Name: supercritical nitrogen processing for the purification of reactive porous materials
Uploaded: 2015-05-15T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Supercritical Nitrogen Processing for the Purification of Reactive Porous Materials at JoVE.com

Este trabajo fue apoyado por las pilas de combustible de Europa y Hydruogen empresa común bajo BOR4STORE colaborativa de proyectos (Acuerdo de Subvención No. 303428) y el programa de infraestructura H2FC (Convenio de Donación No. FP7-284522).

1. Aparato <ol><li> Use un aparato básico de secado supercrítico (SCD) compuesto de cuatro componentes primarios conectados por tubos de gas de alta presión: el suministro de gas, un sistema de vacío, sensores (temperatura y presión), y el medio ambiente de la muestra (que puede ser sumergido en un baño). Asegúrese de que la construcción es de válvulas de alta calidad de acero inoxidable, accesorios y tubería, una clasificación de la presión de al menos 10 MPa dentro del rango de temperatura entre 80 a 300...

<ol>
	<li>McHugh, M. A., Krukonis, V. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Supercritical Fluid Extraction. , (1986).</li><li>Schneider, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Physicochemical+Principles+of+Extraction+with+Supercritical+Gases.">Physicochemical Principles of Extraction with Supercritical Gases.</a> Angew. Chem. lnt. Ed. 17, 716-727 (1978).</li><li>Williams, D. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Extraction+with+Supercritical+Gases.">Extraction with Supercritical Gases.</a> Chem. Eng. Sci. 36 (11), 1769-1788 (1981).</li><li>Eckert, C. A., Knutson, B. I., Debenedetti, P. 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Tal vez debido a su relativamente baja temperatura crítica (126 K), N 2 ha históricamente sido pasado por alto como un disolvente eficaz ScD. En informes anteriores, 3,17,42,43 que sólo se ha aludido en el contexto de procesamiento de las temperaturas en o por encima de la ambiente, donde se exhibe sólo el poder de solvatación modesta debido a su densidad de fluido de baja en esta región de su diagrama de fases (excepto a muy altas presiones 43). El paso clave en la realización de...

Extracción con fluidos supercríticos (SFE) y el secado de los métodos (SCD) están bien establecidos en una amplia gama de aplicaciones prácticas, especialmente en las industrias de alimentos y del petróleo, sino también en la síntesis química, análisis y procesamiento de materiales. 1-6 El uso de secado o medios de extracción en condiciones por encima de sus puntos críticos es a menudo más rápido, más limpio y más eficiente que (líquido) técnicas tradicionales, y tiene la ventaja añadida de ser altamente ajustable con respecto a la potencia de solvatación del fluido por ligero ajuste de las condiciones de funcionamiento . 3,7 Un método ScD simple comprende tres pasos básicos. El primer paso está exponiendo el material sólido (o quizás líquido) de partida que contiene el compuesto de impureza objetivo a un fluido ScD elegido apropiadamente en su líquido (o casi líquido supercrítico) de fase, donde su alta densidad corresponde a una alta (y quizás selectiva 7) poder disolvente con respecto a las especies objetivo. Tél segundo paso se está calentando y comprimiendo el sistema por encima del punto crítico del fluido ScD elegido en un recipiente cerrado de manera que el fluido y sus especies objetivo disueltos no pasan un límite de fase que podría resultar en la separación. El paso final está reduciendo lentamente la presión del fluido ScD a vacío a una temperatura por encima de la temperatura crítica, lo que permite la solución de fluido que contiene las especies objetivo para escapar, de nuevo sin encontrar un límite de fase ni de cualesquiera efectos perjudiciales de tensión superficial a lo largo del camino. El material de partida se deja agotado de las especies objetivo y puede ser sometido a tratamientos iterados si es necesario. En los casos de extracción de fluido supercrítico, las especies de soluto objetivo es el producto deseado, y se recoge a partir de solución para su uso posterior. 8,9 En otros casos, el material de partida secado o purificado es el producto deseado, y las impurezas extraídas se descartan. Este último escenario, denominado en este documentocomo el enfoque ScD, fue descubierto a ser una estrategia eficaz para el tratamiento previo de alta superficie, materiales microporosos tales como armazones organometálicos (MOF), donde los métodos tradicionales de tratamiento térmico al vacío son en muchos casos no es suficiente en la limpieza de los poros de todos los invitados no deseados, o resultar en el colapso de los poros. dióxido de carbono 10 ScD procesamiento (cscd) es ahora un proceso de post-sintética de rutina para MOF, 11 que conduce al aumento de las superficies de nitrógeno accesible sobre los materiales no tratados de hasta 1000% 12 y otras mejoras, como por ejemplo en la actividad catalítica. 13 Otras aplicaciones de fluidos supercríticos son notables como un medio ampliamente sintonizable para las reacciones químicas, 14-16 de cromatografía de fluidos supercríticos (SCFC) 6,17,18 y síntesis de aerogeles y materiales compuestos avanzados. 19- 22 Para el secado de las aplicaciones, un fluido ScD se eligen en base a dos criterios: a) la proximidad de supunto crítico a las condiciones ambientales (por comodidad y para reducir los costos de energía o la complejidad del proceso) y b) su poder de solvatación con respecto a las especies objetivo. El dióxido de carbono (CO 2) ha demostrado ser conveniente un fluido ScD en muchas aplicaciones, ya que no es tóxico, no inflamable, y barato, y puede ser sintonizado a exhibir un alto poder de solvatación hacia un número de especies comunes de destino orgánicos en su casi líquida estado (a presiones de &lt;10 MPa y temperaturas de 273 a 323 K). 1-3,7-9 Otros disolventes supercríticos comunes (o co-disolventes) incluyen agua (que abarca una notable variedad de propiedades disolventes entre su ambiente y estado supercrítico 23), acetona, etileno, metanol, etanol, y etano, que abarca el espectro de polar (prótico y aprótico) a no polar, y que tiene puntos críticos relativamente cerca de las condiciones ambientales. El dióxido de carbono es de lejos el fluido ScD más común utilizado. En los métodos cscd establecidos, la reactividaddel material de partida no es un factor inhibidor ya que el CO 2 es sólo muy débilmente reactiva a temperaturas cerca de su punto crítico. Sin embargo, ciertas clases de materiales, tales como los llamados hidruros complejos (por ejemplo, alanatos y borohidruros) presentan desafíos únicos en el manejo debido a su fuerte reactividad en presencia de agua o CO 2, además de su (tal vez adaptado intencionalmente) la inestabilidad bajo calentamiento 24-26. Por otra parte, existe un gran interés internacional en materias tales como compuestos de almacenamiento de hidrógeno de alta densidad, 27-30 y por lo tanto también en nanoestructurado y / o variedades porosas 31-33. Para la purificación eficaz de tales, y materiales nanoestructurados inestables reactivos, métodos de SCD son una estrategia prometedora. 34 A ScD fluido debe ser utilizado que tiene un pequeño diámetro molecular apropiado para la penetración en las cavidades estrechas y que también tiene un alto poder de solvatación hacia el impurezas objetivo, whiLe restante no reactivo hacia el material de partida en sí. En este documento, se presenta la utilización de nitrógeno supercrítico (N 2) como un fluido eficaz para tal extracción y aplicaciones especialmente de secado. Una metodología específica de secado de nitrógeno supercrítico (NSCD) se describe a continuación para la purificación de borohidruro de magnesio γ-fase en la que la especie objetivo incluyen tanto diborano y un compuesto de n-butilo (similar a pero no específicamente identificable como n butano). El siguiente protocolo se puede modificar fácilmente para la extensión global a otros procesos de secado de nitrógeno o extracción supercrítica.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Compressed Nitrogen Gas</td>
			<td>Messer Schweiz AG</td>
			<td></td>
			<td>50 L bottle, purity &#62; 99.999%, &#60;3 ppmv H2O</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.

Borohidruros de metales alcalinos y alcalinotérreos son materiales de almacenamiento de hidrógeno potenciales, que ofrecen un gran contenido de hidrógeno gaseoso tras la descomposición. 27,29 Otros productos de descomposición tal como diborano haber a veces también se ha detectado en el gas desorbido, pero su origen no es a priori clara ; es posible que son productos de la descomposición de fase pura, pero también pueden ser impurezas o productos de reacciones de impurezas sobrante de síntesis quími...

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Supercritical Nitrogen Processing for the Purification of Reactive Porous Materials

El nitrógeno es un fluido supercrítico eficaz para procesos de extracción o de secado debido a su pequeño tamaño molecular, de alta densidad en el régimen supercrítico-cerca de líquido, e inercia química. Se presenta un protocolo de secado de nitrógeno supercrítico para el tratamiento de purificación de materiales reactivos, porosos.

Procesamiento de nitrógeno supercrítico para la purificación de reactivos Materiales porosos

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

Research

JoVE Journal

Chemistry

Folding and Characterization of a Bio-responsive Robot from DNA Origami

Plegable y caracterización de un Robot Bio-sensible de ADN Origami

The DNA nanorobot is a hollow hexagonal nanometric device, designed to open in response to specific stimuli and present cargo sequestered inside. Both ...

Investigación

Química

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

Preparación de altamente poroso Coordinación Polymer Coatings en macroporosas Polymer Monolitos de Enriquecimiento mejorada de Phosphopeptides

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

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

Análisis on-line de compuestos que contienen nitrógeno en matrices complejas de hidrocarburos

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 ...

Insights into the Interactions of Amino Acids and Peptides with Inorganic Materials Using Single-Molecule Force Spectroscopy

Miradas en torno a las interacciones de los aminoácidos y péptidos con materiales inorgánicos Uso de una sola molécula de la Fuerza Espectroscopia

The interactions between proteins or peptides and inorganic materials lead to several interesting processes. For example, combining proteins with minerals ...

Facet-to-facet Linking of Shape-anisotropic Colloidal Cadmium Chalcogenide Nanostructures

Faceta a faceta vincular de forma anisotrópica cadmio coloidal calcógeno nanoestructuras

Here, we describe a protocol that allows for shape-anisotropic cadmium chalcogenide nanocrystals (NCs), such as nanorods (NRs) and tetrapods (TPs), to be ...

Fabrication and Testing of Catalytic Aerogels Prepared Via Rapid Supercritical Extraction

Fabricación y pruebas de Aerogels catalíticos preparados vía rápida extracción supercrítica

Protocols for preparing and testing catalytic aerogels by incorporating metal species into silica and alumina aerogel platforms are presented. Three ...

Deposition of Porous Sorbents on Fabric Supports

Deposición de los absorbentes porosos en soportes de tela

A microwave deposition technique for silanes, previously described for production of oleophobic fabrics, is adapted to provide a fabric support material ...

Chemical Synthesis of Porous Barium Titanate Thin Film and Thermal Stabilization of Ferroelectric Phase by Porosity-Induced Strain

Síntesis química de película delgada de titanato de bario poroso y estabilización térmica de la fase ferroeléctrica por tensión inducida por la porosidad

Barium titanate (BaTiO3, hereafter BT) is an established ferroelectric material first discovered in the 1940s and still widely used because of its ...

Synthesis and Bioconjugation of Thiol-Reactive Reagents for the Creation of Site-Selectively Modified Immunoconjugates

Síntesis y Bioconjugation de tioles reactivos reactivos para la creación de sitio selectivamente modificados Immunoconjugates

Maleimide-bearing bifunctional probes have been employed for decades for the site-selective modification of thiols in biomolecules, especially antibodies. ...

Evaluation of Oxidative Stress in Biological Samples Using the Thiobarbituric Acid Reactive Substances Assay

Evaluación del estrés oxidativo en muestras biológicas utilizando el ensayo de sustancias reactivas al ácido tiobarbitúrico

Despite its limited analytical specificity and ruggedness, the thiobarbituric acid reactive substances (TBARS) assay has been widely used as a generic ...