Diese Arbeit wurde von der Europäischen Brennstoffzellen und Hydruogen gemeinsamen Unternehmens unter Gemeinschaftsprojekt BOR4STORE (Grant Agreement No. 303428) und Infrastrukturprogramm H2FC (Grant Agreement Nr FP7-284522) unterstützt.

1. Geräte <ol><li> Verwenden Sie ein Grundkritische Trocknung (SCD) Vorrichtung vier Hauptkomponenten von Hochdruck-Gasrohrleitung geschaltet sind: die Gaszufuhr, ein Vakuumsystem, Sensoren (Temperatur und Druck), und die Probenumgebung (die in ein Bad eingetaucht werden kann). Stellen Sie sicher, dass die Konstruktion aus hochwertigem Edelstahl Ventile, Armaturen und Schläuche, um zumindest 10 MPa druckfeste im Temperaturbereich zwischen 80 bis 300 K. Anmerkung: Eine schematische, ist in 1 gezeigt. </li><li> Für Stickstoff ScD (nscd) Behandlungen, sicherzustellen, dass die Gasversorgung ist die Forschung Reinheit (&gt; 99,999%) Stickstoffgas mit einem Druckregler für Ausgangsdruckregelung zwischen 0-10 MPa ausgestattet. Bringen Sie einen 50-l-Flasche (20 MPa) auf die Vorrichtung, und spülen Sie das System mit reinem Stickstoff mehrmals vor der Benutzung. </li><li> Sicherzustellen, dass das Unterdrucksystem ist in der Lage zu erzielen Vakuumdrücke bis zu &lt;0,1 Pa und an der Vorrichtung mit einer angeschlossenenFeinsteuerungsnadelventil. Vorzugsweise verwendet eine ölfreie Vorvakuumpumpe und einem Molekular Ziehen Turbopumpe, in Reihe angeordnet. </li><li> Verwenden mindestens zwei Drucksensoren für die genaue Messung des Drucks während ScD Behandlungen: eine Niederdrucksensor zur Druckmessung und eine Hochdrucksensor insgesamt meßbare Druckbereich zwischen 0,1-10 7 Pa zu erreichen. </li><li> Verwenden mindestens zwei Temperatursensoren für die erforderliche minimale Genauigkeit, typische ScD Behandlungen auszuführen: einen Sensor in thermischem Kontakt mit der Probe und einem Sensor innerhalb der primären Gasdosierung Verteiler für genaue Messungen zwischen 77-300 K (zum Beispiel K-Typ-Thermoelement) . </li><li> Prüfen, dass der Probenhalter einen geeigneten inneren Volumen, um die Menge der Probe, die für die Behandlung enthalten und besteht aus rostfreiem Stahl. Hinweis: eine verlängerte zylindrische Bauform Hilfen in thermischen Kontakt mit dem Bad. </li><li> Sicherzustellen, dass die Armatur, die den Probenbehälter verschließt appropriate für hohe Drücke und wiederholten Gebrauch (zB Swagelok VCR). Verbinden den Probenbehältervolumen zu einem Ventil für die Isolierung von der Außenumgebung über eine entsprechende Rohrlänge (das Tauchrohr) zum vollständigen Eintauchen des Probenhalters in die Badewanne. </li></ol><img alt="Abbildung 1" src="/files/ftp_upload/52817/52817fig1.jpg" /> . Abbildung 1. kritischer Stickstoff Trocknung (nscd) Geräte Eine schematische Darstellung des vereinfachten nscd Vorrichtung zur Verwendung in der typischen Labor: (A) bei Raumtemperatur und (B) nach dem Eintauchen der Probe in der Badewanne. Die Gaszufuhr für die in dieser Arbeit beschriebenen Verfahren ist Stickstoff, aber diese allgemeine Vorrichtung verallgemeinerbar zu anderen ScD Fluide mit einer kritischen Punkt innerhalb eines praktischen Bereichs von Temperatur und Druck, wie zum Beispiel CO 2 liegend ist. Die Komponenten werden auf Konsistenz mit th beschriftete-Protokoll hier beschrieben. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52817/52817fig1highres.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> 2. Vorbereitung <ol><li> Last 0,2-0,5 g Probe (γ-Mg (BH 4) 2, in Form von Pulver, nach nasschemischen Synthese und Standardtrocknungsverfahren) in den Probenhalter unter entsprechenden Bedingungen, typischerweise in einer inerten Atmosphäre, wie einer Argon Glovebox bei Raumtemperatur oder darunter. Schließen Sie den Probenhalter (passend F2) mit einem Filter Dichtung und schließen Sie das Ventil (Ventil V4). Übertragen Sie den Probenhalter mit der Vorrichtung und befestigen (Fitting F1). </li><li> Öffnen Sie die Dosierung Verteiler über V2 absaugen und evakuieren. Open V3 und zu evakuieren. Spülen Sie die Apparatur mit Stickstoff über V1 und V2 über evakuieren. V4 offen und evakuieren der Probe bei RT für bis zu 24 h, um den minimalen Druck des Systems (&lt;0,1 Pa) zu erreichen. </li><li> Installieren Sie die Proben Bad (siehe <strong&gt; Abbildung 2), die um den Probenhalter. Führen Sie dies durch die Erhöhung der Bad in Position auf ein Scherenarbeitsbühne, oder einen ähnlichen Mechanismus. </li><li> Stellen Sie die Heizung auf die gewünschte Zukunft Flüssigkeitstemperatur (T l, siehe Schritt 3.1) von 110 K, und weiter, um das Gerät zu evakuieren, bis die Temperatur im Gleichgewicht. </li></ol><img alt="Figur 2" src="/files/ftp_upload/52817/52817fig2.jpg" /> Abbildung 2. Cryogenic Furnace Proben Bath. Eine schematische Darstellung (links) und Foto (rechts) eines Kryostaten Thermalbad Umgebung zur Aufnahme der Probenhalter während nscd Bearbeitung schaffen: Die Messung und Steuerung der Probentemperatur zwischen 77 bis 298 K. entsprechende <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52817/52817fig2highres.jpg" target="_blank">Bitte Klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> 3. kritischer Stickstoff Exposure <ol&gt; <li> Für nscd Verarbeitung von γ-Mg (BH 4) 2, (das Thema der Demonstration in diesem Protokoll) Wählen Sie ein Flüssigkeitstemperatur (T l) von 110 K. Dies entspricht einem moderaten flüssigen Lösungsdichte (~ 0,6 g ml -1) ; Stellen Sie für die Anwendung dieses Protokolls zu anderen nscd Behandlungsverfahren wie nötig (siehe Hinweis unten). </li><li> Schließen Sie das System, um Vakuum durch Schließen V2. Drosselöffnungs V1 langsam, wodurch der Druck in den Flüssigkeitsbereich des Phasendiagramms zu erhöhen. Äquilibrieren das System bei 2 MPa und T l. </li><li> Weichen Sie die Probe in flüssigem N 2 für 4 Stunden. </li><li> Stellen Sie die Heizung auf 150 K mit einer Rampe ≤2 K min -1. Lassen Sie den Druck zu erhöhen, nicht höher als die maximale Nenndruck des Gerätes (das P max sollte ≥10 MPa); falls notwendig, sorgfältig zu entlüften den Überdruck über V2 Vakuum. Ins Gleichgewicht des Systems bei P max und 150 K. </li><li> Weichen Sie die Probe in supercritical N 2 für 1 Stunde. </li></ol><img alt="Figur 3" src="/files/ftp_upload/52817/52817fig3.jpg" /> Abbildung 3. Phasendiagramm von Stickstoff. Eine detaillierte Phasendiagramm von Stickstoff, wobei die Fluiddichte (in linearer Graustufen dargestellt) ist mit REFPROP (ein modifiziertes Webb-Benedict-Rubin Zustandsgleichung) berechnet. 41 verschiedene Linien konstanter Dichte werden angezeigt in Lila. Die Festphasengrenzen und Kochen Gangslinien werden rot dargestellt. Die blauen Linien zeigen die Grenzen der Region des Phasendiagramms, das zum Trocknen oder Extraktionsverarbeitung unter Verwendung von N 2 relevant sind. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52817/52817fig3highres.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> Hinweis: Für die Anwendung dieses Protokolls zu anderen Materialien zu etablieren eine angemessene Behandlung nscd scheme durch die Wahl der für eine effektive Solvatation der Zielarten notwendigen Voraussetzungen. Beziehen sich auf das Phasendiagramm von N 2, in Abbildung 3 dargestellt. Um eine hohe Fluiddichte in der Flüssigphase zu erreichen (zB 0,8-1 g ml -1), wählen Sie eine T l von 80-90 K. Für moderate Flüssigkeitsdichte (beispielsweise 0,6 bis 0,8 g ml -1), wählen Sie eine T l 90 bis 115 K. Ein Versuch und Irrtum Ansatz erforderlich sein. 4. kritischer Stickstoff Mitteilung <ol><li> Vorsichtig knacken das System Vakuum durch Drosselung V2, so dass der Druck, so langsam wie möglich zu verringern. Wiederholt das System zu knacken, um höhere Druckgeschwindigkeiten wie nötig, um einen allmählichen Rückgang auf Hochvakuum (&lt;0,1 Pa) im ungefähren Zeitraum von 12-24 h zu erreichen. </li><li> Entfernen Sie die Probe Badewanne und voll geöffnet V2 um die Probe vollständig zu evakuieren. Äquilibrieren bei Raumtemperatur und Hochvakuum (&lt;0,1 Pa). </li><li> Entgasen die Probe bei RT und &lt;0,1 Pa für 1-24 h, wie desired. </li></ol> 5. Nachbehandlung <ol><li> Schließen Ventile V3 und V4, und entfernen Sie den Probenhalter aus dem Gerät (Fitting F1). </li><li> Übertragen des Probenhalters zu einer inerten Umgebung für die Handhabung, wie beispielsweise einem mit Argon gefüllten Handschuhkasten. Entfernen Sie die Probe aus dem Probenhalter (passend F2) und Speicher in einem verschlossenen Behälter bei Raumtemperatur oder darunter. </li></ol>

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C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultra-High-Pressure+Gas+Chromatography+in+Micro+Columns+to+2000+Atmospheres.">Ultra-High-Pressure Gas Chromatography in Micro Columns to 2000 Atmospheres.</a> Sep. Sci. 1 (6), 761-776 (1966).</li><li>McLeary, E. E., Jansen, J. C., Kapteijn, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Zeolite+based+films,+membranes+and+membrane+reactors:+Progress+and+prospects.">Zeolite based films, membranes and membrane reactors: Progress and prospects.</a> Microporous Mesoporous Mater. 90, 198-220 (2006).</li><li>Richter, B., Ravnsb&#230;k, D. B., Tumanov, N., Filinchuk, Y., Jensen, T. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Manganese+borohydride;+synthesis+and+characterization.">Manganese borohydride; synthesis and characterization.</a> Dalton Trans. , (2015).</li><li>Liang, S., Tilotta, D. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Extraction+of+petroleum+hydrocarbons+from+soil+using+supercritical+argon.">Extraction of petroleum hydrocarbons from soil using supercritical argon.</a> Anal. Chem. 70 (3), 616-622 (1998).</li></ol>

Die Autoren haben nichts zu offenbaren.

Vielleicht aufgrund seiner relativ niedrigen kritischen Temperatur (126 K), N 2 wurde historisch als wirksame ScD Lösungsmittel sehen worden. In früheren Berichten 3,17,42,43 es nur im Zusammenhang mit den Verarbeitungstemperaturen bei oder über Umgebungstemperatur, wo es nur bescheidene Solvatisierungskraft zeigt aufgrund seiner geringen Dichte des Fluids in diesem Bereich seiner Phasendiagramm angedeutet ist (mit der Ausnahme bei extrem hohen Drücken 43). Der Schlüsselschritt bei ...

Kritischen Fluidextraktion (SFE) und Trocknen (SCD) Verfahren sind in einer Vielzahl von praktischen Anwendungen gestellt werden, insbesondere in der Lebensmittel- und Erdölindustrie, aber auch in der chemischen Synthese, Analyse und Materialbearbeitung. 1-6 die Verwendung von Trocknungs oder Extraktionsmittel bei Bedingungen oberhalb ihrer kritischen Punkte oft schneller, sauberer und effizienter als herkömmliche (flüssig) Techniken und hat den zusätzlichen Vorteil, dass sie in Bezug auf die gut einstellbare Solvatisierungskraft des Fluids durch geringfügige Anpassung der Betriebsbedingungen, . 3,7 Eine einfache ScD Verfahren besteht aus drei grundlegenden Schritten. Der erste Schritt ist Aussetzen des Feststoffes (oder auch Flüssigkeit) Ausgangsmaterial, das das Zielverunreinigungsverbindung, die zu einem geeignet gewählten ScD Fluid in seiner flüssigen enthält (oder nahezu superkritischen flüssigen) Phase, in der hohen Dichte entspricht einer hohen (und vielleicht selektive 7) Lösungsvermögen in Bezug auf die Zielspezies. Ter zweite Schritt Erhitzen und Zusammendrücken des Systems über kritische Punkt der gewählten ScD Fluids in einem geschlossenen Behälter, so dass die Flüssigkeit und seiner gelösten Zielarten keine Phasengrenze, die in Trennung führen könnte passieren. Der letzte Schritt wird langsam den Druck des Fluids zu ScD Vakuum Reduzieren bei einer Temperatur oberhalb der kritischen Temperatur, so dass der Fluidlösung, welche die Zielarten zu entgehen, wiederum ohne auf eine Phasengrenze oder nachteilige Wirkungen der Oberflächenspannung auf dem Weg. Das Ausgangsmaterial wird links abgereicherten der Zielarten und kann iteriert Behandlungen unterzogen werden, falls erforderlich. In Fällen von überkritischen Fluidextraktion wird die Ziel gelösten Stoff das gewünschte Produkt und wird aus der Lösung für die weitere Verwendung. 8,9 gesammelt In anderen Fällen ist die getrocknete oder gereinigtem Ausgangsmaterial wird das gewünschte Produkt, und die extrahierten Verunreinigungen werden verworfen. Dieses letztere Szenario hierinals ScD Ansatz, entdeckt wurde, um eine wirksame Strategie für die Vorbehandlung von großer Oberfläche, mikroporöse Materialien, wie Metall-organische Gerüste (MOFs), wo traditionelle Wärmebehandlungsverfahren unter Vakuum in vielen Fällen bei der Klärung der Poren nicht ausreichend aller unerwünschten Gäste, oder führen zu Porenkollaps. 10 Kohlendioxid ScD (CSCD) Verarbeitung ist heute ein Routine post-Syntheseverfahren für MOFs, 11, die zu Erhöhungen der stickstoff zugänglichen Oberflächenbereiche gegenüber unbehandelten Materialien von bis zu 1000% 12 und andere Verbesserungen, wie zum Beispiel bei der katalytischen Aktivität. 13 Andere bemerkenswerte kritischen Fluid Anwendungen sind als breit abstimmbaren Medium für chemische Reaktionen, 14-16 kritischen Fluid-Chromatographie (SCFC) 6,17,18 und Synthese von Aerogelen und fortgeschrittenen Kompositmaterialien. 19- 22 Zum Trocknen von Anwendungen wird ein Fluid ScD Auserwählter nach zwei Kriterien: a) die Nähe seineskritischen Punkt auf Umgebungsbedingungen (der Einfachheit halber und um die Energiekosten oder die Prozesskomplexität zu reduzieren) und b) ihre Solvatation Leistung in Bezug auf die Zielarten. Kohlendioxid (CO 2), hat sich als praktisch ScD Fluid bei vielen Anwendungen, da es ungiftig, nicht brennbar, und billig ist, und kann abgestimmt werden, um eine hohe Solvatisierungskraft Richtung einer Reihe von gängigen organischen Zielspezies in seiner nahezu Flüssigkeit aufzuweisen Zustand (bei ​​Drücken von &lt;10 MPa und Temperaturen von 273 bis 323 K). 1-3,7-9 Andere häufige superkritischen Lösemitteln (oder Co-Lösungsmittel) sind Wasser (Spanning eine bemerkenswerte Reihe von Lösungsmitteleigenschaften zwischen seiner Umgebung und überkritischen Zustand 23), Aceton, Ethylenglycol, Methanol, Ethanol, und Ethan und deckt das Spektrum von polaren (protische und aprotische) unpolare und mit kritischen Punkten relativ nahe Umgebungsbedingungen. Kohlendioxid ist bei weitem die am häufigsten verwendeten ScD Flüssigkeit. In etablierten CSCD Methoden, die Reaktivitätdes Ausgangsmaterials ist nicht hemmenden Faktor, da CO 2 nur sehr schwach bei Temperaturen in der Nähe des kritischen Punktes reaktiv. Jedoch können bestimmte Klassen von Materialien, wie beispielsweise sogenannte komplexe Hydride (beispielsweise Alanaten und Borhydriden) vorhanden einzigartige Herausforderungen bei der Handhabung aufgrund ihrer starken Reaktivität in Gegenwart von Wasser oder CO 2 zusätzlich zu ihrer (vielleicht absichtlich zugeschnitten) Instabilität unter Erhitzen . 24-26 Darüber hinaus gibt es große internationale Interesse an solchen Materialien wie High-Density-Wasserstoffspeicherverbindungen, 27-30 und damit auch in nanostrukturierten und / oder porösen Sorten 31-33. Für die wirksame Reinigung solcher reaktiven, instabil und nanostrukturierten Materialien sind ScD Verfahren eine vielversprechende Strategie. 34 A ScD Flüssigkeit verwendet werden, die eine geringe Moleküldurchmesser zum Eindringen in engen Hohlräumen geeigneten hat und die auch eine hohe Solvatisierung Leistung zur Ziel Verunreinigungen, while restlichen unreaktiv gegenüber dem Ausgangsmaterial selbst. Hierin wird die Verwendung von überkritischem Stickstoff (N 2) als eine effektive Fluid für solche Extraktion und besonders Trocknungsanwendungen wird präsentiert. Eine spezifische kritischer Stickstoff Trocknung (NSCD) Methodik wird nachstehend zur Reinigung von γ-Phasen Magnesiumborhydrid, deren Zielart umfassen sowohl Diboran und ein n-Butyl-Verbindung (ähnlich, jedoch nicht genau erkennbar n-Butan) beschrieben. Das folgende Protokoll kann leicht für die allgemeine Ausweitung auf andere überkritischer Stickstoff Trocknen oder Extraktionsverfahren geändert werden.

<table><tbody><tr><td>Compressed Nitrogen Gas</td><td>Messer Schweiz AG</td><td></td><td>50 L bottle, purity &gt; 99.999%, &amp;lt;3 ppmv H&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;O</td></tr><tr><td>Liquid Nitrogen</td><td>Pan Gas AG</td><td></td><td>Bulk storage, on site</td></tr><tr><td>Custom Supercritical Drying Apparatus</td><td>Empa</td><td></td><td>Swagelok (compression fitting and VCR) components</td></tr><tr><td>Custom Cryogenic Furnace Bath</td><td>Empa</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Custom Labview Interface</td><td>Empa</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

supercritical nitrogen processing for the purification of reactive porous materials

Supercritical fluid extraction and drying methods are well established in numerous applications for the synthesis and processing of porous materials. Herein, nitrogen is presented as a novel supercritical drying fluid for specialized applications such as in the processing of reactive porous materials, where carbon dioxide and other fluids are not appropriate due to their higher chemical reactivity. Nitrogen exhibits similar physical properties in the near-critical region of its phase diagram as compared to carbon dioxide: a widely tunable density up to ~1 g ml-1, modest critical pressure (3.4 MPa), and small molecular diameter of ~3.6 &#197;. The key to achieving a high solvation power of nitrogen is to apply a processing temperature in the range of 80-150 K, where the density of nitrogen is an order of magnitude higher than at similar pressures near ambient temperature. The detailed solvation properties of nitrogen, and especially its selectivity, across a wide range of common target species of extraction still require further investigation. Herein we describe a protocol for the supercritical nitrogen processing of porous magnesium borohydride.

Alkali- und Erdalkaliborhydriden potentielle Wasserstoffspeichermaterialien, die einen hohen Gehalt an gasförmigem Wasserstoff zu liefern bei der Zersetzung. 27,29 andere Abbauprodukte wie Diboran auch manchmal in der Gas desorbiert erfasst wurde, aber ihr Ursprung ist nicht von vornherein klar, ; es ist möglich, es sich um Produkte des reinen Phasenzersetzung, kann aber auch Verunreinigungen oder Produkte von Reaktionen von Verunreinigungen 35 die poröse Phase Magnesiumborhydrid sein Überbleib...

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Supercritical Nitrogen Processing for the Purification of Reactive Porous Materials

Stickstoff ist ein wirksames kritischen Fluids für die Extraktion oder Trocknen aufgrund seiner kleinen Molekülgröße, hoher Dichte im nahen Flüssigkeitskritischen Bereich und chemische Inertheit. Wir stellen eine überkritischer Stickstoff Trocknungsprotokoll für die Reinigungsbehandlung von reaktiven, porösen Materialien.

Kritischer Stickstoff Verarbeitung für die Reinigung von Reactive Porous Materials

Supercritical fluid extraction and drying methods are well established in numerous applications for the synthesis and processing of porous materials. ...

supercritical-nitrogen-processing-for-purification-reactive-porous

Research

JoVE Journal

Chemistry

14.7K Aufrufe.  Empa, Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology.  Stickstoff ist ein wirksames kritischen Fluids für die Extraktion oder Trocknen aufgrund seiner kleinen Molekülgröße, hoher Dichte im nahen Flüssigkeitskritischen Bereich und chemische Inertheit. Wir stellen eine überkritischer Stickstoff Trocknungsprotokoll für die Reinigungsbehandlung von reaktiven, porösen Materialien. 

Serie: Supercritical Nitrogen Processing for the Purification of Reactive Porous Materials

Preparing Silica Aerogel Monoliths via a Rapid Supercritical Extraction Method

A procedure for the fabrication of monolithic silica aerogels in eight hours or less via a rapid supercritical extraction process is described. The procedure requires 15-20 min of preparation time, during which a liquid precursor mixture is prepared and poured into wells of a metal mold that is placed between the platens of a hydraulic hot press, followed by several hours of processing within the hot press. The precursor solution consists of a 1.0:12.0:3.6:3.5 x 10-3 molar ratio of tetramethylorthosilicate (TMOS):methanol:water:ammonia. In each well of the mold, a porous silica sol-gel matrix forms. As the temperature of the mold and its contents is increased, the pressure within the mold rises. After the temperature/pressure conditions surpass the supercritical point for the solvent within the pores of the matrix (in this case, a methanol/water mixture), the supercritical fluid is released, and monolithic aerogel remains within the wells of the mold. With the mold used in this procedure, cylindrical monoliths of 2.2 cm diameter and 1.9 cm height are produced. Aerogels formed by this rapid method have comparable properties (low bulk and skeletal density, high surface area, mesoporous morphology) to those prepared by other methods that involve either additional reaction steps or solvent extractions (lengthier processes that generate more chemical waste).The rapid supercritical extraction method can also be applied to the fabrication of aerogels based on other precursor recipes.

This article describes a rapid supercritical extraction method for fabricating silica aerogels. By utilizing a confined mold and hydraulic hot press, monolithic aerogels can be made in eight hours or less.

Vorbereiten Silica Aerogel Monolithen über eine schnelle Überkritische Extraktion-Methode

A procedure for the fabrication of monolithic silica aerogels in eight hours or less via a rapid supercritical extraction process is described. The ...

Forschung

Chemie

Preparation of Highly Porous Coordination Polymer Coatings on Macroporous Polymer Monoliths for Enhanced Enrichment of Phosphopeptides

We describe a protocol for the preparation of hybrid materials based on highly porous coordination polymer coatings on the internal surface of macroporous polymer monoliths. The developed approach is based on the preparation of a macroporous polymer containing carboxylic acid functional groups and the subsequent step-by-step solution-based controlled growth of a layer of a porous coordination polymer on the surface of the pores of the polymer monolith. The prepared metal-organic polymer hybrid has a high specific micropore surface area. The amount of iron(III) sites is enhanced through metal-organic coordination on the surface of the pores of the functional polymer support. The increase of metal sites is related to the number of iterations of the coating process.
The developed preparation scheme is easily adapted to a capillary column format. The functional porous polymer is prepared as a self-contained single-block porous monolith within the capillary, yielding a flow-through separation device with excellent flow permeability and modest back-pressure. The metal-organic polymer hybrid column showed excellent performance for the enrichment of phosphopeptides from digested proteins and their subsequent detection using matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry. The presented experimental protocol is highly versatile, and can be easily implemented to different organic polymer supports and coatings with a plethora of porous coordination polymers and metal-organic frameworks for multiple purification and/or separation applications.

A procedure for the preparation of porous hybrid separation media composed of a macroporous polymer monolith internally coated by a high surface area microporous coordination polymer is presented.

Vorbereitung hoch poröser Koordinationspolymerbeschichtungen auf makroporösen Monoliths für verbesserte Anreicherung von Phosphopeptiden

We describe a protocol for the preparation of hybrid materials based on highly porous coordination polymer coatings on the internal surface of macroporous ...

Procedures of Laboratory Fumigation for Pest Control with Nitric Oxide Gas

Nitric oxide (NO) is a newly discovered fumigant for postharvest pest control. This paper provides detailed protocols for conducting NO fumigation on fresh products and procedures for residue analysis and product quality evaluation. An airtight fumigation chamber containing fresh fruit and vegetables is first flushed with nitrogen (N2) to establish an ultralow oxygen (ULO) environment followed by injection of NO. The fumigation chamber is then kept at a low temperature of 2 - 5 &#176;C for a specified time period necessary to kill a target pest to complete a fumigation treatment. At the end of a fumigation treatment, the fumigation chamber is flushed with N2 to dilute NO prior to opening the chamber to ambient air to prevent the reaction between NO and O2, which produces NO2 and may damage delicate fresh products. At different times after NO fumigation, NO2 in headspace and nitrate and nitrite in liquid samples were measured as residues. Product quality was evaluated after 2 weeks of post-treatment cold storage to determine effects of NO fumigation on product quality. Keeping&#160;O2 from reacting with NO is critical to NO fumigation and is an important part of the protocols. Measuring NO levels is challenging and a practical solution is provided. Possible protocol modifications are also suggested for measuring NO levels in the fumigation chambers as well as residues. NO fumigation has the potential to be a practical alternative to methyl bromide fumigation for postharvest pest control on fresh and stored products. This publication is intended to assist other researchers in conducting NO fumigation research for postharvest pest control and accelerating the development of NO fumigation for practical applications.

This paper describes nitric oxide (NO) fumigation protocols for postharvest pest control. Fumigation chambers are flushed with nitrogen (N2) to establish ultralow oxygen conditions before NO is injected. At the end, chambers are flushed with N2 to dilute NO before exposing products to ambient air to prevent exposure to NO2.

Verfahren der Labor-Begasung für die Schädlingsbekämpfung mit Gas Stickstoffmonoxid

Nitric oxide (NO) is a newly discovered fumigant for postharvest pest control. This paper provides detailed protocols for conducting NO fumigation on ...

Umwelt

On-line Analysis of Nitrogen Containing Compounds in Complex Hydrocarbon Matrixes

The shift to heavy crude oils and the use of alternative fossil resources such as shale oil are a challenge for the petrochemical industry. The composition of heavy crude oils and shale oils varies substantially depending on the origin of the mixture. In particular they contain an increased amount of nitrogen containing compounds compared to the conventionally used sweet crude oils. As nitrogen compounds have an influence on the operation of thermal processes occurring in coker units and steam crackers, and as some species are considered as environmentally hazardous, a detailed analysis of the reactions involving nitrogen containing compounds under pyrolysis conditions provides valuable information. Therefore a novel method has been developed and validated with a feedstock containing a high nitrogen content, i.e., a shale oil. First, the feed was characterized offline by comprehensive two-dimensional gas chromatography (GC &#215; GC) coupled with a nitrogen chemiluminescence detector (NCD). In a second step the on-line analysis method was developed and tested on a steam cracking pilot plant by feeding pyridine dissolved in heptane. The former being a representative compound for one of the most abundant classes of compounds present in shale oil. The composition of the reactor effluent was determined via an in-house developed automated sampling system followed by immediate injection of the sample on a GC &#215; GC coupled with a time-of-flight mass spectrometer (TOF-MS), flame ionization detector (FID) and NCD. A novel method for quantitative analysis of nitrogen containing compounds using NCD and 2-chloropyridine as an internal standard has been developed and demonstrated.

A method combining comprehensive two-dimensional gas chromatography with nitrogen chemiluminescence detection has been developed and applied to on-line analysis of nitrogen containing compounds in a complex hydrocarbon matrix.

On-line-Analyse von stickstoffhaltige Verbindungen in komplexen Kohlenwasserstoff Matrixes

The shift to heavy crude oils and the use of alternative fossil resources such as shale oil are a challenge for the petrochemical industry. The ...

Preparation of Biomass-based Mesoporous Carbon with Higher Nitrogen-/Oxygen-chelating Adsorption for Cu(II) Through Microwave Pre-Pyrolysis

An environment-friendly technique for synthesizing biomass-based mesoporous activated carbon with high nitrogen-/oxygen-chelating adsorption for Cu(II) is proposed. Bagasse impregnated with phosphoric acid is utilized as the precursor. To pyrolyze the precursor, two separate heating modes are used: microwave pyrolysis and conventional electric-heating pyrolysis. The resulting bagasse-derived carbon samples are modified with nitrification and reduction modification. Nitrogen (N)/oxygen (O) functional groups are simultaneously introduced to the surface of activated carbon, enhancing its adsorption of Cu(II) by complexing and ion-exchange. Characterization and copper adsorption experiments are performed to investigate the physicochemical properties of four prepared carbon samples and determine which heating method favors the subsequent modification for doping of N/O functional groups. In this technique, based on analyzing data of nitrogen adsorption, Fourier transform infrared spectroscopy, and batch adsorption experiments, it is proven that microwave-pyrolyzed carbon has more defect sites and, therefore, time-saving effective microwave pyrolysis contributes more N/O species to the carbon, although it leads to a lower specific surface area. This technique offers a promising route to synthesis adsorbents with higher nitrogen and oxygen content and a higher adsorption capacity of heavy-metal ions in wastewater remediation applications.

Preparation of Biomass-based Mesoporous Carbon with Higher Nitrogen-/Oxygen-chelating Adsorption for CuII Through Microwave Pre-Pyrolysis

Here, we present a protocol to synthesize nitrogen/oxygen dual-doped mesoporous carbon from biomass by chemical activation in different pyrolysis modes followed by modification. We demonstrate that the microwave pyrolysis benefits the subsequent modification process to simultaneously introduce more nitrogen and oxygen functional groups on the carbon.

Vorbereitung von biomassebasierten mesoporösen Carbon mit höheren Stickstoff-/ Sauerstoff chelatisierenden Adsorption für die 600-fache durch Mikrowelle Pre-Pyrolyse

An environment-friendly technique for synthesizing biomass-based mesoporous activated carbon with high nitrogen-/oxygen-chelating adsorption for Cu(II) is ...

Measurement of the Potential Rates of Dissimilatory Nitrate Reduction to Ammonium Based on 14NH4+/15NH4+ Analyses via Sequential Conversion to N2O

The importance of understanding the fate of nitrate (NO3&#8722;), which is the dominant N species transferred from terrestrial to aquatic ecosystems, has been increasing because global nitrogen loads have dramatically increased following industrialization. Dissimilatory nitrate reduction to ammonium (DNRA) and denitrification are both microbial processes that use NO3&#8722; for respiration. Compared to denitrification, quantitative determinations of the DNRA activity have been carried out only to a limited extent. This has led to an insufficient understanding of the importance of DNRA in NO3&#8722; transformations and the regulating factors of this process. The objective of this paper is to provide a detailed procedure for the measurement of the potential DNRA rate in environmental samples. In brief, the potential DNRA rate can be calculated from the 15N-labeled ammonium (15NH4+) accumulation rate in 15NO3&#8722; added incubation. The determination of the 14NH4+ and 15NH4+ concentrations described in this paper is comprised of the following steps. First, the NH4+ in the sample is extracted and trapped on an acidified glass filter as ammonium salt. Second, the trapped ammonium is eluted and oxidized to NO3&#8722; via persulfate oxidation. Third, the NO3&#8722; is converted to N2O via an N2O reductase deficient denitrifier. Finally, the converted N2O is analyzed using a previously developed quadrupole gas chromatography&#8211;mass spectrometry system. We applied this method to salt marsh sediments and calculated their potential DNRA rates, demonstrating that the proposed procedures allow a simple and more rapid determination compared to previously described methods.

Measurement of the Potential Rates of Dissimilatory Nitrate Reduction to Ammonium Based on 14NH4+/15NH4+ Analyses via Sequential Conversion to N2O

A series of methods to determine the potential DNRA rate based on 14NH4+/15NH4+ analyses is provided in detail. NH4+ is converted into N2O via several steps and analyzed using quadrupole gas chromatography&#8211;mass spectrometry.

Messung der potenzialimilatorischen Nitratreduktion zu Ammonium basierend auf 14NH4+/15NH4+ Analysen mittels Sequenzielle Umwandlung in N 2O

The importance of understanding the fate of nitrate (NO3&#8722;), which is the dominant N species transferred from terrestrial to aquatic ecosystems, has ...

Surface Properties of Synthesized Nanoporous Carbon and Silica Matrices

In this work, we report the synthesis and characterization of ordered nanoporous carbon material (also called ordered mesoporous carbon material [OMC]) with a 4.6 nm pore size, and ordered silica porous matrix, SBA-15, with a 5.3 nm pore size. This work describes the surface properties of nanoporous molecular sieves, their wettability, and the melting behavior of D2O confined in the differently ordered porous materials with similar pore sizes. For this purpose, OMC and SBA-15 with highly ordered nanoporous structures are synthesized via impregnation of the silica matrix by applying a carbon precursor and by the sol-gel method, respectively. The porous structure of investigated systems is characterized by an N2 adsorption-desorption analysis at 77 K. To determine the electrochemical character of the surface of synthesized materials, potentiometric titration measurements are conducted; the obtained results for OMC shows a significant pHpzc shift toward the higher values of pH, relative to SBA-15. This suggests that investigated OMC has surface properties related to oxygen-based functional groups. To describe the surface properties of the materials, the contact angles of liquids penetrating the studied porous beds are also determined. The capillary rise method has confirmed the increased wettability of the silica walls relative to the carbon walls and an influence of the pore roughness on the fluid/wall interactions, which is much more pronounced for silica than for carbon mesopores. We have also studied the melting behavior of D2O confined in OMC and SBA-15 by applying the dielectric method. The results show that the depression of the melting temperature of D2O in the pores of OMC is about 15 K higher relative to the depression of the melting temperature in SBA-15 pores with a comparable 5 nm size. This is caused by the influence of adsorbate/adsorbent interactions of the studied matrices.

Here we report the synthesis and characterization of ordered nanoporous carbon (with a 4.6 nm pore size) and SBA-15 (with a 5.3 nm pore size). The work describes the surface and textural properties of nanoporous molecular sieves, their wettability, and the melting behavior of D2O confined in the materials.

Oberflächeneigenschaften von synthetisierten nanoporöse Carbon und Silica-Matrizen

In this work, we report the synthesis and characterization of ordered nanoporous carbon material (also called ordered mesoporous carbon material [OMC]) ...

High-Temperature and High-Pressure In situ Magic Angle Spinning Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy

Nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy represents an important technique to understand the structure and bonding environments of molecules. There exists a drive to characterize materials under conditions relevant to the chemical process of interest. To address this, in situ high-temperature, high-pressure MAS NMR methods have been developed to enable the observation of chemical interactions over a range of pressures (vacuum to several hundred bar) and temperatures (well below 0 &#176;C to 250 &#176;C). Further, the chemical identity of the samples can be comprised of solids, liquids, and gases or mixtures of the three. The method incorporates all-zirconia NMR rotors (sample holder for MAS NMR) which can be sealed using a threaded cap to compress an O-ring. This rotor exhibits great chemical resistance, temperature compatibility, low NMR background, and can withstand high pressures. These combined factors enable it to be utilized in a wide range of system combinations, which in turn permit its use in diverse fields as carbon sequestration, catalysis, material science, geochemistry, and biology. The flexibility of this technique makes it an attractive option for scientists from numerous disciplines.

The molecular structures and dynamics of solids, liquids, gases, and mixtures are of critical interest to diverse scientific fields. High-temperature, high-pressure in situ MAS NMR enables detection of the chemical environment of constituents in mixed phase systems under tightly controlled chemical environments.

Hochtemperatur- und Hochdruck-In-situ-Magic Angle Spinning Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy

Nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy represents an important technique to understand the structure and bonding environments of molecules. There ...

Ammonia Synthesis at Low Pressure

Ammonia can be synthesized at low pressure by the use of an ammonia selective absorbent. The process can be driven with wind energy, available locally in areas requiring ammonia for synthetic fertilizer. Such wind energy is often called &#34;stranded,&#34; because it is only available far from population centers where it can be directly used.
In the proposed low pressure process, nitrogen is made from air using pressure swing absorption, and hydrogen is produced by electrolysis of water. While these gases can react at approximately 400 &#176;C in the presence of a promoted conventional catalyst, the conversion is often limited by the reverse reaction, which makes this reaction only feasible at high pressures. This limitation can be removed by absorption on an ammine-like calcium or magnesium chloride. Such alkaline metal halides can effectively remove ammonia, thus suppressing the equilibrium constraints of the reaction. In the proposed absorption-enhanced ammonia synthesis process, the rate of reaction may then be controlled not by the chemical kinetics nor the absorption rates, but by the rate of the recycle of unreacted gases. The results compare favorably with ammonia made from a conventional small scale Haber-Bosch process.

Ammonia can be synthesized at low pressure by using a conventional catalyst and an ammonia selective absorbent.

Ammoniaksynthese bei niedrigem Druck

Ammonia can be synthesized at low pressure by the use of an ammonia selective absorbent. The process can be driven with wind energy, available locally in ...

Biotechnik

Versatile Home-Built Microwave-Assisted System for Peptide Synthesis

An Inexpensive Adaptation of a Commercial Microwave Reactor for Solid Phase Peptide Synthesis

A home-built apparatus to perform solid phase peptide synthesis (SPPS), assisted by microwave irradiation and heating, is presented. In contrast to conventional SPPS reaction vessels, which drain solvent and byproducts via a frit located at the bottom of the vessel, the presented apparatus employs a gas dispersion tube under vacuum to remove solvent, byproducts, and excess reagents. The same gas dispersion tube supplies nitrogen gas agitation of the SPPS beads during the reaction steps of coupling and deprotection. Microwave heating is beneficial for SPPS couplings of sterically hindered residues, such as alpha-aminoisobutyric acid (Aib), an alpha,alpha-dialkylated amino acid residue. This home-built apparatus has been used to prepare, via manual Fmoc SPPS methods, heptameric and octameric peptides dominated by the Aib residue, which is notoriously difficult to couple under standard room temperature conditions and reagents. Further, typical commercial microwave SPPS reactors are dedicated exclusively to SPPS synthesis rendering them inaccessible to non-SPPS users. In contrast, the presented apparatus preserves the versatility of the microwave reactor for conventional microwave acceleration of chemical reactions, as the apparatus is trivially removed from the commercial microwave reactor.

A simple, inexpensive, and novel apparatus for performing solid phase peptide syntheses in a commercial microwave reactor is presented.

A home-built apparatus to perform solid phase peptide synthesis (SPPS), assisted by microwave irradiation and heating, is presented. In contrast to ...