Seyitömer ve Kalibre Gaz Akışının Karbon Yüzey Radikal Doğa keşfetmek

Aşağıdaki deneyin genel amacı, katı karbon substratlarının yüzeyindeki stabil radikallerin doğasını ve oksidasyonun bu radikaller üzerindeki etkisini karakterize etmektir. Bu işlem, vakumlu bir fırında 95 °C'de kurutulmuş karbon numuneleri hazırlanarak gerçekleştirilir. İkinci adım olarak, numunelerin üzerinden diyamagnetik bir gaz akışı geçirilmekte ve karbon radikallerinin doğası, inert bir ortamdaki karbon radikallerinin niteliğini ve oluşum hızını karakterize eden EPR spektroskopisi ile tespit edilmektedir.

Ardından, yükseltgen bir ortamda karbon radikallerinin yok oluşunu takip etmek amacıyla karbon örneği üzerinden hava veya oksijen akışı sağlanır. Sonuçlar, B-E-T-F-T-I-R ve EPR ölçümlerine dayalı olarak kompozisyonlarına ve düşük yoğunluklarına bağlı olarak karbon substratların yükseltgenme işleminden farklı şekilde etkilendiğini göstermektedir. Bu tekniğin uygulamaları, kömür gibi katı enerji kaynaklarını da kapsamaktadır.

Bu oksidasyon süreçlerinin, uygun depolama ve kullanım açısından önemli etkileri olduğu için. Bu yöntem, katı yüzeylerdeki yüzey fonksiyonel grupları hakkında bilgi sağlayabilse de, zeolit, mezo, post materyaller ve tek tabakalar gibi diğer sistemlere de uygulanabilir. Çeşitli kafatası örneklerinin farklı radikal özelliklere sahip olduğunu keşfettiğimizde ilk kez bu fikre kapıldık.

Bu prosedüre başlamadan önce, karbon örneklerini vakum fırını içerisinde, inert bir ortamda ve açık cam şişelerde ısıtarak EPR ölçümleri için hazırlayın. Ardından, her bir şişeyi bir kömür örneği ile doldurun ve tüm oksijen izlerini gidermek için her örnek şişesini kauçuk bir septum ve alüminyum kapakla kapatın. Şişeyi bir vakum sistemine bağlayın ve tüm vanaları sızdırmaz hale getirin.

Vakum pompasını çalıştırın. Vakum valfini açtıktan sonra, monitörler yaklaşık 0,1 millibar vakum gösterene kadar bekleyin. Vakum valfini kapatıp 30'a kadar sayarak sızıntının minimum düzeyde olduğundan emin olun.

Flakondaki atmosferi uzaklaştırmak için numune valfini açın. Basınç, önceki adımda belirlenen başlangıç basınç değerine döndüğünde sızıntı testini tekrarlayın. Vakum sağlandığında ve flakonlardaki kalan atmosfer etkili bir şekilde temizlendiğinde vakum valfini kapatın.

Ardından, inert gaz valfini hemen açın ve basıncın 0.5 atmosfere ulaşmasını sağlayın. Bunun ardından, inert gaz valfini kapatın ve gazı uzaklaştırmak için vakum valfini açın. Sistemle temizleme işlemi tamamlandıktan sonra, vakum valfini kapatın ve gaz valfini hemen açarak basıncın 0.5 atmosfere ulaşmasını sağlayın.

Sistem ikinci kez temizlendikten sonra, gaz valfini açın ve basıncın bir atmosfere ulaşmasını sağlayın. Gaz valfini ve numune valfini kapattıktan sonra, vial'i nazikçe aşağı doğru çekip iğneyi çıkararak alın. Ardından, vakum sistemindeki gazı tahliye etmek için vakum valfini açın.

Sisteme hava girmesini sağlamak için numune valfini açın ve aynı zamanda yağ geri akışını önlemek için vakum pompasını kapatın. Bu aşamada, yeni durulanmış bir EPR tüpünün açık ucunu karbon numunesini içeren şişeye nazikçe yöneltin. EPR tüpünü bastırın ve çevirin.

Ardından, numune tabana eşit şekilde yayılana kadar nazikçe vurun. Tüp yeterli miktarda numune içerdiğinde, ucunu yaklaşık 0,5 ila bir santimetre kauçuk Teflon macunu kullanarak mühürleyin. Akış sistemini kurmak için, kömürle dolu olan EPR tüpü bölümünün tüm rezonatör boşluğunu doldurduğundan emin olarak kuvars tüpü EPR rezonatörüne yerleştirin.

Akış kontrolü için iki adet operasyon valfi bulunduğundan emin olarak, istenen akış gazını içeren bir tank düzeneği kurun. Ardından, kauçuk hortumu tanka bağlayın ve hortumun, kuvars tüp üzerinde gerilme yaratmayacak kadar pay bırakarak EPR kuvars tüpünün ucuna ulaştığından emin olun. Gaz akışını izlemek için kauçuk hortuma bir akış kontrol cihazı bağlayın.

Küçük gauge bir iğneyi kauçuk hortuma taktıktan sonra, manyetik alanı etkilememek için iğneyi, numunenin yaklaşık üç ila dört santimetre üzerinde kalacak şekilde kauçuk Teflon macununun içinden geçirin. Ardından, çıkış gazını tahliye etmek için kauçuk macunda bir delik açın. EPR spektrometresini açtıktan sonra, mikrodalga ayar panelini açın.

33 desibel güçteki çukuru bulun ve en iyi ayıklama koşullarını elde etmek için Auto-Tune özelliğini kullanın. Mikrodalga gücü iki miliwatt olarak ayarlandığında, manyetik alan ve zamanın bir fonksiyonu olarak 2D deneyi açın. Ardından deneyin uygun parametrelerini belirleyin.

Ardından, ölçüm döngüsünü başlatın ve gaz akışını açın. Numune dengeye ulaştıktan ve EPR çizgi şeklinde başka bir değişiklik kalmadıktan sonra gaz akışını durdurun, numuneyi havaya maruz bırakın ve ölçümlere devam edin. 50 spektrum elde edilene veya dengeye ulaşılana kadar devam edin. Bir.

Çeşitli kömür numuneleri üzerinde EPR deneyleri gerçekleştirildiğinde, yaklaşık 2,0028 G değerinde ikinci bir tür gözlemlenmiştir. Bu G değeri, serbest bir elektronun değerine yakındır ve sübstitüye edilmemişatik karbon merkezli radikallerle tutarlıdır. Bununla birlikte, her numune için toplam spin konsantrasyonu artı veya eksi %10 dahilinde sabit kalmıştır. Burada gösterilen deneysel hatalar, kömür numunesinin karbondioksite maruz bırakılmasından sonraki sıfır saniye ve 1900 saniyelik taramalardır.

1900. saniyedeki EPR spektrumu iki tür ile karakterizedir. Birincisi, beş 5G çizgi genişliğinde 2.004 G değerine sahipken; ikincisi, 2.0 G çizgi genişliğinde 2.0028 G değerine sahip çok daha dar bir türdür. Bu ikinci türün oluşum hızının yaklaşık 500 saniye olduğu belirlenmiştir. İlginç bir şekilde, stabilizasyon sonrası bu ikinci türün oluşum miktarı tüm kömür örnekleri için benzerdir ve başlangıç spin konsantrasyonuna göre %4 ila %5 olarak değerlendirilmiştir.

Geri kalan spinler, ya karbon merkezli radikallere ya da bir oksijen atomu içeren karbon merkezli bir radikale karşılık gelmektedir. Her örnekteki baskın radikal türlerinin farklı G değerleri, kömürün doğasına bağlıdır. Her kömür örneği için bu ikinci türün oluşum kinetiği farklı olduğundan, bu durum örneğin gözenek alanı ve/veya yüzey fonksiyonel grupları ile ilişkili olmalıdır.

Bu fonksiyonel grupları daha iyi karakterize edebilmek için, EPR verilerini tamamlayacak BET ve NMR gibi diğer teknikler gereklidir. Bu prosedürü uygularken, soğuk numunelerin etkili bir şekilde kurutulmasının hatırlanması önemlidir. Bu adım, tüm substratlarda hiçbir su molekülünün yeniden emilmediği bir temel hattın oluşturulabilmesi için kritik bir öneme sahiptir.

Bu prosedürlerin ardından; fonksiyonel grubun doğası, numunelerin gözenekliliği ve bileşimleri gibi ek soruları yanıtlamak için elementel analiz, NMR, BT ve FT-IR gibi diğer yöntemler uygulanabilir. Bu videoyu izledikten sonra, oksijenasyon işlemi altındaki radikal içeren katı yüzeylerin basit karakterizasyonunun nasıl gerçekleştirileceği konusunda iyi bir anlayışa sahip olmalısınız.