היכרות עם הטבע הרדיקלי של משטח פחמן על ידי אלקטרונים פאראמגנטיים תהודה ומכוילת גז Flow

המטרה הכוללת של הניסוי הבא היא לאפיין את טבעם של רדיקלים יציבים על פני מצעי פחמן מוצק ואת השפעת החמצון על אותם רדיקלים. זה מושג על ידי הכנת דגימות פחמן מיובשות ב-95 מעלות צלזיוס בתנור ואקום. כשלב שני, זרימת גז דיאמגנטית מהבהבת דרך הדגימות ואופי רדיקלי הפחמן מזוהה על ידי ספקטרוסקופיה EPR, המאפיינת את אופי וקצב היווצרותם של רדיקלי פחמן בסביבה אינרטית.

לאחר מכן, אוויר או חמצן מוזרמים דרך דגימת הפחמן על מנת לעקוב אחר היעלמות רדיקלי הפחמן בסביבה מחמצנת. התוצאות מראות כי מצעי פחמן מושפעים באופן שונה מטיפול בחמצון, בהתאם למרכיבים שלהם ולצפיפות הירודה שלהם בהתבסס על מדידות B-E-T-F-T-I-R ו-EPR. ההשלכות של טכניקה זו משתרעות על משאבי אנרגיה מוצקים כמו פחם.

מכיוון שלתהליכי חמצון אלה יש השלכות חשובות על אחסון וניצול נאותים. למרות ששיטה זו יכולה לספק תובנה לגבי קבוצות פונקציונליות של פני השטח על משטחים מוצקים, ניתן ליישם אותה גם על מערכות אחרות כגון זאוליט, מזו, חומרי פוסט וחד-שכבות. הרעיון הזה עלה לנו לראשונה כשגילינו שדגימות גולגולת שונות מאופיינות באופי רדיקלי שונה.

לפני תחילת הליך זה, הכינו דגימות פחמן למדידות EPR על ידי חימום הדגימות בבקבוקוני זכוכית פתוחים בסביבה אינרטית בתוך תנור ואקום. לאחר מכן מלאו כל בקבוקון בדגימת פחם ועצרו כל בקבוקון דגימה עם מחיצת גומי ומכסה אלומיניום כדי להסיר את כל עקבות החמצן. חבר את הבקבוקון למערכת ואקום ואטום את כל השסתומים.

הפעל את משאבת הוואקום. לאחר פתיחת שסתום הוואקום, המתן עד שהמסכים יראו ואקום של כ- 0.1 מיליבר. ודא שהדליפה מינימלית על ידי סגירת שסתום הוואקום וספירה עד 30.

פתח את שסתום הדגימה כדי להסיר את האטמוספירה בבקבוקון. לאחר שהלחץ חוזר לערך הלחץ הראשוני שנקבע בשלב הקודם, חזור על בדיקת הדליפה. לאחר השגת ואקום וטיהור יעיל של הבקבוקונים של האטמוספירה שנותרה, סגור את שסתום הוואקום.

ואז פתח מיד את שסתום הגז האינרטי ואיפשר ללחץ להגיע ל 0.5 אטמוספרות. לאחר מכן, סגור את שסתום הגז האינרטי ופתח את שסתום הוואקום כדי להסיר את הגז. לאחר טיהור המערכת, סגור את שסתום הוואקום ופתח מיד את שסתום הגז, מה שמאפשר ללחץ להגיע ל -0.5 אטמוספרות.

לאחר טיהור המערכת בפעם השנייה, פתח את שסתום הגז ואפשר ללחץ להגיע לאטמוספירה אחת. לאחר סגירת שסתום הגז ושסתום הדגימה, הסר את הבקבוקון על ידי משיכה עדינה כלפי מטה והסרת המחט. לאחר מכן, פתח את שסתום הוואקום כדי לטהר את הגז ממערכת הוואקום.

פתח את שסתום הדגימה כדי לאפשר כניסת אוויר למערכת וכבה בו זמנית את משאבת הוואקום כדי למנוע זרימה חוזרת של השמן. בשלב זה, סובב בעדינות את הקצה הפתוח של צינור EPR שטוף טרי לתוך הבקבוקון המכיל את דגימת הפחמן. לחץ וסובב את צינור ה-EPR.

לאחר מכן הקש בעדינות עד שהדגימה מתפזרת באופן שווה בתחתית. לאחר שהצינור מכיל כמות מספקת של דגימה, אטום את הקצה באמצעות כ-0.5 עד סנטימטר אחד של שפכטל טפלון גומי. כדי להגדיר את מערכת הזרימה, הכנס את צינור הקוורץ לתהודה EPR, וודא שהחלק של צינור ה-EPR המלא בפחם ממלא את כל חלל התהודה.

הגדר מיכל עם גז הזרימה הרצוי, וודא שיש שני שסתומי הפעלה על מנת לשלוט בזרימה. לאחר מכן חבר צינורות גומי למיכל וודא שהצינור מגיע לקצה צינור הקוורץ EPR עם מספיק משיכה כדי לא להפעיל עומס על צינור הקוורץ. חבר בקר זרימה לצינורות הגומי כדי לפקח על זרימת הגז.

לאחר הצמדת מחט קטנה לצינור הגומי, הכנס את המחט דרך מרק טפלון הגומי עד שהיא נמצאת כשלושה עד ארבעה סנטימטרים מעל הדגימה, כדי לא להשפיע על השדה המגנטי. לאחר מכן תקעו חור במרק הגומי כדי לשחרר את הגז היוצא. לאחר הפעלת ספקטרומטר ה- EPR, פתח את לוח כוונון המיקרוגל.

אתר את הטבילה בעוצמה של 33 דציבלים והשתמש בכוונון אוטומטי להשגת תנאי הכוונון הטובים ביותר. לאחר שהספק המיקרוגל הוגדר לשני מילי-וואט, פתח את הניסוי הדו-ממדי כפונקציה של שדה מגנטי וזמן. לאחר מכן הגדר את הפרמטרים המתאימים של הניסוי.

לאחר מכן, התחל את מחזור המדידה והפעל את זרימת הגז. לאחר שהדגימה הגיעה לשיווי משקל, ואין שינוי נוסף בצורת קו ה-EPR, עצרו את זרימת הגז, חשפו את הדגימה לאוויר והמשיכו במדידות. עד לקבלת 50 ספקטרום או עד להגעה לשיווי משקל. אחד.

בעת ביצוע ניסויי EPR על דגימות פחם שונות, נצפה מין שני בערך G של כ-2.0028. ערך G זה קרוב לערך של אלקטרון חופשי ותואם לרדיקלים מרוכזים בפחמן אטי שהוחלפו ב-unsu. עם זאת, ריכוז הספין הכולל עבור כל דגימה נשאר קבוע בתוך פלוס מינוס 10%שגיאת הניסוי המוצגת כאן היא אפס שניות וסריקות של 1900 שניות לאחר שדגימת הפחם נחשפה לפחמן דו חמצני.

ספקטרום ה-EPR ב-1900 שניות מאופיין בשני מינים. הראשון בערך G של 2.004 עם רוחב קו של חמישה 5G, ומין שני, שהוא צר בהרבה בערך G של 2.0028 עם רוחב קו של 2.0 G.It נמצא שקצב היווצרות המין השני הזה הוא כ-500 שניות. מעניין למדי, מידת היווצרות המין השני לאחר הייצוב דומה עבור כל דגימות הפחם והוערכה כ-4 עד 5% ביחס לריכוז הספין הראשוני.

שאר הספינים מתאימים לרדיקלים ממוקדי פחמן או לרדיקל ממורכז פחמן עם אטום חמצן. ערכי ה-G השונים של המינים הרדיקליים הדומיננטיים בכל דגימה תלויים באופי הפחם. מכיוון שהקינטיקה של היווצרות המין השני הזה עבור כל דגימת פחם שונה, היא צריכה להיות קשורה לאזור הנקבוביות של הדגימה או לקבוצות הפונקציונליות של פני השטח.

על מנת לאפיין טוב יותר את הקבוצות הפונקציונליות הללו, נדרשות טכניקות אחרות כגון BET ו-NMR כדי להשלים את נתוני ה-EPR. בזמן ניסיון הליך זה, חשוב לזכור לייבש את הדגימות הקרות ביעילות. שלב זה חיוני על מנת לאפשר יצירת קו בסיס שבו לא נספגות מחדש מולקולות מים על מצעי הקריאה.

בעקבות נהלים אלה, ניתן לבצע שיטות אחרות כמו ניתוח יסודות NMR BT ו-FT IR על מנת לענות על שאלות נוספות כמו, מה אופי הקבוצה הפונקציונלית, נקבוביות הדגימות וההרכבים. לאחר צפייה בסרטון זה, אתה אמור להבין היטב כיצד לבצע את האפיון הפשוט של משטח מוצק עם טיפול רדיקלי תחת חמצון.