膜反応器における水素の製造と利用

当社のプロトコルは、単一の反応器で電気化学的水素製造を化学原料水素化から分離する方法を説明しています。所望の水素化反応で使用される水素の量を特徴付けることができます。電気化学は水素化化学から分離されています。

副反応の可能性を減らし、電解質の使用に制限されている場合よりも多くの溶媒と濃度での作業を可能にします。まず、ヘキサンに浸した綿布を使用してパラジウムウェーハバーを清掃し、デジタルメーターが約150マイクロメートルを読み取るまで手動ローラーで転がします。次に、自動ローラーを使用して厚さを25マイクロメートルに減らし、希望のサイズにカットします。

焼鈍のために、圧延されたパラジウム箔を窒素雰囲気下でマッフル炉に装填する。1時間あたり摂氏60度の割合で摂氏25度から900度まで徐々に温度を上げて、摂氏850〜900度で1.5時間加熱します。10ミリリットルの硝酸、20ミリリットルの30%過酸化水素、および10ミリリットルの脱イオン水を混合して洗浄液を調製します。

アニールしたパラジウム箔を洗浄液に20〜30分間浸し、激しい泡立ちがおさまるか、溶液が黄色に変わるまで浸します。パラジウム箔をイオン交換水で2回洗浄した後、イソプロピルアルコールですすぎ、風乾します。次に、準備したパラジウム箔を使用して反応器を組み立てます。

電気めっき液を調製するには、塩化パラジウムを1モルの塩酸に溶解します。反応器の電気化学区画に24ミリリットルの調製溶液を満たし、水素化区画を空にする。白金メッシュの陽極と塩化銀の参照電極を電気化学コンパートメントに配置します。

電極をポテンショスタットに接続し、15Cの電荷が通過するまで、パラジウム箔と塩化銀に0.2ボルトの電位を印加します。反応器を分解した後、得られたパラジウム膜をイオン交換水で2回、イソプロピルアルコールで1回すすぐ。空気または窒素で乾燥させたら、膜表面に黒色パラジウムの目に見える堆積がないか確認します。

反応器を組み立てるために、準備したパラジウム膜を電気化学的Hセルの2つの半分の間に挟む。細胞の左側とパラジウム膜の間に耐薬品性ガスケットを配置します。追加のガスケットがセルの右側に配置されたら、クリップを使用してリアクター構成を密閉します。

電気化学的水素化のために、電気化学区画に24ミリリットルの1モル硫酸を満たす。白金対電極を電気化学コンパートメントに挿入し、電源のプラス端子に接続します。銅テープを使用して、パラジウム膜をマイナス端子に取り付けます。

次に、250ミリアンペアのガルバノスタティック電流とセル全体に3〜5の電圧を15分間印加します。30マイクロリットルの反応溶液をサンプリングした後、ガルバノスタット電流を維持しながら化学コンパートメントに24ミリリットルを追加します。マイクロピペットで15分ごとにサンプルを採取します。

GC-MSバイアル中のジクロロメタン1ミリリットルに溶解し、反応が完了するまで保存します。サンプルを分析するには、サンプルをオートサンプラートレイにロードします。次に、マスハンターアイコンをクリックしてGC-MSソフトウェアを起動します。

シーケンスを選択し、シーケンスを編集してシーケンス編集ウィンドウを開きます。サンプル名、バイアル位置、メソッドパス、メソッドファイル、データパス、およびデータファイルをチャートに入力します。サンプルタイプをサンプルに設定し、希釈率を1に設定します。

メソッドをクリックしてから、メソッド全体を編集してメソッドを調整します。メソッド情報と機器取得の両方を確認し、[OK]を押します。また、データ取得とデータ分析がチェックされていることを確認します。他のすべてのフィールドを空白のままにして、[OK] をクリックします。サンプルインレットをGCに設定し、注入ソースをGC ALSに設定します。

[MSを使用]ボックスがオンになっていること、入口の位置が前面に設定されていること、MSが前面に接続されていることを確認し、[OK]をクリックします。入口タブで、ヒーター温度を摂氏250度、圧力を7.2ポンド/平方インチ、ヘリウム流量を毎分23.1ミリリットルに設定します。オーブンタブで、1分間保持しながら初期温度を摂氏50度に設定します。ランプ レートを摂氏 25 度/分に設定します。

温度を摂氏200度まで、ゼロ分間押し続けて[OK]を押します。すべての表示信号が選択されていないことを確認し、[OK]をクリックします。溶媒遅延を 2.50 分に設定し、[OK] を選択します。モニターにGCオーブン温度、GC入口F温度、GC入口F圧力、GCカラム2フロー計算、MS EMボルト、MS MSソース、MS MSクワッドが含まれていることを確認し、[OK]をクリックします。目的のメソッド名を入力して、メソッドを保存します。シーケンスをクリックしてから実行シーケンスをクリックし、実行シーケンスを選択してサンプル分析を開始します。シーケンスが完了したら、MassHunterソフトウェアを開き、ファイル名を選択してデータを表示します。

製品のピークを特定するには、スペクトル、ライブラリ検索レポート、OKの順にクリックして、取得したマススペクトルをNISTデータベースと比較します。式を使用して出発原料と製品の相対組成を計算します。大気質量分析では、膜反応器内の水素化コンパートメントと電気化学コンパートメントで生成された水素を測定しました。

パラジウム膜は、水素化区画で27ピコアンペア、電気化学区画で10ピコアンペアの平均イオン電流で73%水素を透過した。対照的に、別の膜は水素に対して1%未満の透過を示した。電気化学的バイアス下での水素化のGC-MSは、反応が進行するにつれて出発物質プロピオフェノンの鋭いピークを示し、プロピルベンゼンと1-フェニル-1-プロパノールに代表されるピークを形成し、プロピオフェノンピークは減少した。

対照的に、プロピオフェノンは、パラジウム膜が電気化学的に偏っていないときに生成物に変換されなかった。しかし、クロマトグラムは不純物に起因する予期しないピークを示しました。電気化学的に偏ったパラジウム膜の下で、水素化反応の速度論的プロファイルは、出発物質および生成物の組成変化を示した。

対照的に、パラジウム膜が電気化学的に偏っていない場合、生成物が形成されなかったため、出発原料組成は変化しなかった。コンパートメント間の漏れを防ぐために、リアクターを組み立てることが重要です。マイクロピペットなどの精密機器で反応をサンプリングし、GC-MSからの高品質なデータを確保します。

H NMRなどの追加の特性評価法を実行して、反応生成物の化学構造を確認することができます。