Palladiy nanozarrachalarini sonokimyoviy qaytarish

Palladiy (Pd) oʻzining katalitik xususiyatlari bilan yaxshi tanilgan va materiallarni tadqiq qilish, elektronika ishlab chiqarish, tibbiyot, vodorodni tozalash hamda turli kimyoviy sohalarda ham keng qoʻllaniladi. Sonokimyoviy usul yordamida PVP/Pd nisbatini oʻzgartirish orqali palladiy zarrachalarining oʻlchami va morfologiyasini boshqarish mumkin. Bu juda mayda, monodispers nanozarrachalarni yoki yirikroq palladiy agregatlarini ultratovush yordamida sintez qilish imkonini beradi va optimal katalitik samaradorlik uchun zarracha oʻlchamlarini moslashtirishga xizmat qiladi.

Palladiy nanozarrachalarini ultratovush yordamida ishlab chiqarish

Palladiy nanozarrachalarini ultratovush yordamida qaytarish Pd(0) nanozarrachalarini olishning tezkor va reagentlardan samarali foydalanadigan usulini taklif etadi. Bunda akustik kavitatsiya eritmada mahalliy yuqori energiyali sharoitlar va qaytaruvchi radikallarni hosil qiladi, bu esa palladiy ionlarini anʼanaviy yuqori haroratli ishlov berishsiz qaytarish imkonini beradi.
Asosiy afzalliklardan biri jarayonni boshqarishdir: ultratovush bilan ishlov berish vaqti va stabilizator konsentratsiyasi, masalan, PVP/Pd nisbati mahsulotning yaxshi disperslangan, yumaloq, taxminan 5 nm oʻlchamli nanozarrachalar yoki taxminan 20 nm oʻlchamli yirikroq agregatlar shaklida hosil boʻlishiga taʼsir qilishi mumkin. Bu sanoat uchun ahamiyatlidir, chunki palladiyning katalizdagi samaradorligi zarracha oʻlchami, morfologiyasi, disperslanishi va sirt yuzasi maydoniga kuchli bogʻliq. Palladiy nanozarrachalari geterogen katalizatorlar, elektrokatalizatorlar va funksional materiallar sifatida keng koʻlamda qadrlangani uchun ultratovush yordamida qaytarish nisbatan yumshoq suyuq fazali sharoitlarda mayin disperslangan Pd katalizatorlarini ishlab chiqarish uchun jozibador usuldir. U kimyoviy sintez, ekologik kataliz, yonilgʻi elementi texnologiyalari hamda yuqori katalitik faollik va qimmatbaho metaldan samarali foydalanish iqtisodiy jihatdan muhim boʻlgan boshqa jarayonlar uchun potensial foyda keltirishi mumkin.

Nemamcha va Rehspringer (2008) disperslangan va agregatlangan palladiy nanozarrachalarini sonokimyoviy usulda ishlab chiqarishni oʻrgangan. Shu maqsadda Pd(NO₃)₂ eritmasiga etilenglikol (EG) va polivinilpirrolidon (PVP) ishtirokida UP100H laboratoriya ultratovushli gomogenizatori yordamida ultratovush bilan ishlov berilgan.

Namunalarni tayyorlash tartibi

Namunalar quyidagicha tayyorlangan:
Namunalar uchun 30mL EG va 5·10^-6mol PVP aralashmalari 15 min davomida magnitli aralashtirish orqali tayyorlangan. Turli namunalarga turli miqdorda, yaʼni 1,5mL va 2mL Pd(NO₃)₂ eritmasi qoʻshilgan. Namuna aralashmalari (a) namunada 2·10^-3mol Pd(NO₃)₂ va (b) namunada 2,66·10^-3mol Pd(NO₃)₂ nisbatida tayyorlangan. Har ikkala aralashmaga zondli ultratovush qurilmasi yordamida 20mL hajmli flakonda ultratovush bilan ishlov berilgan. Namunalar 30, 60, 90, 120, 150 va 180 min ultratovush bilan ishlov berilgandan soʻng olingan.

Tajriba natijalari tahlili quyidagilarni koʻrsatadi:

1. Pd(II) ning Pd(0) ga sonokimyoviy qaytarilishi ultratovush bilan ishlov berish vaqtiga bogʻliq.

2. Yuqori PVP/Pd(II) molyar nisbati yumaloq shaklli va oʻrtacha diametri taxminan 5nm boʻlgan monodispers palladiy zarrachalarining hosil boʻlishiga olib keladi.

3. Biroq past PVP/Pd(II) molyar nisbati oʻlchamlar taqsimoti keng va markazi 20nm da boʻlgan palladiy nanozarrachalari agregatlarining olinishiga olib keladi.

Palladiy (II) ionlari Pd(II)ni palladiy atomlari Pd(0)ga qaytarishning sonokimyoviy yoʻlini quyidagicha deb taxmin qilish mumkin:

(1) Suv pirolizi: H₂O → •OH+•H
(2) Radikallarning hosil boʻlishi: RH (Qaytaruvchi modda) + •OH(•H) → •R + H₂O(H₂)
(3) Ionlarning qaytarilishi: Pd(II) + qaytaruvchi radikallar (•H, •R) → Pd(0) + R•CHO + H+
(4) Zarrachalarning hosil boʻlishi: nPd(0) → Pdn

Natija: PVP/Pd(II) nisbatiga qarab disperslangan yoki agregatlangan Pd_n olingan.

Pd(II) ni ultratovush yordamida qaytarish orqali olingan monodispers va agregatlangan Pd nanozarrachalari

Palladiyning sonokimyoviy qaytarilishi: a namuna (chapda) koʻp miqdorda PVP, b namuna (oʻngda) esa kam miqdorda PVP saqlaydi. UP100H yordamida ultratovush bilan ishlov berish vaqti: 180 min. a namunada monodispers Pd nanozarrachalari, b namunada esa agregatlangan Pd nanozarrachalari koʻrsatilgan.
Tasvirlar va tadqiqot: ©Nemamcha va Rehspringer, 2008

Tahlil va natijalar

Ultrabinafsha va koʻrinadigan yorugʻlikning yutilishi tahlillari palladiy(II) ionlarining palladiy(0) atomlariga sonokimyoviy qaytarilishi bilan ultratovush maydonida boʻlish vaqti oʻrtasidagi bogʻliqlikni tasdiqlaydi. Palladiy(II) ionlarining palladiy(0) atomlariga qaytarilishi davom etadi va ultratovush bilan ishlov berish vaqti ortishi bilan toʻliq amalga oshishi mumkin. Transmissiyali elektron mikroskopiya (TEM) mikrotasvirlari quyidagilarni koʻrsatadi:

Koʻp miqdorda PVP qoʻshilganda palladiy ionlarining sonokimyoviy qaytarilishi sferik shaklli va oʻrtacha diametri taxminan 5nm boʻlgan monodispers palladiy zarrachalarining hosil boʻlishiga olib keladi.
Kam miqdorda PVP ishlatilishi palladiy nanozarrachalari agregatlarining olinishiga olib keladi. Yorugʻlikning dinamik sochilishi (DLS) oʻlchovlari palladiy nanozarrachalari agregatlarining oʻlchamlar taqsimoti keng va markazi 20nm da ekanligini koʻrsatadi.

UP100H ultratovushli gomogenizatori haqidagi ushbu videoda uning ixcham tuzilishi va disperslash, gomogenlash, aralashtirish, gazsizlantirish yoki emulsiyalash kabi turli qo‘llanishlari ko‘rsatilgan.

Loyihalash, ishlab chiqarish va maslahat berish – Germaniyada yaratilgan sifat

Hielscher ultratovush qurilmalari eng yuqori sifat va loyihalash standartlari bilan yaxshi tanilgan. Mustahkamlik va ishlatishning osonligi ultratovush qurilmalarimizni sanoat obyektlariga muammosiz integratsiya qilish imkonini beradi. Hielscher ultratovush qurilmalari ogʻir sharoitlar va yuqori talablar qoʻyiladigan muhitlarda ishlashni osonlik bilan uddalaydi.

Hielscher Ultrasonics ISO sertifikatiga ega kompaniya boʻlib, eng zamonaviy texnologiyalar bilan jihozlangan va foydalanish uchun qulay yuqori unumdorlikdagi ultratovush qurilmalariga alohida eʼtibor beradi. Albatta, Hielscher ultratovush qurilmalari CE talablariga mos keladi hamda UL, CSA va RoHs talablarini bajaradi.

Adabiyotlar/Manbalar

Nemamcha, A.; Rehspringer, J. L. (2008): Morphology of dispersed and aggregated PVV-Pd nanoparticles prepared by ultrasonic irradiation of Pd(NO₃)₂ solution in ethylene glycol. Rev. Adv. Mater. Sci. 18;2008. 685-688.
Prekob, Á., Muránszky, G., Kocserha, I. et al. (2020): Sonochemical Deposition of Palladium Nanoparticles Onto the Surface of N-Doped Carbon Nanotubes: A Simplified One-Step Catalyst Production Method. Catalysis Letters 150, 2020. 505–513.
Haitao Zheng, Mphoma S. Matseke, Tshimangadzo S. Munonde (2019): The unique Pd@Pt/C core-shell nanoparticles as methanol-tolerant catalysts using sonochemical synthesis. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 57, 2019. 166-171.

Tegishli mavzular

Bilishga arziydigan faktlar

Palladiy nima?

Palladiy – kimyoviy belgisi Pd va atom raqami 46 boʻlgan noyob, kumushsimon oq qimmatbaho metall. U platina guruhidagi metallarga mansub boʻlib, kimyoviy jihatdan barqarorligi, elektr tokini oʻtkazishi, vodorodni yutishi va ajoyib katalizator vazifasini bajarishi tufayli qadrlanadi. Mayda zarrachalarga boʻlingan palladiy gidrogenlash va degidrogenlash reaksiyalari uchun ayniqsa samaralidir, qizdirilgan palladiy esa vodorodning oʻzi orqali diffuziyalanishiga imkon berishi mumkin, bu esa uni vodorodni ajratish va tozalash uchun foydali qiladi.

Palladiy nanozarrachalari nima uchun ishlatiladi?

Palladiy nanozarrachalari asosan sirt yuzasi maydoni katta boʻlgan katalizatorlar sifatida ishlatiladi. Nanozarrachalar yaxlit palladiyga qaraganda ancha katta faol sirt yuzasini taqdim etgani sababli ular katalizator samaradorligini oshirishi va zarur boʻlgan qimmatbaho metall miqdorini kamaytirishi mumkin. Odatiy qoʻllanish sohalariga kimyoviy sintez, gidrogenlash reaksiyalari, uglerod–uglerod bogʻini hosil qilish reaksiyalari, elektrokataliz, yonilgʻi elementlarini tadqiq qilish, vodorodni aniqlash va saqlash, ekologik kataliz hamda mikroblarga qarshi, fototermik va saratonga qarshi tizimlar kabi ayrim biotibbiy tadqiqot yoʻnalishlari kiradi. Palladiyning katalitik xatti-harakati zarracha oʻlchami, morfologiyasi va disperslanishiga kuchli bogʻliq.
Palladiy nanozarrachalari boshqa zarrachalarga katalitik funksiyalar berish maqsadida ularni legirlash uchun ham ishlatiladi. Fischer-Tropsch katalizatori sifatida Pd/N-BCNT ni sintez qilishning ultratovushli usuli haqida batafsil oʻqing!

Palladiy zaharlimi?

Elementar metall palladiy odatda kam zaharli deb hisoblanadi va uning maʼlum biologik roli yoʻq, biroq palladiy birikmalari, tuzlari, changlari va nanooʻlchamli shakllari bilan ehtiyotkorlik bilan ishlash kerak. Ish joyida yoki laboratoriyada palladiy taʼsiriga duch kelish birikma va taʼsir yoʻliga qarab taʼsirlanish yoki sensibilizatsiyaga olib kelishi mumkin; masalan, palladiy xlorid eritmalari shilliq pardalarni taʼsirlantirishi mumkin. Sanoatda u bilan ishlash uchun amaliy javob quyidagicha: yaxlit metall palladiy nisbatan kam xavfli, biroq palladiy kukunlari, eruvchan palladiy tuzlari va palladiy nanozarrachalariga potensial xavfli materiallar sifatida munosabatda boʻlish, changni nazorat qilish, shamollatish, qoʻlqoplar, koʻzni himoyalash vositalari va chiqindilar bilan toʻgʻri ishlash choralarini qoʻllash kerak.