Ultradźwiękowa Wet-Precypitacja Niebieskiego Nanokuba Pruskiego

Heksacyjanożelazny błękit pruski lub heksacyjanożelazny jest nanostrukturalnym metalicznym szkieletem organicznym (MOF), który jest stosowany w produkcji baterii sodowo-jonowych, biomedycynie, atramentów i elektronice. Ultradźwiękowa synteza mokro-chemiczna jest skuteczną, niezawodną i szybką drogą do produkcji nanorurek błękitu pruskiego i analogów błękitu pruskiego, takich jak heksacyjanożelazian miedzi i heksacyjanożelazian niklu. Ultradźwiękowo wytrącane nanocząsteczki błękitu pruskiego charakteryzują się wąskim rozkładem wielkości cząstek, monodyspersyjnością i wysoką funkcjonalnością.

Niebieski Pruski i Hexacyanoferrate Analogi

Heksacyjanożelazny błękit pruski lub heksacyjanożelazny są szeroko stosowane jako funkcjonalny materiał do projektowania zastosowań elektrochemicznych oraz do produkcji czujników chemicznych, wyświetlaczy elektrochromowych, farb i powłok, baterii (baterie sodowo-jonowe), kondensatorów i superkondensatorów, materiałów do magazynowania kationów, takich jak H+ lub Cs+, katalizatorów, terenostyków i innych. Ze względu na dobrą aktywność redoks i wysoką stabilność elektrochemiczną, błękit pruski jest strukturą metaloorganiczną (MOF), która jest szeroko stosowana do modyfikacji elektrod.
Oprócz różnych innych zastosowań, niebieski pruski i jego analogi, heksacyjanożelazian miedzi i heksacyjanożelazian niklu są używane jako barwne tusze odpowiednio niebieskiego, czerwonego i żółtego koloru.
Ogromną zaletą nanocząsteczek pruskiego błękitu jest ich bezpieczeństwo. Nanocząsteczki błękitu pruskiego są w pełni biodegradowalne, biokompatybilne i zatwierdzone przez FDA do zastosowań medycznych.

Sonochemiczna synteza niebieskich nanokubków pruskich

Synteza nanocząsteczek błękitu pruskiego / heksacyjanoferytu pruskiego jest reakcją niejednorodnego wytrącania się mokrych chemikaliów. W celu uzyskania nanocząstek o wąskim rozkładzie wielkości cząstek i monodyspersyjności, wymagana jest niezawodna droga opadu. Precydystynacja ultradźwiękowa jest dobrze znana z niezawodnej, skutecznej i prostej syntezy wysokiej jakości nanocząstek i pigmentów, takich jak magnetyt, molibdenian cynku, fosfomolibdenian cynku, różne nanocząstki rdzenia i powłoki itp.

Drogi syntezy mokrej chemicznej dla nanocząsteczek błękitu pruskiego

Sonochemiczny szlak syntezy nanocząsteczek błękitu pruskiego jest wydajny, delikatny, szybki i przyjazny dla środowiska. Ultradźwiękowe opady atmosferyczne dają w wysokiej jakości nanokubeczkach błękitu pruskiego, które charakteryzują się jednolitą małą wielkością (ok. 5nm), wąskim rozkładem wielkości i monodyspersyjnością.
Nanocząsteczki błękitu pruskiego mogą być syntezowane różnymi drogami opadowymi ze stabilizatorami polimerowymi lub bez nich.
Unikając stosowania polimeru stabilizującego, nanorurki błękitu pruskiego mogą być wytrącane po prostu przez ultradźwiękowe mieszanie FeCl₃ i K₃[Fe(CN)₆[ ] w obecności H₂O₂.
Zastosowanie sonochemii w tego typu syntezie pozwoliło na uzyskanie mniejszych nanocząstek (tj. o wielkości 5 nm zamiast wielkości ≈50 nm uzyskanych bez sonizacji). (Dacarro i in. 2018)

Studia przypadków Ultradźwiękowej Syntezy Błękitów Pruskich

Generalnie, błękit pruski Nanocząsteczki są syntezowane metodą ultradźwiękową.
W tej technice, 0,05 M roztwór K₄[Fe(CN)₆] dodaje się do 100 ml roztworu kwasu solnego o stężeniu (0,1 mol/l). Otrzymany roztwór K₄[Fe(CN)₆] roztwór wodny jest utrzymywany w temperaturze 40ºC przez 5 godzin podczas sonicznego podgrzewania roztworu, a następnie pozostawiony do ochłodzenia w temperaturze pokojowej. Otrzymany niebieski produkt jest filtrowany i wielokrotnie płukany wodą destylowaną i absolutnym alkoholem etylowym, a następnie suszony w piecu próżniowym w temperaturze 25ºC przez 12 godzin.

Analogowy heksacyjanożelazian miedzi (CuHCF) został zsyntetyzowany następną drogą:
Nanocząstki CuHCF zostały zsyntetyzowane zgodnie z poniższym równaniem:
Cu(NO₃)₃ + K₄[Fe(CN)₆[ ] -> Cu₄[Fe(CN)₆] + KN0₃

Nanocząstki CuHCF są syntezowane metodą opracowaną przez Bioni i in., 2007 [1]. Mieszanina 10 mL z 20 mmol L^-1 K₃[Fe(CN)₆] + 0,1 mol L^-1 Roztwór KCl o zawartości 10 mL 20 mmol L^-1 CuCl₂ + 0,1 mol L^-1 KCl, w kolbie sonacyjnej. Następnie mieszanina jest napromieniowywana ultradźwiękami o wysokiej intensywności przez 60 min, przy użyciu tytanowego rogu bezpośrednio zanurzeniowego (20 kHz, 10Wcm).^-1), który został zanurzony do głębokości 1 cm w roztworze. Podczas mieszania obserwuje się pojawienie się jasnobrązowego osadu. Dyspersja ta jest dializowana przez 3 dni w celu uzyskania bardzo stabilnej, jasnobrązowej dyspersji.
(por. Jassal i in. 2015)

Wu i wsp. (2006) zsyntetyzowali nanocząstki błękitu pruskiego drogą sonochemiczną z K₄[Fe(CN)₆], w którym Fe2+ został wytworzony w wyniku rozkładu [FeII(CN)6]4- przez napromieniowanie ultradźwiękowe w kwasie solnym; Fe²⁺ został utleniony do Fe³⁺ do reakcji z pozostałymi [FeII(CN)₆[4 jony] Grupa badawcza stwierdziła, że równomierny rozkład wielkości zsyntetyzowanych nanokubeczek błękitu pruskiego jest spowodowany efektami ultradźwiękowymi. Obraz FE-SEM po lewej stronie przedstawia sonochemicznie zsyntetyzowane nanokubeczki heksacyjanożelazianu żelaza z grupy badawczej Wu.

Synteza na dużą skalę: przygotowanie nanocząstek PB na dużą skalę, PVP (250 g) i K₃[Fe(CN)₆] (19,8 g) dodano do 2 000 ml roztworu HCl (1 M). Roztwór był sonikowany do uzyskania klarowności, a następnie umieszczany w piecu w temperaturze 80°C w celu uzyskania reakcji starzenia przez 20-24 godziny. Następnie mieszanina była odwirowywana z prędkością 20 000 obr/min przez 2 godziny w celu zebrania nanocząsteczek PB. (Uwaga dotycząca bezpieczeństwa: Aby usunąć powstały HCN, reakcję należy przeprowadzić w dygestorium).

Sondy ultradźwiękowe i reaktory sonochemiczne do syntezy błękitu pruskiego

Firma Hielscher Ultrasonics jest producentem z wieloletnim doświadczeniem w produkcji wysokowydajnych urządzeń ultradźwiękowych, które są stosowane na całym świecie w laboratoriach i produkcji przemysłowej. Synteza sonochemiczna i wytrącanie nanocząstek i pigmentów jest wymagającą aplikacją, która wymaga zastosowania sond ultradźwiękowych o dużej mocy, generujących stałe amplitudy. Wszystkie urządzenia ultradźwiękowe firmy Hielscher są projektowane i produkowane z myślą o pracy w trybie 24/7 przy pełnym obciążeniu. Procesory ultradźwiękowe są dostępne w wersjach od kompaktowych laboratoryjnych ultrasonografów o mocy 50 W do ultrasonografów o mocy 16.000 W pracujących w linii produkcyjnej. Szeroka gama rogów wzmacniających, sonotrod i komórek przepływowych pozwala na indywidualną konfigurację systemu sonochemicznego w zależności od prekursorów, ścieżki i produktu końcowego.
Firma Hielscher Ultrasonics produkuje wysokowydajne sondy ultradźwiękowe, które mogą być specjalnie ustawiane tak, aby zapewnić pełne spektrum od bardzo łagodnych do bardzo wysokich amplitud. Jeśli Państwa aplikacja sonochemiczna wymaga nietypowych specyfikacji (np. bardzo wysokich temperatur), dostępne są sondy ultradźwiękowe dostosowane do Państwa potrzeb. Wytrzymałość urządzeń ultradźwiękowych firmy Hielscher pozwala na pracę w trybie 24/7 w ciężkich warunkach i w wymagających środowiskach.

Synteza wsadowa i liniowa sonochemiczna

Sondy ultradźwiękowe firmy Hielscher mogą być używane do sondyzacji wsadowej i ciągłej w linii produkcyjnej. W zależności od objętości reakcji i szybkości reakcji polecimy Państwu najbardziej odpowiednią konfigurację ultradźwiękową.

Sondy ultradźwiękowe i reaktory soniczne dla każdej objętości

Asortyment produktów firmy Hielscher Ultrasonics obejmuje pełne spektrum procesorów ultradźwiękowych, od kompaktowych laboratoryjnych ultrasonografów, poprzez systemy stacjonarne i pilotażowe, aż po w pełni przemysłowe procesory ultradźwiękowe o wydajności umożliwiającej przetwarzanie ciężarówek na godzinę. Pełna gama produktów pozwala nam zaoferować Państwu najbardziej odpowiednie urządzenia ultradźwiękowe dla Państwa płynów, wydajności procesu i celów produkcyjnych.

Precyzyjnie regulowane amplitudy dla uzyskania optymalnych wyników

Wszystkie procesory ultradźwiękowe Hielscher są precyzyjnie sterowane, a tym samym niezawodne konie robocze. Amplituda jest jednym z kluczowych parametrów procesu, który wpływa na efektywność i skuteczność reakcji wywołanych sonochemicznie i sonomechanicznie. Wszystkie ultradźwięki Hielscher Ultrasonics’ Procesory pozwalają na precyzyjne ustawienie amplitudy. Sonotrody i klaksony wzmacniające są akcesoriami pozwalającymi na modyfikację amplitudy w jeszcze szerszym zakresie. Przemysłowe procesory ultradźwiękowe firmy Hielscher mogą dostarczać bardzo duże amplitudy i zapewnić wymaganą intensywność ultradźwiękową dla wymagających zastosowań. Amplitudy do 200µm można z łatwością pracować w trybie ciągłym w trybie 24/7.
Precyzyjne ustawienia amplitudy i stałe monitorowanie parametrów procesu ultradźwiękowego za pomocą inteligentnego oprogramowania dają możliwość syntezy nanorurek pruskiego błękitu i analogów heksacyjanożelazianu w najbardziej efektywnych warunkach ultradźwiękowych. Optymalna sonizacja dla najbardziej efektywnej syntezy nanocząsteczek!
Wytrzymałość sprzętu ultradźwiękowego firmy Hielscher pozwala na pracę w trybie 24/7 w trudnych warunkach pracy i w wymagającym otoczeniu. Dzięki temu urządzenia ultradźwiękowe firmy Hielscher są niezawodnym narzędziem pracy, które spełnia wymagania procesów sonochemicznych.

Najwyższa jakość – Zaprojektowane i wyprodukowane w Niemczech

Jako firma rodzinna i prowadzona przez rodzinę, Hielscher stawia na najwyższą jakość swoich procesorów ultradźwiękowych. Wszystkie ultradźwięki są projektowane, produkowane i dokładnie testowane w naszej siedzibie w Teltow koło Berlina w Niemczech. Solidność i niezawodność urządzeń ultradźwiękowych firmy Hielscher czyni z nich konia roboczego w Państwa produkcji. Praca 24/7 przy pełnym obciążeniu i w wymagających środowiskach jest naturalną cechą charakterystyczną wysokowydajnych sond ultradźwiękowych i reaktorów firmy Hielscher.

Poniższa tabela daje wskazanie przybliżonej mocy przerobowych naszych ultrasonicators: