تجهيز النيتروجين فوق الحرج لتنقية رد الفعل المواد المسامية

الهدف العام من التجربة التالية هو تنقية جحر المغنيسيوم والهيدريد والهيدريد المسامي والمعقد ومواد تخزين الهيدروجين عالية الكثافة باستخدام النيتروجين فوق الحرج. يتم تحقيق ذلك عن طريق نقع عينة من هيدريد بورو المغنيسيوم أولا في النيتروجين السائل المضغوط في المنطقة الحرجة القريبة من مخطط الطور عند 163 درجة مئوية تحت الصفر و 20 بار حيث تشير كثافة السوائل العالية إلى قوة مذيبات عالية تجاه الشوائب المستهدفة ، مثل أنواع ديور وبوتيل النهاية. كخطوة ثانية ، يتم تسخين النيتروجين السائل وضغطه في المنطقة فوق الحرجة الكثيفة لمخطط الطور عند 123 درجة مئوية تحت الصفر و 100 بار تقريبا.

بعد ذلك ، يمكن استخراج النيتروجين فوق الحرج وأي أنواع مذابة من العينة عن طريق تقليل الضغط ببطء إلى الفراغ عند 123 درجة مئوية تحت الصفر ، وبالتالي التحايل على انتقال الطور السائل إلى الغاز حيث يمكن أن تؤدي تأثيرات التوتر السطحي إلى سوء استخراج الأنواع المستهدفة. تظهر النتائج أنه بعد علاجات تجفيف النيتروجين فوق الحرجة التكرارية ، يتحلل الغاز. تتكون منتجات هيدريد جحر المغنيسيوم فقط من الهيدروجين على أساس التحلل المبرمج لدرجة الحرارة إلى جانب التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء.

ينصب تركيز أنشطتنا البحثية على علم المواد المرتبط بتخزين الطاقة المتجددة. منذ بداية بحثنا الرائد حول الهيدريدات المعقدة كمواد لتخزين الهيدروجين ، كان تخليق مركبات البوروهيدريد يمثل تحديا. يصعب إنتاج المركبات النقية ، ولكنها ضرورية للتحقيقات العلمية.

يمكن أن تساعد منهجيات التنقية في الإجابة على الأسئلة الرئيسية في مجال تخزين الهيدروجين في الحالة الصلبة ، مثل الدور الذي تلعبه الشوائب في تفاعلات تحلل الهيدرات المعقدة. لا تزال الإجابة معقدة وموضوع الخلاف حتى اليوم. كانت فكرة متابعة هذه الاستراتيجية مستوحاة من عمل زملاء الهوبين الذين أبلغوا عن الاستخدام الفعال لثاني أكسيد الكربون فوق الحرج في تنشيط الأطر العضوية المعدنية في عام 2009.

هنا نستخدم النيتروجين بطريقة مماثلة للهيدريدات المعقدة المسامية من خلال استغلال المنطقة فوق الحرجة عالية الكثافة في مخطط الطور الخاص به عند درجات حرارة أقل بكثير من EBR. الميزة الرئيسية لمعالجة النيتروجين فوق الحرج على الطرق الحالية مثل التجفيف بثاني أكسيد الكربون فوق الحرجة هي أن النيتروجين يتجه نحو المركبات المختزلة بقوة ، مثل الاغتراب وهيدريدات بو ، بينما لا يزال يظهر العديد من مزايا المذيب فوق الحرج المثالي. الأربعة.

أثبتت هذه الطريقة بالذات فعاليتها في علاج هيدريد تجويف المغنيسيوم المسامي. يمكن تطبيقه أيضا على المواد الأخرى حيث يحظر تفاعل ثاني أكسيد الكربون استخدامه كعامل تجفيف أو استخلاص ، فإن درجات الحرارة الباردة والضغوط المتواضعة المطلوبة تجعله قابلا للتطبيق عالميا تقريبا. استخدم جهاز تجفيف أساسي فائق الحرجة يتكون من مشعب جرعات إمداد الغاز ، ونظام فراغ ، وأجهزة استشعار درجة الحرارة والضغط ، وبيئة العينة كلها متصلة بأنابيب غاز عالية الضغط من 0.1 إلى 0.5 جرام من هيدريد جرف المغنيسيوم في حامل العينة تحت جو داخلي مثل صندوق قفازات Argonne في درجة الحرارة المحيطة.

أغلق حامل العينة بحشية مرشح ثم أغلق الصمام. بعد إزالة حامل العينة من صندوق القفازات ، قم بتوصيله بالجهاز بعد ذلك ، وافتح مشعب الجرعات للتفريغ عبر V اثنين وقم بالإخلاء. بعد فتح V ثلاثة والإخلاء ، قم بالجلوس على الجهاز بالنيتروجين عبر V واحد وقم بإخلاؤه عبر V اثنين.

الإخلاء والتطهير عدة مرات. ثم افتح V four وأخرج العينة في درجة حرارة الغرفة لمدة تصل إلى 24 ساعة. للوصول إلى الحد الأدنى لضغط النظام ، قم بتثبيت حمام العينة حول حامل العينة عن طريق رفع الحمام إلى موضعه على رافعة مقصية.

بعد ذلك ، اضبط السخان على درجة حرارة السائل المستقبلية المطلوبة البالغة 163 درجة مئوية تحت الصفر واستمر في إخلاء الجهاز حتى تتوازن درجة الحرارة لمعالجة تجفيف النيتروجين فوق الحرجة لهيدريد بورو المغنيسيوم ، حدد درجة حرارة سائلة تبلغ 163 درجة مئوية تحت الصفر ، أي ما يتوافق مع كثافة وسيطة تبلغ 0.6 جرام لكل ملليلتر. بعد ذلك ، أغلق النظام للتفريغ عن طريق إغلاق V اثنين من دواسة الوقود المفتوحة V واحد ببطء مما يسمح للضغط بالزيادة في المنطقة السائلة من الرسم التخطيطي المرحلي فوق 20 بار. بعد موازنة النظام عند 20 بار وتحت الصفر 163 درجة مئوية ، اترك العينة تنقع في النيتروجين السائل لمدة أربع ساعات.

اضبط السخان على 123 درجة مئوية تحت الصفر مع منحدر أقل من أو يساوي درجتين في الدقيقة. السماح للضغط بزيادة لا تزيد عن الحد الأقصى للضغط المقنن للجهاز بعد موازنة النظام عند أقصى ضغط مقنن وتحت الصفر 123 درجة مئوية. اسمح للعينة بالنقع في النيتروجين فوق الحرج لمدة ساعة أو أكثر في هذه المرحلة.

أغلق V واحد ثم قم بتكسير النظام بعناية للتفريغ عن طريق خنق V اثنين ، مما يسمح للضغط بالانخفاض ببطء قدر الإمكان. قم بإزالة حمام العينة وافتح V اثنين بالكامل لإخلاء العينة تماما في درجة حرارة الغرفة والفراغ العالي بعد المعالجة. أغلق الصمامات V ثلاثة و V أربعة وقم بإزالة حامل العينة من الجهاز.

انقل حامل العينة إلى بيئة خاملة للتعامل معها مثل صندوق القفازات المملوء بالأرجون. أخيرا ، قم بإزالة العينة من حامل العينة وتخزينها في حاوية محكمة الغلق في درجة الحرارة المحيطة. كانت منهجية تجفيف النيتروجين فوق الحرجة الموضحة هنا ناجحة في تنقية هيدريد بورو المغنيسيوم المسامي.

كانت الأنواع المستهدفة من الاستخراج مملة D وشوائب بوتيل نهاية غير محددة ، والتي تم تخفيضها إلى كميات ضئيلة بعد أن أظهرت المعالجات المتكررة بتجفيف النيتروجين فوق الحرج عن طريق التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء للأنواع الغازية التي تطورت أثناء التحلل بعد ثلاث علاجات ، ولم يتبق أي شوائب مكتشفة. بمجرد إنشاء مجموعة من شروط البروتوكول الناجحة لتطبيق معين ، يمكن توسيع نطاق هذه التقنية لتنقية كميات كبيرة من المواد المركبة القيد الرئيسي هو أن العينة يجب أن يكون لها اتصال حراري كاف مع الحمام وبالتالي بيئة عينة مصممة بشكل مناسب.

عند إعداد جهاز مناسب لهذا الإجراء ، فإن أهم اعتبار هو حمام بدرجة حرارة منخفضة. نظرا لأن هذا الإجراء لا يتطلب درجات حرارة منخفضة بشكل استثنائي ، فقد اخترنا تصميما بسيطا يتضمن سخان منسدل مقعد نموذجي ، مغمورا في تسرب النيتروجين كمبرد باتباع هذا الإجراء. يمكن إجراء الطرق التحليلية مثل التحليل الطيفي الإلكتروني للأشعة السينية أو التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء أو التحليل الطيفي رامان على العينة الناتجة.

بدون التأثير غير المرغوب فيه للشوائب المتبقية ، يمكن بسهولة معالجة العينة مباشرة قبل التوصيف. تستخدم تقنيات الاستخراج فائقة الحرجة بالفعل في مجموعة متنوعة من التطبيقات. من إزالة الكافيين من حبوب البن إلى الطرق المتقدمة لترسيب المحفز في الدعامات المسامية باستخدام النيتروجين كعامل استخلاص ، نقوم ببساطة بتوسيع قابلية تطبيق هذه التقنيات لتشمل المواد التي تتفاعل مع المذيبات فوق الحرجة الأخرى الأكثر شيوعا.

تطوير تقنيات جديدة للعلماء بالإجابة على الأسئلة ذات الصلة بالمواد الناشئة. بالنسبة لتطبيقات طاقة الهيدروجين ، قد تؤدي معالجة النيتروجين فوق الحرجة إلى جلب الجيل التالي من المواد المائية المعقدة ، وهي خطوة أقرب إلى العمل كمواد تخزين هيدروجين متنقلة في مشهد الطاقة المستدامة في المستقبل.