멤브레인 반응기에서의 수소 생산 및 활용

당사의 프로토콜은 단일 반응기에서 화학 공급 원료 수소화에서 전기 화학적 수소 생산을 분리하는 방법을 설명합니다. 원하는 수소화 반응에 사용되는 수소의 양을 특성화할 수 있습니다. 전기 화학은 수소화 화학과 분리됩니다.

부반응의 가능성을 줄이고 전해질 사용으로 제한되는 것보다 더 많은 용매와 농도로 작업할 수 있습니다. 시작하려면 헥산에 적신 면직물을 사용하여 팔라듐 웨이퍼 바를 청소하고 디지털 미터가 약 150마이크로미터를 읽을 때까지 수동 롤러로 굴립니다. 그런 다음 자동 롤러를 사용하여 두께를 25마이크로미터로 줄이고 원하는 크기의 조각으로 자릅니다.

어닐링을 위해, 압연된 팔라듐 호일을 질소 분위기 하에서 머플로에 로드합니다. 시간당 섭씨 60도의 속도로 섭씨 25도에서 900도까지 온도를 서서히 높여 섭씨 850도에서 900도 동안 1.5시간 동안 가열합니다. 질산 10 밀리리터, 30 % 과산화수소 20 밀리리터 및 탈 이온수 10 밀리리터를 혼합하여 세척액을 준비하십시오.

어닐링된 팔라듐 호일을 세척액에 20-30분 동안 격렬한 버블링이 가라앉거나 용액이 노랗게 변할 때까지 담그십시오. 팔라듐 호일을 탈이온수로 2회 세척한 후 이소프로필 알코올로 헹구고 자연 건조합니다. 그런 다음 준비된 팔라듐 호일을 사용하여 반응기를 조립합니다.

전기 도금 용액을 준비하려면 염화 팔라듐을 1 몰 염산에 용해시킵니다. 반응기의 전기화학적 구획을 24밀리리터의 준비된 용액으로 채우고 수소화 구획을 비워 둡니다. 백금 메쉬 양극과 염화은 기준 전극을 전기화학적 구획에 배치합니다.

전극을 전위차에 연결하고 0.2C 전하가 통과할 때까지 팔라듐 호일 대 염화은에 15볼트의 전위를 적용합니다. 반응기를 분해한 후, 생성된 팔라듐 막을 탈이온수로 두 번, 이소프로필 알코올로 한 번 헹굽니다. 공기 또는 질소로 건조되면 멤브레인 표면에 검은색 팔라듐이 눈에 띄게 침착되는지 확인합니다.

반응기를 조립하기 위해, 준비된 팔라듐 막을 전기화학적 H 셀의 두 반쪽 사이에 끼운다. 셀의 왼쪽과 팔라듐 멤브레인 사이에 내화학성 개스킷을 놓습니다. 추가 개스킷이 셀의 오른쪽에 배치되면 클립을 사용하여 반응기 구성을 밀봉합니다.

전기 화학적 수소화의 경우, 전기 화학 구획을 1 몰 황산 24 밀리리터로 채 웁니다. 백금 상대 전극을 전기화학 구획에 삽입하고 전원 공급 장치의 양극 단자에 연결합니다. 구리 테이프를 사용하여 팔라듐 멤브레인을 음극 단자에 부착합니다.

그런 다음 15분 동안 셀에 250밀리암페어의 갈바노스테틱 전류와 3-5 전압을 인가합니다. 30 마이크로 리터의 반응 용액을 샘플링 한 후, 갈바노 정전기 전류를 유지하는 화학 구획에 24 밀리리터를 첨가한다. 마이크로 피펫으로 15분마다 샘플을 수집합니다.

GC-MS 바이알에 디클로로메탄 1밀리리터를 녹이고 반응이 완료될 때까지 보관합니다. 샘플을 분석하려면 자동 샘플러 트레이에 로드합니다. 그런 다음 MassHunter 아이콘을 클릭하여 GC-MS 소프트웨어를 시작합니다.

시퀀스를 선택한 다음 시퀀스 편집을 선택하여 시퀀스 편집 창을 엽니다. 샘플 이름, 바이알 위치, 분석법 경로, 분석법 파일, 데이터 경로 및 데이터 파일을 차트에 입력합니다. 샘플 유형을 샘플로 설정하고 희석을 1로 설정합니다.

방법을 클릭한 다음 전체 방법 편집을 클릭하여 방법을 조정합니다. 분석법 정보와 기기 획득을 모두 확인하고 OK를 누릅니다. 또한 데이터 수집 및 데이터 분석이 확인되는지 확인합니다. 다른 모든 필드는 비워 두고 확인을 클릭합니다. 샘플 주입구를 GC로 설정하고 주입 소스를 GC ALS로 설정합니다.

MS 사용 상자가 선택되어 있는지, 입구 위치가 전면으로 설정되어 있는지, MS가 전면에 연결되어 있는지 확인한 다음 확인을 클릭합니다. 입구 탭에서 히터 온도를 섭씨 250도, 압력을 제곱인치당 7.2파운드, 헬륨 흐름을 분당 23.1밀리리터로 설정합니다. 오븐 탭에서 초기 온도를 섭씨 50도로 설정하고 1분 동안 유지합니다. 램프 속도를 분당 섭씨 25도로 설정합니다.

온도가 섭씨 200도까지 0분 동안 누르고 있으면 OK를 누릅니다. 모든 디스플레이 신호가 선택되지 않았는지 확인하고 OK를 클릭합니다. 용매 지연을 2.50분으로 설정하고 확인을 선택합니다. 모니터에 GC 오븐 온도, GC 입구 F 온도, GC 입구 F 압력, GC 컬럼 2 유량 계산, MS EM 볼트, MS MS 소스, MS MS 쿼드가 포함되어 있는지 확인하고 확인을 클릭합니다. 원하는 메서드 이름을 입력하여 메서드를 저장합니다. 시퀀스를 클릭한 다음 시퀀스 실행을 클릭한 다음 시퀀스 실행을 선택하여 샘플 분석을 시작합니다. 시퀀스가 완료되면 MassHunter 소프트웨어를 열고 파일 이름을 선택하여 데이터를 봅니다.

곱 피크를 식별하려면 스펙트럼을 클릭한 다음 라이브러리 검색 보고서를 클릭하고 확인을 클릭하여 획득한 질량 스펙트럼을 NIST 데이터베이스와 비교합니다. 방정식을 사용하여 출발 물질과 제품의 상대적 조성을 계산하십시오. 대기 질량 분석법은 멤브레인 반응기의 수소화 구획과 전기화학 구획에서 생성된 수소를 측정했습니다.

팔라듐 멤브레인은 수소화 구획에서 27 피코 암페어, 전기 화학 구획에서 10의 평균 이온 전류로 73 %의 수소를 투과했습니다. 대조적으로, 다른 막은 수소에 1% 미만의 투과를 보였다. 전기화학적 바이어스 하에서 수소화 반응의 GC-MS는 반응이 진행됨에 따라 출발 물질인 프로피오페논의 급격한 피크를 나타내어 프로필벤젠과 1-페닐-1-프로판올을 나타내는 피크를 형성한 반면 프로피오페논 피크는 감소했습니다.

대조적으로, 프로피오페논은 팔라듐 막이 전기화학적으로 편향되지 않았을 때 생성물로 전환되지 않았습니다. 그러나 크로마토그램은 불순물로 인한 예상치 못한 피크를 표시했습니다. 전기화학적으로 편향된 팔라듐 막 하에서, 수소화 반응의 동역학적 프로파일은 출발 물질 및 생성물의 조성 변화를 입증하였다.

대조적으로, 팔라듐 막이 전기화학적으로 바이어스되지 않은 경우, 생성물이 형성되지 않았기 때문에 출발 물질 조성이 변하지 않았다. 구획 사이의 누출을 방지하기 위해 반응기를 조립하는 것이 중요합니다. 마이크로 피펫과 같은 정밀 기기로 반응을 샘플링하여 GC-MS의 품질 데이터를 보장합니다.

H NMR과 같은 추가 특성화 방법을 수행하여 반응 생성물의 화학 구조를 확인할 수 있습니다.