Ultrasone Wet-Precipitatie van Pruisische Blauwe Nanokubussen
Pruisisch Blauw of ijzer hexacyanoferraat is een nano-gestructureerd metaal organisch kader (MOF), dat wordt gebruikt in de productie van natrium-ionbatterijen, biogeneeskunde, inkten en elektronica. Ultrasone nat-chemische synthese is een efficiënte, betrouwbare en snelle manier om Pruisisch Blauwe nanokubussen en Pruisische blauwe analogen zoals koperhexacyanoferraat en nikkelhexacyanoferraat te produceren. Ultrasoon geprecipiteerde Pruisisch-Blauwe nanodeeltjes worden gekenmerkt door een smalle deeltjesgrootteverdeling, monodispersiteit en een hoge functionaliteit.
Pruisisch Blauw en Hexacyanoferrate Analogen
Pruisische Blauwe of ijzeren hexacyanoferrates worden op grote schaal gebruikt als functioneel materiaal voor het ontwerpen van elektrochemische toepassingen en voor het vervaardigen van chemische sensoren, elektrochrome displays, inkten en coatings, batterijen (natrium-ionbatterijen), condensatoren en supercondensatoren, kationenopslagmaterialen zoals voor H+ of Cs+, katalysatoren, theranostics en andere. Door zijn goede redoxactiviteit en hoge elektrochemische stabiliteit is Pruisisch Blauw een metaal-organische kaderstructuur (MOF) die op grote schaal wordt gebruikt voor het modificeren van elektroden.
Naast diverse andere toepassingen worden Pruisisch Blauw en zijn analoge koperhexacyanoferraat en nikkelhexacyanoferraat gebruikt als kleurinkten van respectievelijk blauw, rood en geel.
Een groot voordeel van Pruisisch-Blauwe nanodeeltjes is hun veiligheid. Pruisische Blauwe nanodeeltjes zijn volledig biologisch afbreekbaar, biocompatibel en goedgekeurd door de FDA voor medische toepassingen.
Sonochemische synthese van Pruisische Blauwe Nanokubussen
De synthese van Pruisisch Blauw / hexacyanoferriet nanodeeltjes is een reactie van heterogene nat-chemische neerslag. Om nanodeeltjes met een smalle deeltjesgrootteverdeling en monodispersiteit te verkrijgen, is een betrouwbare neerslagweg nodig. Ultrasone precipitatie is bekend om de betrouwbare, efficiënte en eenvoudige synthese van hoogwaardige nanodeeltjes en pigmenten zoals magnetiet, zinkmolybdaat, zinkfosfomolybdaat, diverse kernschelpnanopartikels enz.
De ultrasonicator UIP2000hdT is een krachtig sonochemisch apparaat voor de synthese en het neerslaan van nanodeeltjes.
Nat-chemische syntheseroutes voor Pruisische Blauwe Nanodeeltjes
De sonochemische route van de Pruisische Blauwe nanodeeltjessynthese is efficiënt, gemakkelijk, snel en milieuvriendelijk. Ultrasone neerslag geeft in hoogwaardige Pruisisch-Blauwe nanokubussen, die worden gekenmerkt door een uniforme kleine afmeting (ca. 5 nm), een smalle grootteverdeling en een monodispersiteit.
Pruisische Blauwe nanodeeltjes kunnen worden gesynthetiseerd via verschillende neerslagwegen met of zonder polymere stabilisatoren.
Door het gebruik van een stabiliserend polymeer te vermijden, kunnen Pruisisch-Blauwe nanokubussen eenvoudigweg worden geprecipiteerd door het ultrasonisch mengen van FeCl3 en K3Fe(CN)6] in aanwezigheid van H2de2.
Het gebruik van sonochemie in dit soort synthese hielp bij het verkrijgen van kleinere nanodeeltjes (d.w.z. 5 nm in grootte in plaats van een grootte van ≈50 nm verkregen zonder sonicatie). (Dacarro et al. 2018)
Casestudies van ultrasone Pruisische Blauwe Synthese
Over het algemeen worden Pruisisch blauwe nanodeeltjes gesynthetiseerd door gebruik te maken van de ultrasone methode.
In deze techniek wordt 0,05 M oplossing van K4Fe(CN)6] wordt toegevoegd aan 100 ml zoutzuuroplossing van (0,1 mol/L). De resulterende K4Fe(CN)6] waterige oplossing wordt gedurende 5 uur bij 40ºC bewaard terwijl de oplossing wordt gesoneerd en vervolgens op kamertemperatuur wordt afgekoeld. Het verkregen blauwe product wordt gefilterd en herhaaldelijk gewassen met gedestilleerd water en absolute ethanol en ten slotte gedroogd in een vacuümoven bij 25ºC gedurende 12 uur.
De analoge koperen hexacyanoferriet (CuHCF) werd via de volgende route gesynthetiseerd:
De CuHCF-nanopartikels werden gesynthetiseerd volgens de volgende vergelijking:
Cu(NEE)3)3 + K4Fe(CN)6] -> Cu4Fe(CN)6] + KN03
CuHCF-nanopartikels worden gesynthetiseerd volgens de methode ontwikkeld door Bioni et al., 2007 [1]. Het mengsel van 10 mL van 20 mmol L-1 K3Fe(CN)6] + 0,1 mol L-1 KCl oplossing met 10 mL van 20 mmol L-1 CuCl2 + 0,1 mol L-1 KCl, in een sonische kolf. Het mengsel wordt vervolgens bestraald met ultrasone straling met een hoge intensiteit gedurende 60 minuten, waarbij een directe onderdompeling van titanium hoorn (20 kHz, 10Wcm) wordt gebruikt.-1) die tot een diepte van 1 cm in de oplossing werd gedompeld. Tijdens het mengsel wordt het verschijnen van een lichtbruine aanslag waargenomen. Deze dispersie wordt gedurende 3 dagen gedialyseerd om een zeer stabiele, lichtbruine dispersie te verkrijgen.
(zie Jassal et al. 2015)
Wu et al. (2006) synthetiseerden Pruisisch Blauwe nanodeeltjes via sonochemische route uit K4Fe(CN)6], waarbij Fe2+ werd geproduceerd door de ontleding van [FeII(CN)6]4- door ultrasone bestraling in zoutzuur; het Fe2+ werd geoxideerd tot Fe3+ om te reageren met de resterende [FeII(CN)6]4 ionen. De onderzoeksgroep concludeerde dat de uniforme grootteverdeling van gesynthetiseerde Pruisische blauwe nanokubussen wordt veroorzaakt door de effecten ultrasoon. De FE-SEM afbeelding links toont sonochemisch gesynthetiseerde ijzeren hexacyanoferate nanokubussen van Wu's onderzoeksgroep.
Grootschalige synthese: voor de bereiding van PB-nanopartikels op grote schaal, PVP (250 g) en K3Fe(CN)6] (19,8 g) werden toegevoegd aan 2.000 mL HCl oplossing (1 M). De oplossing werd gesoniseerd tot ze helder was en vervolgens in een oven van 80°C geplaatst om een verouderingsreactie gedurende 20-24 uur te bereiken. Het mengsel werd vervolgens gecentrifugeerd bij 20.000 rpm gedurende 2 uur voor het verzamelen van PB-nanopartikels. (Veiligheidsaanwijzing: Om eventueel ontstane HCN te verdrijven, moet de reactie in een zuurkast worden uitgevoerd).
TEM-micrografie van Pruisische Blauwe nanokubussen gestabiliseerd met citraat
studie en beeld: Dacarro et al. 2018
Ultrasone sondes en Sonochemische Reactoren voor Pruisische Blauwe Synthese
Hielscher Ultrasonics is een langdurig ervaren fabrikant van hoogwaardige ultrasone apparatuur die wereldwijd wordt gebruikt in laboratoria en in de industriële productie. De sonochemische synthese en neerslag van nanodeeltjes en pigmenten is een veeleisende toepassing die krachtige ultrasone sondes vereist die constante amplitudes genereren. Alle Hielscher ultrasone apparaten zijn ontworpen en gefabriceerd om 24 uur per dag en 7 dagen per week onder volledige belasting te worden gebruikt. Ultrasone processoren zijn beschikbaar van compacte ultrasone laboratoriumapparatuur van 50 watt tot 16.000 watt krachtige inline ultrasone systemen. Een grote verscheidenheid aan boosterhoorns, sonotrodes en flowcellen maken het mogelijk om een sonochemisch systeem individueel op te zetten in overeenstemming met de voorlopers, het traject en het eindproduct.
Hielscher Ultrasonics produceert hoogwaardige ultrasone sondes die specifiek kunnen worden ingesteld om het volledige spectrum van zeer milde tot zeer hoge amplitudes te leveren. Als uw sonochemische toepassing ongewone specificaties vereist (bijv. zeer hoge temperaturen), zijn op maat gemaakte ultrasone sonotrodes beschikbaar. De robuustheid van Hielscher's ultrasone apparatuur maakt het mogelijk om 24 uur per dag en 7 dagen per week te werken in zware omstandigheden.
Sonochemische Batch- en Inline-synthese
Hielscher ultrasone sondes kunnen worden gebruikt voor batch- en continu inline sondering. Afhankelijk van het reactievolume en de reactiesnelheid adviseren wij u de meest geschikte ultrasone opstelling.
Ultrasone sondes en Sono-Reactors voor elk volume
Het Hielscher Ultrasonics productassortiment omvat het volledige spectrum van ultrasone processoren, van compacte ultrasone laboratorium ultrasone systemen over bench-top en pilot systemen tot volledig industriële ultrasone processoren met de capaciteit om vrachtwagenladingen per uur te verwerken. Het volledige productassortiment stelt ons in staat om u de meest geschikte ultrasone apparatuur te bieden voor uw vloeistof, procescapaciteit en productiedoelen.
Precies beheersbare amplitudes voor optimale resultaten
Alle ultrasone processoren van Hielscher zijn nauwkeurig controleerbaar en daardoor betrouwbaar. De amplitude is een van de cruciale procesparameters die de efficiëntie en effectiviteit van sonochemisch en sonomechanisch geïnduceerde reacties beïnvloeden. Alle Hielscher ultrasone processoren’ processoren maken het mogelijk om de amplitude nauwkeurig in te stellen. Sonotrodes en boosterhoorns zijn accessoires die het mogelijk maken om de amplitude in een nog groter bereik te wijzigen. Hielscher's industriële ultrasone processoren kunnen zeer hoge amplitudes leveren en de vereiste ultrasone intensiteit voor veeleisende toepassingen. Amplituden tot 200µm kunnen eenvoudig continu worden uitgevoerd in 24 uur per dag, 7 dagen per week.
Nauwkeurige amplitude-instellingen en de permanente controle van de ultrasone procesparameters via slimme software geven u de mogelijkheid om uw Pruisische blauwe nanokubussen en hexacyanoferraatanalogen te synthetiseren onder de meest effectieve ultrasone omstandigheden. Optimale sonicatie voor de meest efficiënte nanodeeltjessynthese!
De robuustheid van Hielscher's ultrasone apparatuur maakt het mogelijk om 24 uur per dag en 7 dagen per week te werken in zware omstandigheden. Dit maakt de ultrasone apparatuur van Hielscher tot een betrouwbaar werkinstrument dat voldoet aan de eisen van uw sonochemische proces.
Hoogste kwaliteit – Ontworpen en geproduceerd in Duitsland
Als familiebedrijf en familiebedrijf stelt Hielscher de hoogste kwaliteitseisen aan zijn ultrasone processoren. Alle ultrasone processoren worden ontworpen, gefabriceerd en grondig getest in ons hoofdkantoor in Teltow bij Berlijn, Duitsland. Robuustheid en betrouwbaarheid van Hielscher's ultrasoon apparatuur maken het een werkpaard in uw productie. 24 uur per dag, 7 dagen per week, onder volle belasting en in veeleisende omgevingen is een natuurlijk kenmerk van Hielscher's hoogwaardige ultrasone sondes en reactoren.
Onderstaande tabel geeft een indicatie van de geschatte verwerkingscapaciteit van onze ultrasonicators:
| batch Volume | Stroomsnelheid | Aanbevolen apparaten |
|---|---|---|
| 1 tot 500 ml | 10 tot 200 ml / min | UP100H |
| 10 tot 2000 ml | 20 tot 400 ml / min | Uf200 ः t, UP400St |
| 0.1 tot 20L | 0.2 tot 4L / min | UIP2000hdT |
| 10 tot 100L | 2 tot 10 l / min | UIP4000hdT |
| na | 10 tot 100 l / min | UIP16000 |
| na | grotere | cluster van UIP16000 |
Neem contact met ons op! / Vraag ons!
Krachtige ultrasone homogenisatoren van Laboratorium naar piloot en industrieel schaal.
Literatuur / Referenties
- 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.
Feiten die de moeite waard zijn om te weten
Pruisisch Blauw
Pruisisch Blauw wordt chemisch correct genoemd als ijzerhexacyanoferraat (ijzer(II,III) hexacyanoferraat(II,III)), maar in de volksmond is het ook bekend als Berlijnblauw, ferrocyanide, ijzer(III) ferrocyanide, ijzer(III) hexacyanoferraat(II), en Parijse blauw.
Pruisisch blauw wordt beschreven als een diepblauw pigment dat wordt geproduceerd wanneer de oxidatie van ferrocyanide zouten plaatsvindt. Het bevat ijzerhexacyanoferraat (II) in een kubusvormige kristalstructuur. Het is onoplosbaar in water, maar heeft ook de neiging om een colloïde te vormen, zodat het zowel in colloïdale als in water oplosbare vorm kan bestaan, en een onoplosbare vorm. Het wordt oraal toegediend voor klinische doeleinden om te worden gebruikt als tegengif voor bepaalde soorten vergiftiging door zware metalen, zoals thallium en radioactieve isotopen van cesium.
Analogen van ijzerhexacyanoferraat (Pruisisch Blauw) zijn koperhexacyanoferraat, kobalthexacyanoferraat, zinkhexacyanoferraat en nikkelhexacyanoferraat.
Natrium-Ion batterijen
De natrium-ionbatterij (NIB) is een soort oplaadbare batterij. In tegenstelling tot de lithium-ionbatterij gebruikt de natriumionbatterij natriumionen (Na+) in plaats van lithium als laaddrager. Voor het overige zijn de samenstelling, het werkingsprincipe en de celconstructie grotendeels identiek aan die van de gangbare en veelgebruikte lithium-ionbatterijen. Het belangrijkste verschil tussen deze beide batterijtypen is dat in Li-ion-condensatoren lithiumverbindingen worden gebruikt, terwijl in Na-ion-batterijen natriummetalen worden toegepast. Dit betekent dat de kathode van een natrium-ionbatterij natrium- of natriumsamenstellingen en een anode (niet noodzakelijkerwijs een op natrium gebaseerd materiaal) bevat, evenals een vloeibaar elektrolyt dat gedissocieerde natriumzouten in polaire protische of aprotische oplosmiddelen bevat. Tijdens het laden wordt Na+ aan de kathode onttrokken en in de anode geplaatst terwijl de elektronen door het externe circuit bewegen; tijdens het ontladen vindt het omgekeerde proces plaats waarbij de Na+ aan de anode wordt onttrokken en opnieuw in de kathode wordt geplaatst terwijl de elektronen door het externe circuit bewegen en nuttig werk verrichten. Idealiter moeten de anode- en kathodematerialen bestand zijn tegen herhaalde cycli van natriumopslag zonder degradatie om een lange levensduur te garanderen.
Sonochemische synthese is een betrouwbare en efficiënte techniek om hoogwaardige natriummetaalzouten in bulk te produceren, die gebruikt kunnen worden voor de productie van natrium-ioncondensatoren. De synthese van natriumpoeder gebeurt via ultrasone dispersie van gesmolten natriummetaal in minerale olie. Als u geïnteresseerd bent in het ultrasoon synthetiseren van natriummetaalzouten, vraag ons dan om meer informatie door ofwel het contactformulier in te vullen, ofwel ons een e-mail te sturen (naar info@hielscher.com). ons bellen!
Metaal-organische kaderstructuren
Metaal-organische structuren (MOF's) zijn een klasse van verbindingen die bestaan uit metaalionen of clusters die gecoördineerd zijn met organische liganden, die één-, twee- of driedimensionale structuren kunnen vormen. Ze zijn een subklasse van coördinatiepolymeren. Coördinatiepolymeren worden gevormd door metalen, die verbonden zijn door liganden (zogenaamde linkermoleculen) zodat repeterende coördinatiemotieven worden gevormd. Hun belangrijkste kenmerken zijn onder andere kristalliniteit en het feit dat ze vaak poreus zijn.
Lees meer over de ultrasone synthese van metaal-organische skeletstructuren (MOF)!