Produkcja i wykorzystanie wodoru w reaktorze membranowym

Nasz protokół opisuje metodę izolacji elektrochemicznej produkcji wodoru od chemicznego uwodornienia surowców w pojedynczym reaktorze. Możemy scharakteryzować ilość wodoru zużytego w pożądanej reakcji uwodornienia. Elektrochemia jest oddzielona od chemii uwodornienia.

Zmniejsza ryzyko wystąpienia reakcji ubocznych i umożliwia pracę z większą liczbą rozpuszczalników i stężeń niż w przypadku ograniczenia do użycia elektrolitu. Na początek wyczyść wafel palladowy za pomocą bawełnianej szmatki zamoczonej w heksanie i zwiń go ręcznym wałkiem, aż miernik cyfrowy wskaże około 150 mikrometrów. Następnie za pomocą automatycznego wałka zmniejsz grubość do 25 mikrometrów i pokrój go na kawałki o pożądanej wielkości.

Do wyżarzania należy załadować zwinięte folie palladowe do pieca muflowego w atmosferze azotu. Podgrzewaj je w temperaturze od 850 do 900 stopni Celsjusza przez 1,5 godziny, stopniowo zwiększając temperaturę od 25 do 900 stopni Celsjusza w tempie 60 stopni Celsjusza na godzinę. Przygotuj roztwór czyszczący, mieszając 10 mililitrów kwasu azotowego, 20 mililitrów 30% nadtlenku wodoru i 10 mililitrów wody dejonizowanej.

Zanurz wyżarzone folie palladowe w roztworze czyszczącym na 20 do 30 minut, aż energiczne bulgotanie ustąpi lub roztwór zmieni kolor na żółty. Po dwukrotnym umyciu folii palladowych wodą dejonizowaną, spłukać alkoholem izopropylowym i wysuszyć na powietrzu. Następnie zmontuj reaktor za pomocą przygotowanych folii palladowych.

Aby przygotować roztwór galwaniczny należy rozpuścić chlorek palladu w jednym molowym kwasie solnym. Napełnić komorę elektrochemiczną reaktora 24 mililitrami przygotowanego roztworu, pozostawiając komorę uwodornienia pustą. Umieść anodę z siatki platynowej i elektrodę odniesienia z chlorku srebra w komorze elektrochemicznej.

Podłącz elektrody do potencjostatu i przyłóż potencjał 0,2 V do folii palladowej w porównaniu z chlorkiem srebra, aż przejdzie ładunek 15C. Po zdemontowaniu reaktora należy przepłukać powstałą membranę palladową dwukrotnie wodą dejonizowaną i raz alkoholem izopropylowym. Po wysuszeniu powietrzem lub azotem sprawdź, czy na powierzchni membrany nie ma widocznych osadów czarnego palladu.

Aby zmontować reaktor, należy umieścić przygotowaną membranę palladową między dwiema połówkami elektrochemicznego ogniwa H. Umieść odporną chemicznie uszczelkę między lewą stroną ogniwa a membraną palladową. Po umieszczeniu dodatkowej uszczelki po prawej stronie ogniwa, użyj zacisku, aby uszczelnić konfigurację reaktora.

W celu uwodornienia elektrochemicznego napełnij komorę elektrochemiczną 24 mililitrami jednego molowego kwasu siarkowego. Włóż platynową przeciwelektrodę do komory elektrochemicznej i podłącz ją do dodatniego zacisku zasilacza. Za pomocą taśmy miedzianej przymocuj membranę palladową do zacisku ujemnego.

Następnie przyłóż prąd galwanostatyczny o natężeniu 250 miliamperów i napięciu od 3 do 5 w ogniwie przez 15 minut. Po pobraniu próbek 30 mikrolitrów roztworu reakcyjnego dodać 24 mililitry do komory chemicznej, utrzymując prąd galwanostatyczny. Pobieraj próbkę co 15 minut za pomocą mikropipety.

Rozpuścić w jednym mililitrze dichlorometanu w fiolce GC-MS i przechowywać do zakończenia reakcji. Aby przeanalizować próbki, załaduj je do tacy automatycznego próbnika. Następnie kliknij ikonę MassHunter, aby uruchomić oprogramowanie GC-MS.

Wybierz sekwencję, a następnie edytuj sekwencję, aby otworzyć okno edycji sekwencji. Wprowadź do wykresu nazwę próbki, pozycję fiolki, ścieżkę metody, plik metody, ścieżkę danych i plik danych. Ustawić typ próbki na próbkę, a rozcieńczenie na 1.

Kliknij metodę, a następnie edytuj całą metodę, aby dostosować metodę. Sprawdź zarówno informacje o metodzie, jak i akwizycję instrumentu, a następnie naciśnij OK. Sprawdź również, czy sprawdzane jest pobieranie danych i analiza danych. Pozostaw co drugie pole puste i kliknij przycisk OK. Ustawić wlot próbki na GC, a źródło wtrysku na GC ALS.

Upewnij się, że pole Użyj MS jest zaznaczone, lokalizacja wlotu jest ustawiona na przód, MS jest podłączony do przodu, a następnie kliknij OK. Pod klapką wlotową ustaw temperaturę grzałki na 250 stopni Celsjusza, ciśnienie na 7.2 funta na cal kwadratowy, a przepływ helu na 23.1 mililitra na minutę. Pod zakładką piekarnika ustaw temperaturę początkową na 50 stopni Celsjusza z jednominutowym przytrzymaniem. Ustaw szybkość narastania na 25 stopni Celsjusza na minutę.

Temperatura do 200 stopni Celsjusza z minutą zerową przytrzymaj i naciśnij OK. Sprawdź, czy nie wszystkie sygnały wyświetlacza są zaznaczone i kliknij przycisk OK. Ustaw opóźnienie rozpuszczalnika na 2,50 minuty i wybierz przycisk OK. Upewnij się, że monitor zawiera temperaturę pieca GC, temperaturę F na wlocie GC, ciśnienie F na wlocie GC, obliczenie przepływu w kolumnie GC 2, napięcie MS EM, źródło MS MS, quad MS MS i kliknij OK. Wprowadź żądaną nazwę metody, aby ją zapisać. Kliknij sekwencję, a następnie uruchom sekwencję, a następnie wybierz opcję uruchom sekwencję, aby rozpocząć analizę próbki. Po zakończeniu sekwencji otwórz oprogramowanie MassHunter i wybierz nazwę pliku, aby wyświetlić dane.

Aby zidentyfikować piki produktu, kliknij spektrum, następnie raport z przeszukiwania biblioteki i OK, aby porównać uzyskane widma masowe z bazą danych NIST. Oblicz względny skład materiałów wyjściowych i produktów za pomocą równania. Atmosferyczna spektrometria mas mierzyła wodór wytwarzany w komorze uwodornienia i komorze elektrochemicznej w reaktorze membranowym.

Membrana palladowa przesiąkała 73% wodorem o średnim prądzie jonowym wynoszącym 27 pikoamperów w komorze uwodornienia i 10 w komorze elektrochemicznej. Natomiast inna membrana wykazała mniej niż 1% przenikania do wodoru. GC-MS uwodornienia pod kątem elektrochemicznym wykazał ostry pik materiału wyjściowego propiofenonu w miarę postępu reakcji, tworząc piki reprezentujące propylobenzen i 1-fenylo-1-propanol, podczas gdy pik propiofenonu zmniejszył się.

W przeciwieństwie do tego, propiofenon nie został przekształcony w produkt, gdy membrana palladowa nie była spolaryzowana elektrochemicznie. Jednak chromatogram wykazał nieoczekiwany pik przypisywany zanieczyszczeniu. Profil kinetyczny reakcji uwodornienia pod elektrochemicznie spolaryzowaną membraną palladową wykazał zmianę składu materiału wyjściowego i produktów.

W przeciwieństwie do tego, gdy membrana palladowa nie była spolaryzowana elektrochemicznie, skład materiału wyjściowego nie uległ zmianie, ponieważ produkt nie został uformowany. Ważne jest, aby zmontować reaktor, aby zapobiec wyciekom między komorami. Próbkowanie reakcji odbywa się za pomocą precyzyjnego urządzenia, takiego jak mikropipeta, aby zapewnić wysoką jakość danych z GC-MS.

W celu potwierdzenia struktury chemicznej produktów reakcji można przeprowadzić dodatkowe metody charakteryzacji, takie jak H NMR.