Ultrasonic Wet-Precipitação de nanocubos de azul da Prússia

O azul da Prússia ou hexacianoferrato de ferro é um quadro orgânico metálico nano-estruturado (MOF), que é utilizado no fabrico de baterias de iões de sódio, biomedicina, tintas e eletrónica. A síntese química húmida ultra-sónica é uma via eficiente, fiável e rápida para produzir nanocubos azuis da Prússia e análogos azuis da Prússia, tais como hexacianoferrato de cobre e hexacianoferrato de níquel. As nanopartículas de azul da Prússia precipitadas por ultra-sons são caracterizadas por uma distribuição estreita do tamanho das partículas, monodispersidade e elevada funcionalidade.

Azul da Prússia e análogos do hexacianoferrato

O azul da Prússia ou hexacianoferratos de ferro são amplamente utilizados como material funcional para conceber aplicações electroquímicas e para fabricar sensores químicos, ecrãs electrocrómicos, tintas e revestimentos, baterias (baterias de iões de sódio), condensadores e supercapacitores, materiais de armazenamento de catiões, como o H+ ou o Cs+, catalisadores, teranósticos e outros. Devido à sua boa atividade redox e elevada estabilidade eletroquímica, o azul da Prússia é uma estrutura metal-orgânica (MOF) que é amplamente utilizada para a modificação de eléctrodos.
Para além de várias outras aplicações, o azul da Prússia e os seus análogos hexacianoferrato de cobre e hexacianoferrato de níquel são utilizados como tintas de cor azul, vermelha e amarela, respetivamente.
Uma grande vantagem das nanopartículas de azul da Prússia é a sua segurança. As nanopartículas de azul da Prússia são totalmente biodegradáveis, biocompatíveis e aprovadas pela FDA para aplicações médicas.

Síntese sonoquímica de nanocubos de azul da Prússia

A síntese de nanopartículas de azul da Prússia / hexacianoferrite é uma reação de precipitação química heterogénea por via húmida. A fim de obter nanopartículas com uma distribuição de tamanho de partícula estreita e monodispersidade, é necessária uma rota de precipitação fiável. A precicipitação ultra-sónica é bem conhecida pela síntese fiável, eficiente e simples de nanopartículas e pigmentos de alta qualidade, tais como magnetite, molibdato de zinco, fosfomolibdato de zinco, várias nanopartículas de núcleo-casca, etc.

Rotas de síntese química por via húmida para nanopartículas de azul da Prússia

A via sonoquímica da síntese de nanopartículas de azul da Prússia é eficiente, fácil, rápida e amiga do ambiente. Os rendimentos de precipitação ultra-sónica em nanocubos de azul da Prússia de alta qualidade, que são caracterizados por tamanho pequeno uniforme (aprox. 5nm), distribuição de tamanho estreito e monodispersidade.
As nanopartículas de azul da Prússia podem ser sintetizadas através de várias vias de precipitação com ou sem estabilizadores poliméricos.
Evitando a utilização de um polímero estabilizador, os nanocubos de azul da Prússia podem ser precipitados simplesmente misturando ultrassonicamente FeCl₃ e K₃[Fe(CN)₆] na presença de H₂O₂.
O uso de sonoquímica neste tipo de síntese ajudou a obter nanopartículas menores (ou seja, 5 nm de tamanho em vez de um tamanho de ≈50 nm obtido sem sonicação). (Dacarro et al. 2018)

Estudos de casos de síntese de azul da Prússia por ultra-sons

Geralmente, as nanopartículas de azul da Prússia são sintetizadas empregando o método de ultra-sons.
Nesta técnica, uma solução 0,05 M de K₄[Fe(CN)₆é adicionado a 100 ml de solução de ácido clorídrico (0,1 mol/L). A solução resultante de K₄[Fe(CN)₆A solução aquosa é mantida a 40ºC durante 5 h, enquanto se procede à sonicação da solução, sendo depois deixada arrefecer à temperatura ambiente. O produto azul obtido é filtrado e lavado repetidamente com água destilada e etanol absoluto e finalmente seco numa estufa de vácuo a 25ºC durante 12 h.

O análogo da hexacianoferrite, a hexacianoferrite de cobre (CuHCF), foi sintetizado através da seguinte via:
As nanopartículas de CuHCF foram sintetizadas de acordo com a seguinte equação:
Cu(NO₃)₃ + K₄[Fe(CN)₆] —> Cu₄[Fe(CN)₆] + KN0₃

As nanopartículas de CuHCF são sintetizadas pelo método desenvolvido por Bioni et al., 2007 [1]. A mistura de 10 mL de 20 mmol L^-1 K₃[Fe(CN)₆] + 0,1 mol L^-1 solução de KCl com 10 mL de 20 mmol L^-1 CuCl₂ + 0,1 mol L^-1 KCl, num balão de sonicação. A mistura é então irradiada com radiação de ultra-sons de alta intensidade durante 60 minutos, utilizando uma corneta de titânio de imersão direta (20 kHz, 10Wcm^-1) que foi mergulhado até uma profundidade de 1 cm na solução. Durante a mistura, observa-se o aparecimento de um depósito castanho-claro. Esta dispersão é dialisada durante 3 dias de modo a obter uma dispersão muito estável de cor castanha clara.
(cf. Jassal et al. 2015)

Wu et al. (2006) sintetizaram nanopartículas de azul da Prússia por via sonoquímica a partir de K₄[Fe(CN)₆], em que o Fe2+ foi produzido pela decomposição do [FeII(CN)6]4- por irradiação ultra-sónica em ácido clorídrico; o Fe²⁺ foi oxidado a Fe³⁺ para reagir com o [FeII(CN)₆]4- iões. O grupo de pesquisa concluiu que a distribuição de tamanho uniforme de nanocubos azul da Prússia sintetizados é causada pelos efeitos ultrassom. A imagem FE-SEM à esquerda mostra sonochemically sintetizado ferro hexacyanoferrate nanocubos pelo grupo de pesquisa de Wu.

Síntese em grande escala: para preparar nanopartículas de PB em grande escala, PVP (250 g) e K₃[Fe(CN)₆] (19,8 g) foram adicionados a 2.000 mL de solução de HCl (1 M). A solução foi sonicada até ficar límpida e depois colocada numa estufa a 80°C para obter uma reação de envelhecimento durante 20-24 horas. A mistura foi então centrifugada a 20.000 rpm durante 2 horas para a recolha de nanopartículas de PB. (Nota de segurança: Para expelir qualquer HCN criado, a reação deve ser realizada numa hotte).

Sondas ultra-sónicas e reactores sonoquímicos para a síntese de azul da Prússia

A Hielscher Ultrasonics é um fabricante experiente de equipamento ultrassónico de alto desempenho, utilizado em todo o mundo em laboratórios e na produção industrial. A síntese sonoquímica e a precipitação de nanopartículas e pigmentos é uma aplicação exigente que requer sondas ultra-sónicas de alta potência que geram amplitudes constantes. Todos os dispositivos ultra-sónicos da Hielscher são concebidos e fabricados para funcionarem 24 horas por dia, 7 dias por semana, em plena carga. Os processadores ultra-sónicos estão disponíveis desde os compactos ultrasonicadores de laboratório de 50 watts até aos potentes sistemas ultra-sónicos em linha de 16.000 watts. Uma grande variedade de buzinas de reforço, sonotrodos e células de fluxo permitem a configuração individual de um sistema sonoquímico em correspondência com os precursores, a via e o produto final.
A Hielscher Ultrasonics fabrica sondas ultra-sónicas de alto desempenho que podem ser especificamente ajustadas para fornecer todo o espetro de amplitudes muito suaves a muito elevadas. Se a sua aplicação sonoquímica exigir especificações invulgares (por exemplo, temperaturas muito elevadas), estão disponíveis sonotrodos ultra-sónicos personalizados. A robustez do equipamento ultrassónico da Hielscher permite o funcionamento 24 horas por dia, 7 dias por semana, em ambientes exigentes.

Síntese sonoquímica em linha e em lote

As sondas ultra-sónicas Hielscher podem ser utilizadas para a sonicação em linha contínua e em lote. Dependendo do volume da reação e da velocidade da reação, recomendamos-lhe a configuração ultra-sónica mais adequada.

Sondas ultra-sónicas e sono-reactores para qualquer volume

A gama de produtos da Hielscher Ultrasonics abrange todo o espetro de processadores de ultra-sons, desde ultra-sons compactos de laboratório, passando por sistemas de bancada e sistemas-piloto, até processadores de ultra-sons totalmente industriais com capacidade para processar cargas de camiões por hora. A gama completa de produtos permite-nos oferecer-lhe o equipamento de ultra-sons mais adequado para o seu líquido, capacidade de processo e objectivos de produção.

Amplitudes controláveis com precisão para resultados óptimos

Todos os processadores ultra-sónicos Hielscher são controláveis com precisão e, portanto, cavalos de trabalho fiáveis. A amplitude é um dos parâmetros cruciais do processo que influenciam a eficiência e a eficácia das reações induzidas sonochemically e sonomechanically. Todos os ultra-sons Hielscher’ Os processadores de ultra-sons permitem a regulação exacta da amplitude. Os sonotrodos e as buzinas de reforço são acessórios que permitem modificar a amplitude numa gama ainda mais ampla. Os processadores ultra-sónicos industriais da Hielscher podem fornecer amplitudes muito elevadas e fornecer a intensidade ultra-sónica necessária para aplicações exigentes. Amplitudes até 200 µm podem ser facilmente executadas de forma contínua em funcionamento 24/7.
Ajustes precisos de amplitude e o monitoramento permanente dos parâmetros do processo ultra-sônico via software inteligente dão-lhe a possibilidade de sintetizar seus nanocubos de azul da Prússia e análogos de hexacianoferrato sob as condições ultra-sônicas mais eficazes. Sonicação ideal para a síntese de nanopartículas mais eficiente!
A robustez do equipamento ultrassónico da Hielscher permite a operação 24/7 em serviço pesado e em ambientes exigentes. Isto faz com que o equipamento ultrassónico da Hielscher seja uma ferramenta de trabalho fiável que satisfaz os requisitos do seu processo sonoquímico.

Qualidade mais elevada – Concebido e fabricado na Alemanha

Sendo uma empresa familiar, a Hielscher dá prioridade aos mais elevados padrões de qualidade para os seus processadores ultra-sónicos. Todos os ultrassons são concebidos, fabricados e exaustivamente testados na nossa sede em Teltow, perto de Berlim, na Alemanha. A robustez e a fiabilidade do equipamento ultrassónico da Hielscher fazem dele um cavalo de batalha na sua produção. O funcionamento 24 horas por dia, 7 dias por semana, sob carga total e em ambientes exigentes é uma caraterística natural das sondas e reactores ultra-sónicos de alto desempenho da Hielscher.

O quadro seguinte dá-lhe uma indicação da capacidade de processamento aproximada dos nossos ultra-sons: