar 20 000 rpm 2 stundas, lai savāktu PB nanodaļiņas. (Drošības piezīme: lai izvadītu visu radušos HCN, reakcija jāveic velkmes skapī).

Prūsijas zilā sonoelektroķīmiskā sintēze

Vēl viena ļoti efektīva Prūsijas zilā sintēzes metode ir sonoelektroķīmiskā sintēze, kas sinerģiski apvieno elektroķīmisko izgulsnēšanu ar augstas intensitātes ultraskaņu. Šī metode uzlabo masas pārnesi, paātrina kodolu veidošanās kinētiku un veicina vienmērīgu nanodaļiņu veidošanos, pateicoties kavitācijas izraisītai mikromaisīšanai un virsmas aktivācijai. Tādējādi Prūsijas zilā sonoelektroķīmiskā sintēze ir uzticama metode nanomēroga Prūsijas zilā rūpnieciskai ražošanai.
Lasiet vairāk par sonoelektroķīmisko iekārtu sistēmu Prūsijas zilā sintēzei!

Ultraskaņas zondes un sonoķīmiskie reaktori Prūsijas zilā sintēzei

Hielscher Ultrasonics ir augstas veiktspējas ultraskaņas apstrādes ierīču ražotājs ar ilggadēju pieredzi, kura ierīces visā pasaulē izmanto pētniecības laboratorijās un rūpnieciskajā ražošanā. Nanodaļiņu un pigmentu sonoķīmiskā sintēze un izgulsnēšana ir prasīgs lietojums, kam nepieciešamas lieljaudas ultraskaņas zondes, kas rada nemainīgas amplitūdas. Visas Hielscher ultraskaņas apstrādes ierīces ir projektētas un ražotas darbam 24/7 ar pilnu slodzi. Ultraskaņas procesori ir pieejami diapazonā no kompaktām 50 vatu ultraskaņas zondēm līdz jaudīgiem 16 000 vatu ultraskaņas reaktoriem darbam plūsmā. Plašs amplitūdas pastiprinātāju, sonotrodu un plūsmas šūnu klāsts ļauj individuāli konfigurēt sonoķīmisko sistēmu atbilstoši prekursoriem, sintēzes metodei un galaproduktam.

Sonoķīmiskā sintēze – jūsu vajadzībām pielāgota apstrāde partijās vai plūsmā

Hielscher ultraskaņas zondes var izmantot apstrādei ar ultraskaņu gan partijās, gan nepārtrauktā plūsmā. Atkarībā no reakcijas tilpuma un reakcijas ātruma mēs ieteiksim jums vispiemērotāko ultraskaņas iekārtu sistēmu. Laboratorijas, galda, pilotmēroga un pilna rūpnieciskā mēroga ultraskaņas apstrādes ierīces ļauj apstrādāt jebkādu tilpumu.

Visaugstākie kvalitātes standarti – projektēts un ražots Vācijā

Kā ģimenes īpašumā esošs un ģimenes vadīts uzņēmums Hielscher saviem ultraskaņas procesoriem izvirza visaugstākos kvalitātes standartus. Visas ultraskaņas iekārtas tiek projektētas, ražotas un rūpīgi pārbaudītas mūsu galvenajā mītnē Teltovā netālu no Berlīnes, Vācijā. Hielscher ultraskaņas iekārtu izturība un uzticamība padara tās par neaizstājamām palīgierīcēm jūsu ražošanā. Darbība 24/7 ar pilnu slodzi un prasīgos apstākļos ir Hielscher augstas veiktspējas ultraskaņas zonžu un reaktoru dabiska īpašība.

Tālāk redzamā tabula sniedz priekšstatu par mūsu ultraskaņas iekārtu aptuveno apstrādes jaudu: