Superkritische stikstof Verwerking voor de zuivering van reactieve poreuze materialen

Het algemene doel van het volgende experiment is om magnesiumburrohydride, een poreus, complex hydride en een waterstofopslagmateriaal met hoge dichtheid te zuiveren met behulp van superkritisch stikstof. Dit wordt bereikt door eerst een monster magnesiumburrohydride in gecomprimeerde vloeibare stikstof in het bijna kritische gebied van het fasediagram te weken bij min 163 graden Celsius en 20 bar, waar de hoge vloeistofdichtheid indicatief is voor een hoge oploskracht voor doelonzuiverheden, zoals Dior en eindbutylsoorten. Als tweede stap wordt het vloeibare stikstof verwarmd en gecomprimeerd tot het dichte superkritische gebied van het fasediagram bij min 123 graden Celsius en ongeveer 100 bar.

Vervolgens kunnen het superkritische stikstof en alle opgeloste soorten uit het monster worden geëxtraheerd door de druk langzaam te verlagen naar vacuüm bij min 123 graden Celsius, waardoor de overgang van vloeistof naar gas wordt omzeild, waarbij oppervlaktespanningseffecten kunnen leiden tot een slechte extractie van de doelsoorten. De resultaten tonen aan dat na iteratieve behandelingen met superkritisch stikstofdrogen, het gas ontleedt. Producten van magnesiumburrohydride bestaan uitsluitend uit waterstof op basis van temperatuurgeprogrammeerde ontleding gekoppeld aan infraroodspectroscopie.

Het focus van onze onderzoeksactiviteiten ligt op de materiaalwetenschap die verband houdt met de opslag van hernieuwbare energie. Sinds het begin van ons pioniersonderzoek naar complexe hydriden als waterstofopslagmaterialen, is de synthese van borohydrideverbindingen een uitdaging geweest. Pure verbindingen zijn moeilijk te produceren, maar essentieel voor wetenschappelijke onderzoeken.

Zuiveringsmethodologieën kunnen helpen bij het beantwoorden van sleutelvraagstukken op het gebied van vaste waterstofopslag, zoals welke rol onzuiverheden spelen in de ontledingsreacties van complexe hydraten. Het antwoord blijft complex en het onderwerp van discussie, zelfs vandaag de dag. Het idee om deze strategie te volgen, werd geïnspireerd door het werk van collega's die in 2009 melding maakten van het effectieve gebruik van superkritisch koolstofdioxide bij de activering van metaalorganische frameworks.

Hier gebruiken we stikstof op een vergelijkbare manier voor poreuze complexe hydriden door gebruik te maken van het hoge dichtheidsgebied van zijn fasediagram bij veel lagere temperaturen dan EBR. Het belangrijkste voordeel van superkritische stikstofverwerking ten opzichte van bestaande methoden zoals superkritisch koolstofdioxide-drogen, is dat stikstof gevoelig is voor sterk reducerende verbindingen, zoals alienen en bo-hydriden, terwijl het nog steeds veel voordelen van een ideaal superkritisch oplosmiddel vertoont. Alle vier.

Deze specifieke methode heeft zich effectief getoond bij de behandeling van poreus magnesiumboorhydride. Het kan ook worden toegepast op andere materialen waar de reactiviteit van koolstofdioxide het gebruik ervan als droog- of extractiemiddel verbiedt. De lage temperaturen en bescheiden drukken die vereist zijn, maken het bijna universeel toepasbaar. Gebruik een eenvoudig superkritisch droogapparaat dat bestaat uit een gastoevoerdoseringsmanifold, een vacuümsysteem, temperatuur- en drukgevoelige sensoren en de monsteromgeving, allemaal verbonden door hogedrukgasleidingen. Laad 0,1 tot 0,5 gram magnesiumboorhydride in de monsterhouder onder een inerte atmosfeer, zoals een Argonne-handschoenenkast bij kamertemperatuur.

Sluit de monsterhouder af met een filterpakking en sluit vervolgens de klep. Nadat de monsterhouder uit de handschoenenkast is verwijderd, bevestigt u deze aan het apparaat, opent u de doseringsmanifold naar vacuüm via V twee en evacueeert u. Nadat u V drie hebt geopend en geëvacueerd, vult u het apparaat met stikstof via V een en evacueeert u via V twee.

Evacueer en spoel een paar keer. Open vervolgens V vier en evacueer het monster gedurende maximaal 24 uur op kamertemperatuur. Om de minimumdruk van het systeem te bereiken, installeert u het monsterbad rond de monsterhouder door het bad in positie te brengen op een schaarlift.

Stel vervolgens de verwarming in op de gewenste toekomstige vloeistoftemperatuur van min 163 graden Celsius en evacueer het apparaat verder totdat de temperatuur in evenwicht is. Voor superkritisch stikstofdrogen van magnesiumboorhydride, selecteert u een vloeistoftemperatuur van min 163 graden Celsius, wat overeenkomt met een tussenliggende dichtheid van 0,6 gram per milliliter. Sluit vervolgens het systeem af op vacuüm door V twee te sluiten en V een langzaam open te draaien, waardoor de druk toeneemt in het vloeistofgebied van het fasediagram boven de 20 bar. Nadat het systeem in evenwicht is gebracht bij 20 bar en min 163 graden Celsius, laat u het monster gedurende vier uur weken in vloeibaar stikstof.

Stel de verwarming in op min 123 graden Celsius met een helling van maximaal twee graden per minuut. Laat de druk niet hoger worden dan de maximale nominale druk van het apparaat na het in evenwicht brengen van het systeem bij de maximale nominale druk en min 123 graden Celsius. Laat het monster gedurende een uur of langer weken in superkritisch stikstof op dit punt.

Sluit V een en kraak vervolgens het systeem voorzichtig naar vacuüm door V twee te snoeren, waardoor de druk zo langzaam mogelijk daalt. Verwijder het monsterbad en open V twee volledig om het monster volledig te evacueren dat in evenwicht is gebracht bij kamertemperatuur en hoog vacuüm na de behandeling. Sluit kleppen V drie en V vier en verwijder de monsterhouder uit het apparaat.

Breng de monsterhouder over naar een inerte omgeving voor behandeling, zoals een met argon gevulde handschoenenkast. Verwijder ten slotte het monster uit de monsterhouder en bewaar het in een verzegelde container bij kamertemperatuur. De hier beschreven superkritische stikstofdroogmethode was succesvol voor de zuivering van poreus magnesiumboorhydride.

De doelondersoorten voor extractie waren D boring en een onspecifiek eindbutylonzuiverheid, die werden teruggebracht tot verwaarloosbare hoeveelheden na herhaalde behandelingen met superkritisch stikstofdrogen, zoals aangetoond door infraroodspectroscopie van de gasvormige soorten die tijdens ontleding ontstonden. Na drie behandelingen