Ультразвуковое влажное осаждение нанокубов берлинской лазури

Берлинский лазурь или гексацианоферрат железа представляет собой наноструктурированный металлический органический каркас (MOF), который используется в производстве натрий-ионных аккумуляторов, биомедицине, чернилах и электронике. Ультразвуковой влажный химический синтез является эффективным, надежным и быстрым способом получения нанокубов прусской лазури и аналогов прусской синевой, таких как гексацианоферрат меди и гексацианоферрат никеля. Наночастицы прусского синевы, осажденные ультразвуком, характеризуются узким распределением частиц по размерам, монодисперсностью и высокой функциональностью.

Аналоги прусской лазури и гексацианоферрата

Гексацианоферраты берлинской лазури или железа широко используются в качестве функционального материала для проектирования электрохимических приложений и производства химических сенсоров, электрохромных дисплеев, чернил и покрытий, аккумуляторов (натрий-ионных аккумуляторов), конденсаторов и суперконденсаторов, материалов для хранения катионов, таких как H+ или Cs+, катализаторов, тераностики и других. Благодаря своей хорошей окислительно-восстановительной активности и высокой электрохимической стабильности, берлинская лазурь представляет собой металл-органическую каркасную структуру (MOF), которая широко используется для модификации электродов.
Помимо различных других применений, Prussian Blue и его аналоги гексацианоферрат меди и гексацианоферрат никеля используются в качестве цветных красок синего, красного и желтого цвета соответственно.
Огромным преимуществом наночастиц Prussian Blue является их безопасность. Наночастицы берлинской лазури полностью биоразлагаемы, биосовместимы и одобрены FDA для применения в медицине.

Сонохимический синтез нанокубов берлинской лазури

Синтез наночастиц прусского голубого? гексацианоферрита представляет собой реакцию гетерогенного влажно-химического осаждения. Для получения наночастиц с узким распределением частиц по размерам и монодисперсностью требуется надежный маршрут осаждения. Ультразвуковая преципитация хорошо известна благодаря надежному, эффективному и простому синтезу высококачественных наночастиц и пигментов, таких как магнетит, молибдат цинка, фосфомолибдат цинка, различные наночастицы ядра и оболочки и т. д.

Пути мокрого химического синтеза наночастиц берлинской лазури

Сонохимический метод синтеза наночастиц Prussian Blue является эффективным, простым, быстрым и экологически чистым. Ультразвуковое осаждение дает высококачественные нанокубики Prussian Blue, которые характеризуются равномерным малым размером (около 5 нм), узким распределением по размерам и монодисперсностью.
Наночастицы берлинской лазури могут быть синтезированы различными способами осаждения с полимерными стабилизаторами или без них.
Избегая использования стабилизирующего полимера, нанокубики Prussian Blue можно осаждать просто путем ультразвукового смешивания FeCl₃ и К₃[Fe(CN)₆] в присутствии H₂O₂.
Использование сонохимии в этом виде синтеза помогло получить наночастицы меньшего размера (т. е. размером 5 нм вместо размера ≈50 нм, полученных без ультразвуковой обработки). (Дакарро и др. 2018)

Тематические исследования ультразвукового синтеза прусского синего

Как правило, наночастицы прусского синего синтезируются с использованием метода ультразвуковой обработки.
В данной методике 0,05 М раствора К₄[Fe(CN)₆] добавляют к 100 мл раствора соляной кислоты (0,1 моль/л). Полученный К₄[Fe(CN)₆] водный раствор выдерживают при температуре 40°С в течение 5 ч во время ультразвуковой обработки раствора, а затем дают остыть при комнатной температуре. Полученный синий продукт фильтруют и многократно промывают дистиллированной водой и абсолютным этанолом и, наконец, сушат в вакуумной печи при температуре 25ºC в течение 12 часов.

Гексацианоферрит, аналог гексацианоферрита меди (CuHCF) был синтезирован следующим способом:
Наночастицы CuHCF были синтезированы по следующему уравнению:
Cu(NO₃)₃ + К₄[Fe(CN)₆] –> Cu₄[Fe(CN)₆] + КН0₃

Наночастицы CuHCF синтезированы по методу, разработанному Bioni et al., 2007 [1]. Смесь из 10 мл 20 ммоль л^-1 K₃[Fe(CN)₆] + 0,1 моль л^-1 Раствор KCl с 10 мл 20 ммоль л^-1 CuCl₂ + 0,1 моль л^-1 KCl, в колбе с ультразвуком. Затем смесь облучают ультразвуковым излучением высокой интенсивности в течение 60 мин с использованием титанового рупора прямого погружения (20 кГц, 10 Вт·м^-1), который опускали в раствор на глубину 1 см. Во время смешивания наблюдается появление светло-коричневого налета. Эта дисперсия диализируется в течение 3 дней для получения очень стабильной дисперсии светло-коричневого цвета.
(ср. Jassal et al. 2015)

Wu et al. (2006) синтезировали наночастицы берлинской лазури сонохимическим путем из калия₄[Fe(CN)₆], в котором Fe2+ был получен путем разложения [FeII(CN)6]4− под действием ультразвукового облучения в соляной кислоте; Fe²⁺ окислился до Fe³⁺ реагировать с оставшимся [FeII(CN)₆]4− ионы. Исследовательская группа пришла к выводу, что равномерное распределение по размерам синтезированных нанокубов берлинской лазури обусловлено эффектами ультразвука. На изображении FE-SEM слева показаны сонохимически синтезированные нанокубики гексацианоферрата железа исследовательской группой Ву.

Крупномасштабный синтез: получение наночастиц PB в больших количествах, PVP (250 г) и K₃[Fe(CN)₆] (19,8 г) добавляли в 2 000 мл раствора HCl (1 М). Раствор обрабатывали ультразвуком до прозрачности, а затем помещали в печь при температуре 80°C для достижения реакции старения на 20–24 часа. Затем смесь центрифугировали при 20 000 об/мин в течение 2 часов для сбора наночастиц PB. (Примечание по технике безопасности: чтобы удалить любой образовавшийся HCN, реакцию следует проводить в вытяжном шкафу).

Ультразвуковые зонды и сонохимические реакторы для синтеза берлинской лазури

Hielscher Ultrasonics – это многолетний опыт производителя высокопроизводительного ультразвукового оборудования, которое используется во всем мире в лабораториях и промышленном производстве. Сонохимический синтез и осаждение наночастиц и пигментов является сложной задачей, требующей мощных ультразвуковых зондов, генерирующих постоянные амплитуды. Все ультразвуковые аппараты Hielscher спроектированы и изготовлены для работы в режиме 24/7 при полной нагрузке. Ультразвуковые процессоры доступны от компактных лабораторных ультразвуковиков мощностью 50 Вт до мощных встраиваемых ультразвуковых систем мощностью 16 000 Вт. Широкий выбор бустерных рупоров, сонотродов и проточных ячеек позволяет индивидуально настроить сонохимическую систему в соответствии с предшественниками, путями и конечным продуктом.
Hielscher Ultrasonics производит высокопроизводительные ультразвуковые преобразователи, которые могут быть специально настроены для работы с полным спектром очень слабых и очень высоких амплитуд. Если для вашего применения в сонохимии требуются необычные характеристики (например, очень высокие температуры), вы можете использовать ультразвуковые сонотроды по индивидуальному заказу. Надежность ультразвукового оборудования Hielscher позволяет работать в режиме 24/7 в тяжелых условиях эксплуатации и в сложных условиях.

Сонохимический периодический и поточный синтез

Ультразвуковые преобразователи Hielscher могут использоваться для периодической и непрерывной поточной ультразвуковой обработки. В зависимости от объема и скорости реакции мы порекомендуем вам наиболее подходящую ультразвуковую установку.

Ультразвуковые зонды и сонореакторы для любого объема

Ассортимент продукции Hielscher Ultrasonics охватывает весь спектр ультразвуковых процессоров от компактных лабораторных ультразвуковых аппаратов до настольных и пилотных систем до полностью промышленных ультразвуковых процессоров с производительностью обработки грузовых автомобилей в час. Полный ассортимент продукции позволяет нам предложить вам наиболее подходящее ультразвуковое оборудование для вашей жидкости, технологической мощности и производственных целей.

Точно контролируемые амплитуды для достижения оптимальных результатов

Все ультразвуковые процессоры Hielscher являются точно управляемыми и, следовательно, надежными рабочими лошадками. Амплитуда является одним из важнейших параметров процесса, влияющих на эффективность и результативность сонохимических и сономеханически индуцированных реакций. Все ультразвуковые аппараты Hielscher’ Процессоры позволяют точно настраивать амплитуду. Сонотроды и бустерные рупоры – это аксессуары, которые позволяют изменять амплитуду в еще более широком диапазоне. Промышленные ультразвуковые процессоры Hielscher могут обеспечивать очень высокую амплитуду и необходимую интенсивность ультразвука для требовательных приложений. Амплитуды до 200 мкм могут легко работать непрерывно в режиме 24/7.
Точные настройки амплитуды и постоянный мониторинг параметров ультразвукового процесса с помощью интеллектуального программного обеспечения дают вам возможность синтезировать нанокубики Prussian Blue и аналоги гексацианоферрата в наиболее эффективных ультразвуковых условиях. Оптимальная ультразвук для максимально эффективного синтеза наночастиц!
Надежность ультразвукового оборудования Hielscher позволяет работать в режиме 24/7 в тяжелых условиях эксплуатации и в сложных условиях. Это делает ультразвуковое оборудование Hielscher надежным рабочим инструментом, отвечающим вашим требованиям к сонохимическим процессам.

Высочайшее качество – Разработано и произведено в Германии

Будучи семейным предприятием, Hielscher отдает приоритет высочайшим стандартам качества своих ультразвуковых процессоров. Все ультразвуковые аппараты спроектированы, изготовлены и тщательно протестированы в нашем головном офисе в Тельтове недалеко от Берлина, Германия. Прочность и надежность ультразвукового оборудования Hielscher делают его рабочей лошадкой на вашем производстве. Работа в режиме 24/7 при полной нагрузке и в сложных условиях является естественной характеристикой высокопроизводительных ультразвуковых зондов и реакторов Hilcher.

В таблице ниже приведена примерная производительность обработки наших ультразвуковых аппаратов: