Precipitimi me ultratinguj në mjedis të lëngët i nanokubeve të blusë prusiane
Bluja prusiane ose heksacianoferrati i hekurit është një strukturë metalo-organike (MOF) e nanostrukturuar, e cila përdoret në prodhimin e baterive me jone natriumi, në biomjekësi, bojëra shkrimi dhe elektronikë. Sinteza kimike me ultratinguj në mjedis të lëngët është një rrugë efikase, e besueshme dhe e shpejtë për të prodhuar nanokube të blusë prusiane dhe analoge të blusë prusiane, si heksacianoferrati i bakrit dhe heksacianoferrati i nikelit. Nanogrimcat e blusë prusiane të precipituara me ultratinguj karakterizohen nga një shpërndarje e ngushtë e madhësisë së grimcave, monodispersitet dhe funksionalitet i lartë.
Bluja prusiane dhe analoget e heksacianoferratit
Bluja prusiane ose heksacianoferratet e hekurit përdoren gjerësisht si material funksional për të zhvilluar aplikime elektrokimike dhe për të prodhuar sensorë kimikë, ekrane elektrokromike, bojëra shkrimi dhe veshje, bateri (bateri me jone natriumi), kondensatorë dhe superkondensatorë, materiale për ruajtjen e kationeve, si H+ ose Cs+, katalizatorë, agjentë teranostikë dhe të tjera. Falë aktivitetit të saj të mirë redoks dhe qëndrueshmërisë së lartë elektrokimike, bluja prusiane është një strukturë metalo-organike (MOF) që përdoret gjerësisht për modifikimin e elektrodave.
Përveç aplikimeve të ndryshme të tjera, bluja prusiane dhe analoget e saj, heksacianoferrati i bakrit dhe heksacianoferrati i nikelit, përdoren si bojëra shkrimi përkatësisht me ngjyrë blu, të kuqe dhe të verdhë.
Një avantazh shumë i madh i nanogrimcave të blusë prusiane është siguria e tyre. Nanogrimcat e blusë prusiane janë plotësisht të biodegradueshme, biokompatibile dhe të miratuara nga FDA për aplikime mjekësore.
Pajisja me ultratinguj UIP2000hdT është një pajisje sonokimike e fuqishme për sintezën dhe precipitimin e nanogrimcave
Sinteza sonokimike e nanokubeve të blusë prusiane
Sinteza e nanogrimcave të blusë prusiane / heksacianoferritit është një reaksion precipitimi kimik heterogjen në mjedis të lëngët. Për të përftuar nanogrimca me një shpërndarje të ngushtë të madhësisë së grimcave dhe monodispersitet, nevojitet një rrugë e besueshme precipitimi. Precipitimi me ultratinguj është i mirënjohur për sintezën e besueshme, efikase dhe të thjeshtë të nanogrimcave dhe pigmenteve me cilësi të lartë, si magnetiti, molibdati i zinkut, fosfomolibdati i zinkut, nanogrimca të ndryshme me bërthamë dhe mbështjellës etj.
Rrugët e sintezës kimike në mjedis të lëngët për nanogrimcat e blusë prusiane
Rruga sonokimike e sintezës së nanogrimcave të blusë prusiane është efikase, e thjeshtë, e shpejtë dhe miqësore me mjedisin. Precipitimi me ultratinguj jep nanokube të blusë prusiane me cilësi të lartë, të cilat karakterizohen nga madhësi e vogël uniforme (afërsisht 5nm), shpërndarje e ngushtë e madhësisë dhe monodispersitet.
Nanogrimcat e blusë prusiane mund të sintetizohen nëpërmjet rrugëve të ndryshme të precipitimit, me ose pa stabilizues polimerikë.
Duke shmangur përdorimin e një polimeri stabilizues, nanokubet e blusë prusiane mund të precipitohen thjesht duke përzier me ultratinguj FeCl3 dhe K3[Fe(CN)6] në prani të H2O2.
Përdorimi i sonokimisë në këtë lloj sinteze ndihmoi në përftimin e nanogrimcave më të vogla (d.m.th., me madhësi 5 nm në vend të madhësisë ≈50 nm të përftuar pa trajtim me ultratinguj). (Dacarro et al. 2018)
Studime rastesh të sintezës së blusë prusiane me ultratinguj
Në përgjithësi, nanogrimcat e blusë prusiane sintetizohen duke përdorur metodën e trajtimit me ultratinguj.
Në këtë teknikë, një tretësirë 0,05 M e K4[Fe(CN)6] shtohet në 100 ml tretësirë të acidit klorhidrik me përqendrim (0,1 mol/L). Tretësira ujore e përftuar e K4[Fe(CN)6] mbahet në 40ºC për 5 h duke e trajtuar njëkohësisht me ultratinguj dhe më pas lihet të ftohet në temperaturën e dhomës. Produkti blu i përftuar filtrohet dhe lahet vazhdimisht me ujë të distiluar dhe etanol absolut dhe në fund thahet në një furrë me vakum në 25ºC për 12 h.
Analogu i heksacianoferritit, heksacianoferriti i bakrit (CuHCF), u sintetizua nëpërmjet rrugës së mëposhtme:
Nanogrimcat CuHCF u sintetizuan sipas ekuacionit të mëposhtëm:
Cu(NO3)3 + K4[Fe(CN)6] –> Cu4[Fe(CN)6] + KN03
Nanogrimcat CuHCF sintetizohen me metodën e zhvilluar nga Bioni et al., 2007. Përzierja e 10 mL tretësire me 20 mmol L-1 K3[Fe(CN)6] + 0,1 mol L-1 KCl me 10 mL tretësire me 20 mmol L-1 CuCl2 + 0,1 mol L-1 KCl, në një balonë sonikimi. Përzierja më pas i nënshtrohet rrezatimit ultrasonik me intensitet të lartë për 60 min, duke përdorur një sonotrod prej titani me zhytje të drejtpërdrejtë (20 kHz, 10Wcm-1) që u zhyt në tretësirë deri në një thellësi prej 1 cm. Gjatë përzierjes vërehet shfaqja e një precipitati me ngjyrë kafe të çelët. Ky dispersion i nënshtrohet dializës për 3 ditë për të përftuar një dispersion shumë të qëndrueshëm, me ngjyrë kafe të çelët.
(krahaso Jassal et al. 2015)
Mikrografi TEM e nanokubeve të blusë së Prusisë të stabilizuara me citrat
studimi dhe imazhi: Dacarro et al. 2018
Wu et al. (2006) sintetizuan nanogrimca të blusë së Prusisë përmes rrugës sonokimike nga K4[Fe(CN)6], ku Fe2+ u prodhua nga zbërthimi i [FeII(CN)6]4− përmes rrezatimit ultrasonik në acid klorhidrik; Fe2+ u oksidua në Fe3+ për të reaguar me jonet e mbetura [FeII(CN)6]4−. Grupi kërkimor arriti në përfundimin se shpërndarja uniforme e madhësisë së nanokubeve të sintetizuara të blusë së Prusisë shkaktohet nga efektet e trajtimit me ultratinguj. Imazhi FE-SEM në të majtë tregon nanokube të heksacianoferratit të hekurit të sintetizuara në mënyrë sonokimike nga grupi kërkimor i Wu.
Sinteza në shkallë të gjerë: për të përgatitur nanogrimca PB në shkallë të gjerë, PVP (250 g) dhe K3[Fe(CN)6] (19,8 g) u shtuan në 2 000 mL tretësirë HCl (1 M). Tretësira u trajtua me ultratinguj derisa u bë e kthjellët dhe më pas u vendos në një furrë në 80°C për të kryer një reaksion maturimi për 20–24 orë. Përzierja më pas u centrifugua në 20 000 rpm për 2 orë për të mbledhur nanogrimcat PB. (Shënim sigurie: Për të larguar çdo sasi HCN të formuar, reaksioni duhet të kryhet në një aspirator laboratorik).
Sinteza sono-elektrokimike e blusë së Prusisë
Një teknikë tjetër shumë efikase për sintezën e blusë së Prusisë është rruga sono-elektrokimike, e cila kombinon në mënyrë sinergjike depozitimin elektrokimik me ultratinguj me intensitet të lartë. Kjo metodë përmirëson transportin e masës, përshpejton kinetikën e nukleacionit dhe nxit formimin uniform të nanogrimcave përmes mikropërzierjes së shkaktuar nga kavitacioni dhe aktivizimit të sipërfaqes. Kjo e bën sintezën sono-elektrokimike të blusë së Prusisë një rrugë të besueshme për prodhimin industrial të blusë së Prusisë në shkallë nanometrike.
Lexoni më shumë rreth konfigurimit sono-elektrokimik për sintezën e blusë së Prusisë!
Sonda ultrasonike dhe reaktorë sonokimikë për sintezën e blusë së Prusisë
Hielscher Ultrasonics është një prodhues me përvojë shumëvjeçare i sonikatorëve me performancë të lartë, të cilët përdoren në mbarë botën në laboratorë kërkimorë dhe në prodhimin industrial. Sinteza sonokimike dhe precipitimi i nanogrimcave dhe pigmenteve janë një zbatim kërkues që kërkon sonda ultrasonike me fuqi të lartë, të cilat gjenerojnë amplituda konstante. Të gjithë sonikatorët Hielscher projektohen dhe prodhohen për të funksionuar 24/7 nën ngarkesë të plotë. Procesorët ultrasonikë janë të disponueshëm nga sonda ultrasonike kompakte me fuqi 50 vat deri te reaktorë ultrasonikë në linjë me fuqi 16 000 vat. Një shumëllojshmëri e gjerë përforcuesish amplitude, sonotrodash dhe qelizash rrjedhjeje mundëson konfigurimin individual të një sistemi sonokimik në përputhje me prekursorët, rrugën e sintezës dhe produktin përfundimtar.
Sinteza sonokimike – Me lote ose në linjë, e përshtatur për nevojat tuaja
Sondat ultrasonike Hielscher mund të përdoren për sonikim me lote dhe sonikim të vazhdueshëm në linjë. Në varësi të vëllimit dhe shpejtësisë së reaksionit, do t’ju rekomandojmë konfigurimin ultrasonik më të përshtatshëm. Sonikatorët laboratorikë, të tryezës së punës, pilot dhe plotësisht industrialë mundësojnë përpunimin e çdo vëllimi.
Standardet më të larta të cilësisë – Projektuar dhe prodhuar në Gjermani
Si një biznes në pronësi dhe nën drejtimin e një familjeje, Hielscher u jep përparësi standardeve më të larta të cilësisë për procesorët e vet ultrasonikë. Të gjithë ultrasonikatorët projektohen, prodhohen dhe testohen me imtësi në selinë tonë në Teltow pranë Berlinit, Gjermani. Qëndrueshmëria dhe besueshmëria e pajisjeve ultrasonike Hielscher i bëjnë ato një mbështetje të palodhur në prodhimin tuaj. Funksionimi 24/7 me ngarkesë të plotë dhe në mjedise kërkuese është një karakteristikë e natyrshme e sondave dhe reaktorëve ultrasonikë Hielscher me performancë të lartë.
Tabela më poshtë ju jep një ide të kapacitetit të përafërt të përpunimit të ultrasonikatorëve tanë:
| Vëllimi i serisë | Prurja | Pajisjet e rekomanduara |
|---|---|---|
| 1 deri në 500mL | 10 deri në 200mL/min | UP100H |
| 10 deri në 2000mL | 20 deri në 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 deri në 20L | 0,2 deri në 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 deri në 100L | 2 deri në 10L/min | UIP4000hdT |
| nuk zbatohet | 10 deri në 100L/min | UIP16000 |
| nuk zbatohet | më e madhe | grup pajisjesh UIP16000 |
Na kontaktoni! / Na pyesni!
Homogjenizues ultrasonikë me fuqi të lartë, nga laboratori deri në shkallë pilot dhe industriale .
Fakte që ia vlen të dini
Çfarë është Bluja e Prusisë?
Emërtimi kimik i saktë i Blusë së Prusisë është heksacianoferrat hekuri (heksacianoferrat(II,III) hekuri(II,III)), por në gjuhën e përditshme ajo njihet edhe si bluja e Berlinit, ferrocianur hekuri(III), heksacianoferrat hekuri(III), ferrocianur i hekurit(III), heksacianoferrat(II) i hekurit(III) dhe bluja e Parisit.
Bluja e Prusisë përshkruhet si një pigment me ngjyrë blu të thellë që prodhohet kur ndodh oksidimi i kripërave të ferrocianurit të hekurit(II). Ajo përmban heksacianoferrat(II) hekuri(III) në një strukturë kristalore me rrjetë kubike. Është e patretshme në ujë, por gjithashtu priret të formojë një koloid, prandaj mund të ekzistojë në formë koloidale ose të tretshme në ujë, si dhe në formë të patretshme. Për qëllime klinike, ajo administrohet nga goja si antidot për disa lloje helmimesh nga metalet e rënda, si taliumi dhe izotopet radioaktive të ceziumit.
Analogët e heksacianoferratit të hekurit (Blusë së Prusisë) janë heksacianoferrati i bakrit, heksacianoferrati i kobaltit, heksacianoferrati i zinkut dhe heksacianoferrati i nikelit.
Çfarë janë strukturat e rrjeteve metal–organike?
Rrjetet metal–organike (MOFs) janë një klasë përbërjesh që përbëhen nga jone metalike ose grupime të koordinuara me ligandë organikë, të cilat mund të formojnë struktura një-, dy- ose tredimensionale. Ato janë një nënklasë e polimereve të koordinimit. Polimeret e koordinimit formohen nga metale që lidhen nëpërmjet ligandëve (të ashtuquajturave molekula lidhëse), duke formuar motive koordinimi që përsëriten. Veçoritë e tyre kryesore përfshijnë kristalinitetin dhe faktin që shpesh janë poroze.
Lexoni më shumë rreth sintezës ultrasonike të strukturave të rrjeteve metal–organike (MOF)!
Bateritë me jone natriumi
Bateria me jone natriumi (NIB) është një lloj baterie e rikarikueshme. Ndryshe nga bateria me jone litiumi, bateria me jone natriumi përdor jonet e natriumit (Na+) në vend të litiumit si bartës të ngarkesës. Përndryshe, përbërja, parimi i funksionimit dhe ndërtimi i qelizës janë kryesisht identikë me ato të baterive të zakonshme dhe gjerësisht të përdorura me jone litiumi. Dallimi kryesor midis këtyre dy llojeve të baterive është se në kondensatorët me jone litiumi përdoren përbërje të litiumit, ndërsa në bateritë me jone natriumi përdoret natrium metalik. Kjo do të thotë se katoda e një baterie me jone natriumi përmban natrium ose kompozite natriumi dhe një anodë (jo domosdoshmërisht një material me bazë natriumi), si dhe një elektrolit të lëngshëm që përmban kripëra të disociuara të natriumit në tretës polarë protikë ose aprotikë. Gjatë karikimit, jonet Na+ nxirren nga katoda dhe futen në anodë, ndërsa elektronet kalojnë nëpër qarkun e jashtëm; gjatë shkarkimit ndodh procesi i kundërt, ku jonet Na+ nxirren nga anoda dhe rifuten në katodë, ndërsa elektronet kalojnë nëpër qarkun e jashtëm duke kryer punë të dobishme. Në kushte ideale, materialet e anodës dhe katodës duhet të jenë në gjendje t’u rezistojnë cikleve të përsëritura të ruajtjes së natriumit pa degradim, për të siguruar një jetëgjatësi të madhe.
Sinteza sonokimike është një teknikë e besueshme dhe efikase për të prodhuar në masë kripëra të natriumit metalik me cilësi të lartë, të cilat mund të përdoren për prodhimin e kondensatorëve me jone natriumi. Sinteza e pluhurit të natriumit realizohet nëpërmjet dispergimit me ultratinguj të natriumit metalik të shkrirë në vaj mineral.
Literatura / Referencat
- 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.