Bir Membran Reaktöründe Hidrojen Üretimi ve Kullanımı

Protokolümüz, elektrokimyasal hidrojen üretimini tek bir reaktörde kimyasal hammadde hidrojenasyonundan izole etmek için bir yöntem açıklamaktadır. İstenilen hidrojenasyon reaksiyonunda kullanılan hidrojen miktarını karakterize edebiliriz. Elektrokimya, hidrojenasyon kimyasından ayrılır.

Yan reaksiyon olasılığını azaltır ve bir elektrolit kullanımıyla sınırlı olduğundan daha fazla çözücü ve konsantrasyonla çalışmaya izin verir. Başlamak için, altıgen içine batırılmış pamuklu bezi kullanarak paladyum gofret çubuğunu temizleyin ve dijital sayaç yaklaşık 150 mikrometreyi okuyana kadar manuel bir rulo ile yuvarlayın. Daha sonra kalınlığı 25 mikrometreye düşürmek ve istenen boyutta parçalara ayırmak için otomatik bir silindir kullanın.

Tavlama için, haddelenmiş paladyum folyolarını azot atmosferi altında bir kalıp fırınına yükleyin. Sıcaklığı saatte 60 santigrat derece oranında kademeli olarak 25 ila 900 santigrat derece artırarak 1,5 saat boyunca 850 ila 900 santigrat derecede ısıtın. 10 mililitre nitrik asit, 20 mililitre% 30 hidrojen peroksit ve 10 mililitre deiyonize suyu karıştırarak bir temizleme çözeltisi hazırlayın.

Tavlanmış paladyum folyolarını, kuvvetli köpürme azalıncaya veya çözelti sararana kadar 20 ila 30 dakika boyunca temizleme çözeltisine batırın. Paladyum folyolarını deiyonize su ile iki kez yıkadıktan sonra, izopropil alkol ile durulayın ve havayla kurulayın. Daha sonra hazırlanan paladyum folyoları kullanarak reaktörü monte edin.

Elektrokaplama çözeltisini hazırlamak için, paladyum klorürü bir molar hidroklorik asit içinde çözün. Reaktörün elektrokimyasal bölmesini, hidrojenasyon bölmesini boş bırakarak hazırlanan çözeltinin 24 mililitresi ile doldurun. Elektrokimyasal bölmeye bir platin örgü anot ve gümüş klorür referans elektrodu yerleştirin.

Elektrotları bir potansiyostata bağlayın ve 15C yük geçene kadar gümüş klorüre karşı paladyum folyoya 0.2 volt potansiyeli uygulayın. Reaktörü söktükten sonra, elde edilen paladyum zarını iki kez deiyonize su ve bir kez izopropil alkol ile durulayın. Hava veya azotla kurutulduktan sonra, membran yüzeyinde görünür bir siyah paladyum birikimi olup olmadığını kontrol edin.

Reaktörü monte etmek için, hazırlanan paladyum zarını bir elektrokimyasal H hücresinin iki yarısı arasına sıkıştırın. Hücrenin sol tarafı ile paladyum membranı arasına kimyasal maddelere dayanıklı bir conta yerleştirin. Hücrenin sağ tarafına ek bir conta yerleştirildikten sonra, reaktör konfigürasyonunu kapatmak için bir klips kullanın.

Elektrokimyasal hidrojenasyon için, elektrokimyasal bölmeyi 24 mililitre bir molar sülfürik asit ile doldurun. Elektrokimyasal bölmeye bir platin sayaç elektrodu yerleştirin ve bir güç kaynağının pozitif terminaline bağlayın. Bakır bant kullanarak, paladyum membranını negatif terminale takın.

Daha sonra 15 dakika boyunca hücre boyunca 250 miliamperlik bir galvanostatik akım ve 3 ila 5 voltaj uygulayın. Reaksiyon çözeltisinin 30 mikrolitresini örnekledikten sonra, galvanostatik akımı koruyarak kimyasal bölmeye 24 mililitre ekleyin. Mikro pipetle her 15 dakikada bir numune toplayın.

GC-MS şişesinde bir mililitre diklorometan içinde çözün ve reaksiyon tamamlanana kadar saklayın. Numuneleri analiz etmek için bunları otomatik numune alma tepsisine yükleyin. Ardından GC-MS yazılımını başlatmak için MassHunter simgesine tıklayın.

Sırayı seçin ve ardından dizi düzenleme penceresini açmak için sırayı düzenleyin. Örnek adını, flakon konumunu, yöntem yolunu, yöntem dosyasını, veri yolunu ve veri dosyasını grafiğe doldurun. Numune türünü numune ve seyreltmeyi 1 olarak ayarlayın.

Yöntemi ayarlamak için yönteme ve ardından tüm yöntemi düzenleye tıklayın. Hem yöntem bilgilerini hem de cihaz alımını kontrol edin ve OK düğmesine basın. Ayrıca, veri alımını ve veri analizini doğrulayın kontrol edilir. Diğer tüm alanları boş bırakın ve Tamam'ı tıklatın. Numune girişini GC ve enjeksiyon kaynağını GC ALS olarak ayarlayın.

MS kullan kutusunun işaretli olduğundan, giriş konumunun öne ayarlandığından, MS'nin öne bağlı olduğundan emin olun ve ardından Tamam'ı tıklatın. Giriş tırnağının altında, ısıtıcı sıcaklığını 250 santigrat dereceye, basıncı inç kare başına 7,2 pound'a ve helyum akışını dakikada 23,1 mililitreye ayarlayın. Fırın tırnağının altında, başlangıç sıcaklığını bir dakika bekleterek 50 santigrat dereceye ayarlayın. Rampa hızını dakikada 25 santigrat dereceye ayarlayın.

Sıcaklığı sıfır dakika basılı tutarak 200 santigrat dereceye kadar tutun ve Tamam'a basın. Tüm ekran sinyallerinin seçili olmadığından emin olun ve Tamam'ı tıklatın. Çözücü gecikmesini 2,50 dakika olarak ayarlayın ve Tamam'ı seçin. Monitörün GC fırın sıcaklığını, GC giriş F sıcaklığını, GC giriş F basıncını, GC sütun 2 akış kalsini, MS EM voltlarını, MS MS kaynağını, MS MS dörtlüsünü içerdiğinden emin olun ve Tamam'a tıklayın. Yöntemi kaydetmek için istediğiniz yöntem adını girin. Sıranın ardından çalıştırma sırasına tıklayın ve ardından örnek analizi başlatmak için çalıştırma sırasını seçin. Dizi tamamlandıktan sonra, MassHunter yazılımını açın ve verileri görüntülemek için dosya adını seçin.

Ürün piklerini belirlemek için spektrumu, ardından kitaplık arama raporunu ve alınan kütle spektrumlarını NIST veritabanıyla karşılaştırmak için Tamam'ı tıklatın. Denklemi kullanarak başlangıç malzemelerinin ve ürünlerinin göreceli bileşimini hesaplayın. Atmosferik kütle spektrometrisi, hidrojenasyon bölmesinde üretilen hidrojeni ve membran reaktöründeki elektrokimyasal bir bölmeyi ölçtü.

Paladyum membranı, hidrojenasyon bölmesinde 27 pikoamper ve elektrokimyasal bölmede 10 ortalama iyonik akım ile% 73 hidrojene nüfuz etti. Buna karşılık, başka bir membran hidrojene %1'den az nüfuz gösterdi. Elektrokimyasal bir önyargı altında hidrojenasyonun GC-MS'si, propiyofenon zirvesi azalırken, propiyofenon zirvesi azalırken, reaksiyon ilerledikçe başlangıç malzemesi propiofenonunun keskin bir zirvesini gösterdi.

Buna karşılık, paladyum membranı elektrokimyasal olarak önyargılı olmadığında propiofenon ürüne dönüştürülmedi. Bununla birlikte, kromatogram, bir safsızlığa atfedilen beklenmedik bir tepe noktası gösterdi. Elektrokimyasal olarak önyargılı bir paladyum membran altında, hidrojenasyon reaksiyonunun kinetik profili, başlangıç malzemesi ve ürünlerindeki bileşim değişikliğini göstermiştir.

Buna karşılık, paladyum membranı elektrokimyasal olarak önyargılı olmadığında, ürün oluşturulmadığı için başlangıç malzemesi bileşimi değiştirilmedi. Bölmeler arasındaki sızıntıyı önlemek için reaktörü monte etmek önemlidir. GC-MS'den kaliteli veriler elde etmek için reaksiyonu mikro pipet gibi hassas bir cihazla örnekleyin.

Reaksiyon ürünlerinin kimyasal yapısını doğrulamak için H NMR gibi ek karakterizasyon yöntemleri uygulanabilir.