Reaktif Gözenekli Malzemelerin Saflaştırılması Süperkritik Azot İşleme

Aşağıdaki deneyin genel amacı, süperkritik nitrojen kullanarak magnezyum yuvası, hidrit, gözenekli, kompleks bir hidrit ve yüksek yoğunluklu hidrojen depolama malzemesini saflaştırmaktır. Bu, ilk olarak, bir magnezyum burro hidrit numunesinin, faz diyagramının kritik bölgesine yakın kritik bölgesinde eksi 163 santigrat derece ve 20 bar'da sıkıştırılmış sıvı nitrojene batırılmasıyla elde edilir, burada yüksek sıvı yoğunluğu, Dior ve uç butil türleri gibi hedef safsızlıklara karşı yüksek bir çözücü gücünün göstergesidir. İkinci adım olarak, sıvı nitrojen ısıtılır ve eksi 123 santigrat derece ve yaklaşık 100 bar'da faz diyagramının yoğun süperkritik bölgesine sıkıştırılır.

Daha sonra, süperkritik nitrojen ve herhangi bir çözünmüş tür, eksi 123 santigrat derecede vakuma kadar basıncı yavaşça azaltarak numuneden ekstrakte edilebilir, böylece yüzey gerilimi etkilerinin hedef türün zayıf ekstraksiyonuna yol açabileceği sıvıdan gaza faz geçişini atlatabilir. Sonuçlar, yinelemeli süperkritik nitrojen kurutma işlemlerinden sonra gazın ayrıştığını göstermektedir. Magnezyum yuva hidrit ürünleri, yalnızca kızılötesi spektroskopi ile birleştirilmiş sıcaklık programlı ayrışmaya dayalı hidrojenden oluşur.

Araştırma faaliyetlerimizin odak noktası, yenilenebilir enerjinin depolanmasıyla bağlantılı malzeme bilimidir. Hidrojen depolama malzemeleri olarak karmaşık hidritler üzerine öncü araştırmamızın başlangıcından bu yana, borohidrür bileşiklerinin sentezi bir zorluk olmuştur. Saf bileşiklerin üretilmesi zordur, ancak bilimsel araştırmalar için gereklidir.

Saflaştırma metodolojileri, katı hal hidrojen depolama alanında, kompleks hidratların ayrışma reaksiyonlarında safsızlıkların nasıl bir rol oynadığı gibi temel soruların yanıtlanmasına yardımcı olabilir. Cevap karmaşık ve bugün bile anlaşmazlık konusu olmaya devam ediyor. Bu stratejiyi takip etme fikri, 2009 yılında metal organik çerçevelerin aktivasyonunda süperkritik karbondioksitin etkin kullanımını bildiren hopin meslektaşlarının çalışmalarından ilham aldı.

Burada, EBR sıcaklıklarından çok daha düşük faz diyagramının yüksek yoğunluklu süperkritik bölgesinden yararlanarak gözenekli kompleks hidritler için benzer şekilde nitrojen kullanıyoruz. Süperkritik nitrojen işlemenin süperkritik, karbondioksit kurutma gibi mevcut yöntemlere göre ana avantajı, nitrojenin ideal bir süperkritik çözücünün birçok avantajını sergilerken, yabancılaştırıcılar ve bo hidritler gibi bileşikleri güçlü bir şekilde indirgeme yönünde olmasıdır. Dördü de.

Bu özel yöntemin, gözenekli magnezyum delikli hidritin işlenmesinde etkili olduğu gösterilmiştir. Karbondioksitin reaktivitesinin kullanımını yasakladığı diğer malzemelere de uygulanabilir Bir kurutma veya ekstraksiyon maddesi olarak, gereken soğuk sıcaklıklar ve mütevazı basınçlar onu neredeyse evrensel olarak uygulanabilir kılar. Bir gaz besleme dozaj manifoldu, bir vakum sistemi, sıcaklık ve basınç sensörleri ve tümü yüksek basınçlı gaz tüpü yükü 0.1 ila 0.5 gram magnezyum borow hidrit ile ortam sıcaklığında bir Argonne torpido gözü gibi bir iç atmosfer altında numune tutucuya bağlanan numune ortamından oluşan temel bir süper kritik kurutma aparatı kullanın.

Numune tutucuyu bir filtre contası ile kapatın ve ardından valfi kapatın. Numune tutucuyu torpido gözünden çıkardıktan sonra, bunu takip eden aparata takın, V two üzerinden vakumlamak için dozaj manifoldunu açın ve boşaltın. V üç'ü açtıktan ve boşalttıktan sonra, cihazı V bir üzerinden nitrojen ile tünetin ve V iki ile boşaltın.

Birkaç kez boşaltın ve boşaltın. Ardından V dördü açın ve numuneyi oda sıcaklığında 24 saate kadar boşaltın. Sistemin minimum basıncına ulaşmak için, banyoyu bir makaslı platform üzerindeki konumuna yükselterek numune tutucunun etrafına numune banyosunu monte edin.

Bunu takiben, ısıtıcıyı eksi 163 santigrat derece olan gelecekteki istenen sıvı sıcaklığına ayarlayın ve sıcaklık dengelenene kadar cihazı boşaltmaya devam edin Magnezyum boro hidritin nitrojen süperkritik kurutma işlemi için, mililitre başına 0,6 gramlık bir ara yoğunluğa karşılık gelen eksi 163 santigrat derecelik bir sıvı sıcaklığı seçin. Daha sonra, V'yi kapatarak sistemi kapatın, iki gaz kelebeği açın, V birini yavaşça açın, basıncın 20 bar'ın üzerindeki aşamalı diyagramın sıvı bölgesine yükselmesine izin verin. Sistemi 20 bar ve eksi 163 santigrat derecede dengeledikten sonra, numunenin dört saat boyunca sıvı nitrojen içinde ıslanmasına izin verin.

Isıtıcıyı eksi 123 santigrat dereceye ayarlayın amp dakikada iki dereceye eşit veya daha az. Sistemi maksimum nominal basınçta ve eksi 123 santigrat derecede dengeledikten sonra basıncın, aparatın maksimum nominal basıncından daha yüksek olmamasına izin verin. Bu noktada numunenin bir saat veya daha uzun süre süperkritik nitrojen içinde ıslanmasına izin verin.

V bir'i kapatın ve ardından V ikiyi kısarak sistemi vakumlamak için dikkatlice kırın ve basıncın mümkün olduğunca yavaş düşmesine izin verin. İşlemden sonra oda sıcaklığında ve yüksek vakumda dengelenen numuneyi tamamen boşaltmak için numune banyosunu çıkarın ve V 2'yi tamamen açın. V üç ve V dört valflerini kapatın ve numune tutucuyu cihazdan çıkarın.

Numune tutucuyu, kullanım için argon dolgulu torpido gözü gibi inert bir ortama aktarın. Son olarak, numuneyi numune tutucusundan çıkarın ve ortam sıcaklığında kapalı bir kapta saklayın. Burada açıklanan süperkritik nitrojen kurutma metodolojisi, gözenekli magnezyum boro hidritin saflaştırılması için başarılı olmuştur.

Ekstraksiyonun hedef türleri, süperkritik nitrojen kurutma ile tekrarlanan işlemlerden sonra ihmal edilebilir miktarlara indirgenen D delme ve spesifik olmayan bir uç bütil safsızlığıydı, üç işlemden sonra ayrışma sırasında gelişen gaz türlerinin kızılötesi spektroskopisi ile gösterildi, tespit edilen hiçbir safsızlık kalmadı. Belirli bir uygulama için bir dizi başarılı protokol koşulu oluşturulduktan sonra, bu teknik, büyük miktarlarda sentezlenmiş materyali saflaştırmak için ölçeklendirilebilir. Ana sınırlama, numunenin banyo ile yeterli termal temasa sahip olması ve dolayısıyla uygun şekilde tasarlanmış bir numune ortamına sahip olmasıdır.

Bu işlem için uygun bir aparat hazırlanırken dikkat edilmesi gereken en önemli husus düşük sıcaklık banyosudur. Bu prosedür son derece düşük sıcaklıklar gerektirmediğinden, bu prosedürü takiben, soğutucu olarak sızıntı nitrojenine batırılmış tipik bir tezgah tipi ısıtıcı içeren basit bir tasarım tercih ettik. Elde edilen numune üzerinde x-ışını foto elektron spektroskopisi, kızılötesi spektroskopisi veya Raman spektroskopisi gibi analitik yöntemler gerçekleştirilebilir.

Kalıntı safsızlıkların istenmeyen etkisi olmadan, numune karakterizasyondan hemen önce kolayca işlenebilir. Süper kritik ekstraksiyon teknikleri halihazırda çok çeşitli uygulamalarda kullanılmaktadır. Kahve çekirdeklerinin kafeinsizleştirilmesinden, ekstraksiyon maddesi olarak nitrojen kullanan gözenekli desteklerde katalizör biriktirme için gelişmiş yöntemlere kadar, bu tekniklerin uygulanabilirliğini, diğer daha yaygın süperkritik çözücülere karşı reaktif olan malzemelere genişletiyoruz.

Yeni tekniklerin geliştirilmesi, bilim adamlarının ortaya çıkan malzemelerle ilgili soruları cevaplamasına olanak tanır. Hidrojen enerjisi uygulamaları için süperkritik nitrojen işleme, geleceğin sürdürülebilir enerji ortamında mobil hidrojen depolama malzemeleri olarak hizmet vermeye bir adım daha yaklaşan yeni nesil kompleks hidroları getirebilir.