مفاعل بهوتوكاتاليتيك تدفق مستمر لترسب الجسيمات النانوية المعدنية التي تسيطر عليها على وجه التحديد

مركبات من المعادن النبيلة مع موصل أو مواد أشباه الموصلات لها تطبيقات واسعة تتراوح بين التكنولوجيا الطبية لنظم تحويل الطاقة، ولكن أساليبها التوليفية التقليدية ليست مناسبة للإنتاج التجاري. على سبيل المثال ، الحد من الميكروويف هو تقنية قوية ، لكنه لا يمكن معالجة سوى بضعة ملليلترات في كل دفعة ، في حين أن الإنتاج التجاري من خلايا الوقود القائمة على الجرافين / البلاتين سوف تحتاج إلى معالجة عدة لترات من التعليق في دقائق. ولمعالجة هذه المشكلة، قمنا بتطوير مفاعل ترسب ضوئي قابل للتكلس بسهولة ويمكن أن يعمل باستمرار.

في نظامنا الضوئي، يتم إضاءة أجزاء صغيرة من المواد المتفاعلة لفترات زمنية قصيرة قابلة للتعديل. وهذا يتيح لنا التحكم بكفاءة في عمليات التنو والنمو حتى عند توسيع نطاق المفاعل. للبدء، قم بتغطية السطح الداخلي لمواسير كلوريد بولي فينيل سعة 15 سنتيمترًا في 55 سنتيمترًا مع رقائق ألمنيوم سميكة ومصقولة ومعتمدة باللصق.

الفضاء خمسة، 55 واط UV-C مصابيح بالتساوي حول داخل الأنبوب. ثم، التفاف أنبوب كوارتز 0.5 سنتيمتر في 55 سم مع قطعة من رقائق الألومنيوم المدعومة لاصقة لتشكيل عدة نوافذ واسعة على قدم المساواة متباعدة بالتساوي في منتصف الأنبوب. اترك 2.5 سنتيمتر من الأنبوب مكشوف في كل نهاية.

تثبيت أنبوب الكوارتز في وسط أنبوب PVC لتشكيل غرفة الإضاءة، وربط الأنابيب البلاستيكية مبهمة إلى كل نهاية. ثم، جبل الأنابيب عموديا في غطاء محرك الدخان، وإصلاح مروحة الثقيلة في الطرف السفلي للتبريد، التالي، إعداد مضخة محرك مغناطيسي على منصة مرتفعة مع الجزء السفلي من المضخة فوق الجزء العلوي من لوحة ضجة المغناطيسي. المشبك قمع فاصل لتر واحد فقط أعلى من المضخة.

استخدم أنابيب بلاستيكية غير شفافة و T-fitting لتوصيل مخرج القمع الفاصل إلى الجزء العلوي من أنبوب الكوارتز ومدخل المضخة المغناطيسية. ثم، أدخل الأنابيب من أسفل أنبوب الكوارتز ومأخذ المضخة من خلال الحاجز من زجاجة لتر واحد مجهزة شريط ضجة بحيث تكون نهايات الأنابيب من 2-3 سم فوق شريط ضجة. هذه الزجاجة ستكون الخزان

بعد ذلك، قم بتوصيل T-fitting إلى صمامات أخذ العينات والإخلاء وطول الأنابيب البلاستيكية المبهمة. أدخل الأنابيب في الخزان، ثم قم بتوصيل صمام أخذ العينات بتركيب الحقنة. وأخيراً، تشغيل خط عادم الغاز من الخزان إلى فقاعة المياه.

لبدء التوليف، إضافة غرامين من الجرافيت و 100 ملليلتر من 98٪ من حمض الكبريتيك الوزن إلى قارورة Erlenmeyer 500 ملليلتر مجهزة شريط كبير يحرك المغناطيسي. يبرد الخليط إلى حوالي الصفر درجة مئوية في حمام الماء المثلج أثناء التحريك. ثم، إضافة غرام واحد من برمنغنات البوتاسيوم على مدى دقيقة واحدة في حين اثارة.

اسمحوا الخليط مواصلة اثارة لمدة أربع دقائق أخرى. كرر هذه العملية خمس مرات أخرى لإضافة ما مجموعه ستة غرامات على مدى 30 دقيقة. مرة واحدة بالإضافة إلى كاملة، وإزالة الحمام، والاستمرار في اثارة الخليط لمدة ست ساعات.

ثم يبرد الخليط في حمام ماء ثلجي مع التحريك لمدة 15 دقيقة. إضافة 250 ملليلتر من الماء المقطر قطرة إلى الخليط اثارة. إزالة حمام الماء المثلج، وإضافة 10 ملليلتر من بيروكسيد الهيدروجين قطرة إلى الخليط اثارة.

ثم، إضافة 20 ملليلتر من بيروكسيد الهيدروجين في كل مرة، والاستمرار في اثارة في درجة حرارة الغرفة لمدة 30 دقيقة. الطرد المركزي تعليق الناتجة في 3, 500 ز لمدة 15 دقيقة, والتخلص من فائقة. يحرك المواد الصلبة في لتر واحد من الماء المقطر لمدة 30 دقيقة، والطرد المركزي لهم مرة أخرى، وإزالة فائقة، والتحقق من درجة حركيتها.

اغسل المواد الصلبة بهذه الطريقة حتى يصل الـ PH الفائق إلى خمسة. ثم، والجمع بين العجل غسلها مع 500 ملليلتر من حمض الهيدروكلوريك واحد المولر، ويحرك لمدة ساعة واحدة. اغسل المنتج حتى يصل الـ PH الفائق إلى خمسة.

تفريق المواد الصلبة المغسولة في لتر واحد من الماء المقطر، و sonicate الخليط لمدة ثلاث ساعات في حوالي درجة حرارة الغرفة. جهاز طرد مركزي الناتجة خليط أكسيد الجرافين لمدة 15 إلى 20 دقيقة في 3,500 غرام في درجة حرارة الغرفة ثلاث مرات, التخلص من الترسب في كل مرة. نقل تعليق أكسيد الجرافين إلى زجاجة زجاجية ملون أو احباط ملفوفة.

بعد ذلك، وزن ثلاثة أطباق تبلور الجافة على التوازن التحليلي ثلاث مرات لكل من. يهز تعليق أكسيد الجرافين جيدا، والسماح لها تسوية لمدة دقيقة واحدة. ثم، صب بالضبط 100 ملليلتر من التعليق في كل طبق.

حافظ على الأطباق في فرن عند 70 إلى 80 درجة مئوية حتى تصبح محتوياتها جافة تمامًا. ثم، وزن كل طبق ثلاث مرات على نفس التوازن التحليلي، وحساب الوزن الجاف من أكسيد الجرافين في كل طبق. تحديد تركيز التعليق من متوسط هذه القيم.

ثم، تخفيف التعليق إلى 0.2 غرام لكل لتر، وإضافته ببطء إلى حجم متساو من هيدروكسيد الصوديوم أربعة المولار. الجزر الخليط في 90 درجة مئوية لمدة ثماني ساعات، والسماح لها تبرد إلى درجة حرارة الغرفة. غسل أكسيد الجرافين خفضت جزئيا الترسب حتى supernatant تصل إلى الأسى والثنوم ، ومن ثم تخزينها في زجاجة ملون أو احباط ملفوفة.

إعداد 540 ملليلتر من تعليق 50 ملليغرام لكل ملليلتر من أكسيد الجرافين خفضت جزئيا في الماء المقطر، و sonicate في حمام الماء المثلج لمدة ساعة واحدة في 40٪ السلطة. ثم، إضافة 60 ملليلتر من الإيثانول التحليلي الصف، sonicate الخليط في حمام الماء المثلج لمدة ساعة أخرى. بعد ذلك، إضافة 169 ميكرولترات من 8٪ من الوزن حمض سداسي كلوروبلايتينيك مائي إلى خليط الجرافين، والاستمرار في اثارة في درجة حرارة الغرفة لمدة 15 دقيقة.

ثم، صب الخليط في قمع فصلي من المفاعل وs stopper ذلك. فتح stopcock لتغذية reactant في النظام، وإغلاقه على الفور عندما يكون القمع فارغاً للحفاظ على فقاعات الغاز من الأنابيب. تشغيل المضخة في 16 لترا في الدقيقة الواحدة، وتدفق غاز النيتروجين من خلال المفاعل بمعدل أن تنتج تيار ثابت من الفقاعات.

يحرك التعليق في حوالي 1،000 دورة في الدقيقة لمدة 30 دقيقة لإزالة الأوكسجين المذاب. ثم، والحد من تدفق النيتروجين، وتشغيل مصابيح الأشعة فوق البنفسجية. بعد خمس دقائق، وزيادة تدفق النيتروجين، وربط حقنة لوير لوك 20 ملليلتر إلى خط العينة.

عقد طفيفة المكبس حقنة للحفاظ على أنها من إخراج، وفتح صمام أخذ العينات. جمع 20 ملليلتر من التعليق، وإغلاق صمام أخذ العينات، وفصل الحقنة. افتح صمام التفريغ الأنبوبي لطرد الأنابيب، ثم أغلق الصمام وقلل من تدفق غاز النيتروجين إلى مستواه السابق.

الطرد المركزي العينة في 10، 000 ز لمدة 10 دقائق، وتوضع جانبا فائق لتحليل تركيز الموجبة المعدنية. اغسل المواد الصلبة مرتين عن طريق التحريك في أجزاء 20 ملليلتر من الماء المقطر والطرد المركزي في ظل نفس الظروف. بعد ذلك، تفريق المواد الصلبة في 50 ملليلتر من الماء المقطر عن طريق سونيكيشن لطيف لمدة ساعة واحدة.

يُذوّب مليغراماً واحداً من حمض الأسكوربيك في التشتت، ويُحرّك الخليط عند 90 درجة مئوية لمدة ساعة واحدة. جمع وغسل الترسب كما هو موضح سابقا، وتخزين راسب غسلها لمزيد من التوصيف. وأكد التحليل الطيفي الضوئي بالأشعة السينية أن الجسيمات النانوية البلاتينية والذهبية قد أودعت بنجاح على أكسيد الجرافين المنخفض وثاني أكسيد التيتانيوم.

ولم يظهر تفكيك البلاتين عالي الاستبانة 4f والقمم الذهبية 4f أي مكونات غير معدنية، مما يشير إلى أن البلاتين أربعة والذهب ثلاثة الكاتيونات قد خفضت إلى البلاتين صفر والذهب صفر، على التوالي. تم تحسين جرعة الإضاءة لكل تعرض، أو IDE، لكل مركب لتحقيق توزيع موحد نسبيًا للجسيمات النانوية المعدنية النبيلة الصغيرة على ركائز. عندما كان IDE مرتفعًا جدًا ، أدى الاستنفاد حول الجسيمات المتنامية إلى عدم كفاءة تكوين النوى القريبة ، مما أدى إلى جزيئات كبيرة وتوزيعات واسعة الحجم.

وقد عُدِّل IDE عن طريق تغيير عدد مصابيح الأشعة فوق البنفسجية ومنطقة التعرض للمفاعل. عندما كان IDE منخفضًا جدًا ، لم ينجح الوضع الضوئي ، بسبب عدم كفاية الإلكترونات الضوئية لتشكيل نواة مستقرة ، كما هو الحال هنا. توسيع النوافذ إلى سنتيمترين أنتجت سلوك الضوئي المطلوب للبلاتين / الجرافين المركب.

كشف أنبوب المفاعل بأكمله زيادة معدل الضوئي دون المساس بشكل كبير حجم الجسيمات وحادية. يتم التحكم في عملية الترسب عن طريق رسم منحنيات وقت التركيز في ظل ظروف مختلفة لتحديد تصميم المفاعل الأمثل وIDE. إجراء الضوئي في منطقة الوقت تركيز خطي يسمح جمع مستمر من المنتج بعد وقت التداول المعروفة.

على الرغم من أننا نبرهن على تركيب مركبات البلاتين/ الجرافين، يمكن استخدام هذه الطريقة والمفاعل لترسب المعادن النبيلة الأخرى على أشباه الموصلات المختلفة أيضًا. ويمكن أيضا استخدام هذا المفاعل المستمر التدفق لأساليب التوليف الكيميائية الأخرى التي يتم فيها بدء التفاعلات مع الضوء.