Naatriumborohüdriidi (NaBH4) sünteesimine

[deinemudda69]

Naatriumborohüdriid (NaBH4) on redutseeriv aine, mida kasutatakse keemias nii laboratooriumis kui ka tööstuslikul tasandil.
Ühend lahustub alkoholides, teatud eetrites ja vees, kuigi hüdrolüüsub aeglaselt.

ETTEVAATUST:
Naatriumboorhüdriid on vesiniku või diboraani allikas, mis mõlemad on tuleohtlikud. Naatriumborohüdriidi lahustamisel dimetüülformamiidis võib tekkida isesüttimine.
Zhu et al. (2020) (doi.org/10.1002/anie.201915988) teatavad lihtsast meetodist NaBH4 sünteesiks suure saagise ja väikeste kuludega.

Selle meetodi abil sünteesitakse NaBH4 mehhaanilis-keemiliselt Mg, Na2B4O7-10H2O ja Na2CO3 kuulijahvatusega molaarses vahekorras 18:1:1. Pärast 20 tundi on saagis 75,7% ja pärast 30 tundi on saagis 78,6%.
Kui Na2B4O7-10H2O ja Na2B4O7-5H2O jahvatatakse samaaegselt Na2CO3 ja Mg-ga molaarses vahekorras 0,6:0,4:1:22, sünteesitakse edukalt ka NaBH4.

Mg võib NaBH4 sünteesimiseks asendada ka Al või Ca.
Mg oksüdeerumise vältimiseks õhuhapniku poolt on vajalik inertne atmosfäär.

Lugupidamisega

 

[MadHatter]

Vau, see kõlab suurepäraselt. Ja kas te olete seda ise teinud või on see puhtalt teoreetiline?
Nii et põhimõtteliselt oleks võimalik alumiiniumipulbrit, booraksit ja naatriumkarbonaati segada kuuliveskis (veega? vabandust noob-küsimuse eest. Või on tegemist kuiva reaktsiooniga?) ja seda 20+ tundi käitada? Toatemperatuuril? Tõesti? Kõik sünteesid, mida ma olen lugenud, tehakse tõesti kõrgel temperatuuril.
Inertne atmosfäär on muidugi suur probleem. Kas see on Al-tolmu kasutamisel sama kriitiline? Ja kas sul on mingeid näpunäiteid, kuidas seda praktiliselt salaja saavutada?

 

[deinemudda69]

NaBH4 ekstraheerimiseks pärast mehhaanilis-keemilist sünteesi tuleb valida sobiv lahusti.

Naatriumboorhüdriid lahustub enamikus polaarsetes lahustites, mis sisaldavad hüdroksüül- või aminirühma.

Naatriumboorhüdriidi stabiilsus orgaanilistes lahustites sõltub sellest, kui suures ulatuses võib toimuda hüdrolüüs. Naatriumboorhüdriidi ebastabiilsust madalamates alkoholides (metanool, etanool) saab ületada aluse lisamisega. Vee olemasolu kiirendab hüdrolüüsi reaktsiooni.

Naatriumborohüdriidi stabiilsus vett sisaldavas lahuses sõltub lahuse temperatuurist ja pH-st. Temperatuuri tõstmisel või pH langetamisel toimub hüdrolüüsireaktsioon, mille käigus areneb vesinikgaas, mis vähendab naatriumborohüdriidi stabiilsust.

Lugupidamisega

 

[deinemudda69]

Edasiseks lugemiseks soovitan https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.0c04354.
Selles väljaandes kasutatud kemikaalid on NaH ja MgH ning Na2B4O7 pentahüdraat, mis muudab selle keerulisemaks.

Ärge lisage vett, NaBH4 moodustamiseks vajalik vesinik pärineb hüdraaditud Na2B4O7-st. Lisaks laguneb NaBH4 vees, mille pH on < 14.

Kasutage jahvatamiseks suletud mahutit, mis on täidetud inertgaasiga. Ülejäänud hapniku tarbib Mg-pulber.

Jah, ümbritsev temperatuur on hea, kuna mõlemad lingitud dokumendid kasutavad ümbritsevat temperatuuri.

Lugupidamisega

 

[MadHatter]

Aga ma valiksin ilmselt alumiiniumpulbri, vist on see sama selle jaoks?
Ja kas sellega on seotud mingeid kriitilisi ohutusprobleeme? Kuna ma kasutan hermeetiliselt suletud mahutit, siis kuidas on aururõhu tekkimine reaktsiooni ajal?

 

[deinemudda69]

Jah, nii ongi kirjas. Võib-olla proovite seda välja ja ütlete meile, kas see töötas teie jaoks.

Pean vesiniku tekkimist võimalikuks protsessis. Metallipulbrid, vesinik ja NaBH4 on tuleohtlikud.

Lugupidamisega

 

[MadHatter]

Hmm, siis jääb meile väga reaalne ja praktiline probleem, mis on seotud väga kergesti süttiva pommi tumbeldamisega. Kui vesinikurõhk koguneb tumbleri paagis (mis peab olema õhukindel, et hoida N2 amosfääri), siis varem või hiljem see plahvatab.
Seega oleks lahendus vist mingi turvaventiili paigaldamine tumbleri silindrisse. Ühesuunaline väljavooluklapp.
Nii et see ei tundu olevat eriti "lihtne" süntees, peale paberi. Kahtlen tõsiselt, et sa oled seda ise kunagi ette võtnud? See on väga TEOREETILINE "lihtsus" ja arutelu, mis on ehk parem kodu Sciencemadnessil. Kus teooria võib täita 20 lehekülge, millele järgneb eksperimentaalne osa, mis tõestab kogu protsessi praktiliselt võimatuks nelja lausega ...

 

[deinemudda69]

Huvitav, mida täpselt te peate keeruliseks. Protseduur nõuab ainult suhteliselt mittetoksilisi ja kergesti kättesaadavaid reaktiive ning lihtsat aparatuuri.

Väikesemahulise sünteesi jaoks piisab kummitihendiga pöörlevast nurgakujulisest weck-purgist, mis on täidetud jahvatuskuulidega - see on suhteliselt õhukindel, hoides hapniku eemal, kuid mitte liiga tihe, vältides rõhu tekkimist.

Vesiniku moodustumine lagunemisel on metallhüdriidide peamine omadus, selle üle pole mõtet kurta.

Palun andke mulle teada, kui on olemas mõni lihtsam meetod NaBH4 sünteesiks, millest ma ei ole teadlik.

Lugupidamisega

 

[MadHatter]

Vabandan, ma ei tahtnud kõlada nii kriitiliselt, kui ma aru sain, et kõlasin. Olen väga tänulik teie teabe jagamise eest! Ja ma olen kindel, et ei ole lihtsamat viisi, kuid see ei ütle palju, kuna paljud traditsioonilised viisid hõlmavad ilmselt temperatuuri üle 600 C ...
Ma mõtlen, et kurat peitub detailides. Ja üksikasjad ei saa kunagi tõeliselt selgeks, kuni sa ise ei proovi reaktsiooni tegelikult proovida. Kuna te ei vasta kunagi minu küsimusele, siis pean eeldama, et te ei ole seda kunagi teinud.

Kõigepealt: millist jahvatusvahendit ja millist jahvatusmeetodit tuleks kasutada? Ma olen nüüd saanud kätte artikli täisteksti ja nad kasutavad raputajatüüpi kuulveskit, mis toodab 1000 tsüklit minutis. See ei ole tavaline kivipurusti ja see ei ole salakokkutulevale kavalerile kättesaadav. Kuna artiklis oli tsüklite arv tihedalt seotud protseduuri tulemusega (võimalik, et see on seotud materjalile ülekantava energia kogusega?), siis ütleksin, et tavalises pöörlevas tumbleris tumbeldamise tulemused on täiesti tundmatud. Seda seni, kuni te seda tegelikult TEETE.

Teiseks: kuigi materjalid on mittetoksilised, tekib reaktsiooni käigus, nagu te targalt mitu korda mainisite, teadmata koguses kergesti süttivat H2 ja võib-olla, isegi tõenäoliselt, veidi soojust. Kõik see tihedalt suletud liikuvas konteineris, mille jahvatusvahend võib tekitada sädemeid, kui seda ei ole väga targalt valitud, on hea kirjeldus väikesest pommist. Nii et ma ütleksin, et kindlasti on põhjust kurta selle üle pigem enne kui pärast plahvatust .

Nii et seal on see. Mitte, et seda ei peaks proovima, aga see ei ole väga lihtne protsess, mida ette võtta. Teaduslikul tasandil kindlasti huvitav! Ma ei leia aga artiklist ühtegi viidet Al'i kasutamisele, või loen ma seda lohakalt?
Ja kui teie või mina seda reaktsiooni lähiajal tegelikult proovime, siis mõtlen ma absoluutset etanooli segatuna NaOH-ga lahustina, et puhastada toodet. Peaks jätma reageerimata booraksi ja karbonaadi lahustamata ja välja filtreeritavaks. Mida te arvate?

Samuti lahked tervitused!

 

[deinemudda69]

Olen sellega nõus. Sõltuvalt jahvatusmeetodist on jahvatusajad kindlasti erinevad.

Konteineris puudub oksüdeeriv aine.

Mainitud töös on kirjas: "Mg võib NaBH4 sünteesimiseks asendada ka Al või Ca (Supporting Information, joonis S11)"


NaBH4 lahus etanoolis vabastab 4 tunni jooksul 33% olemasolevast vesinikust.

Mul puudub usaldusväärne teave NaBH4 stabiliseerimise kohta NaOH-ga etanoolis, kuid ma eeldan, et see võib toimida.

NaBH4 suur stabiilsus ja temperatuurist sõltuv lahustuvus isopropüülalkoholis muudab selle mugavamaks lahustiks ekstraheerimiseks.

Kõrge puhtusastmega NaBH4 (99,6-99,9%) võib saada dietüleenglükooli dimetüüleetrist ümberkristalliseerides.

Lugupidamisega

 

[MadHatter]

Jah, kuid see sisaldab ka Mg. Ma olen osaliselt pärit pürotehnilisest maailmast ja pulbriline Mg on aine, mida ma tean, et sellesse tuleb suhtuda ülima austusega. See võib moodustada süttimisvõimelisi ühendeid asjadega, mida te pidasite täiesti inertseks, ja peaaegu kõike Mg-d sisaldavat kuuljahvatust tehakse ainult rangete turvameetmete abil. Jahvatusvahendi, konteineri, nende kõrvalsaadused koos booraksist pärineva H20-ga ... ja siis, kui toimub plahvatus, on sul teras/keraamilised kuulid, mis tulistavad välja ...

 

[deinemudda69]

Milliseid ohutusmeetmeid te soovitate mehhaanilis-keemilise NaBH4-sünteesi puhul?

Kas teie arvates peaks eelistama metaboraadi elektrokeemilist redutseerimist boorhüdriidiks mehhaanilis-keemilisele sünteesile?

 

[MadHatter]

Noh, esiteks ei ole ma kindlasti veendunud, et see on isegi teostatav ilma suure energiaga kuuliveskita. Ma arvan, et me räägime nädalaid kestvast jahvatamisest, mis koos ohutusega seotud probleemidega muudab kogu protsessi salajases keskkonnas kasutuks. Artiklis on selgelt öeldud, et NaBH4 hakkab lagunema, kui jahvatusaeg on pikem kui 10 tundi, ja et sellest alates langeb saagis. Nad oletavad, et selle põhjuseks on Fe eraldumine jahvatuskeskkonnast, mille tulemusena tekib kõrvalsaadus Fe2B. See võib olla tingitud veski suure energiaga olemusest, kuid see võib olla probleemiks ka pöörleva tumbleri puhul. Ütleme, et trummel on valmistatud PVC-st või mõnest muust plastist või kummist ... mis sellest sellise jahvatusajaga välja valgub?

Kui tahaks seda teha, siis ma ütleksin, et see peab olema kuradi kindel, et seda tehakse inertses atmosfääris, mida tuleb hoida kogu jahvatamise ajal. Artiklis on kirjas, et kõik toimub argooni atmosfääris kindakastis.
Edasi on H2O olemasolu segus murettekitav ja ma ei käivitaks ega viibiks isegi mitte samas ruumis, kus kuuliveski töötab. Ma ei käivitaks seda kunagi hoones, kus elavad teised inimesed, või isegi asustatud piirkonnas (need on kõik põhilised ohutusprotseduurid pürotehnikas, muide). Ja siis on veel kogu see küsimus, et tegelikult, lõpuks, avaneb konteiner ja laseb õhku sisse ... Ma tegelikult ei tea, millist realistlikku ohutusprotseduuri sellises olukorras rakendada. Robotkäsi?

 

[deinemudda69]

Ma hindan teie hoiatusi väga kõrgelt. See võib ennetada õnnetust.
Tuleb selgelt pöörata tähelepanu piisavatele ohutusmeetmetele, eriti kui reaktsioon toimub suures mahus.

Ma mõtlen alumiiniumoksiidist keraamiliste lihvimiskuulide peale, et vähendada seda probleemi. Kombineerituna keraamilise või klaaspurgiga loodan, et kulumine ei takista oluliselt reaktsiooni.


Elif Sanli jt (2010) teatavad meetodist NaBH4 elektrokeemilise sünteesi jaoks toatemperatuuril ja atmosfäärirõhul. Huvitav on Ag-võrgustiku elektroodi kasutamine katalüsaatorina ja siiski suhteliselt lihtne protsess võrreldes tavaliste tööstuslike meetoditega. doi:10.1016/j.jpowsour.2009.11.091

Kuidas te NaBH4 saate, kas te ei sünteesigi seda ise?
Palun andke mulle teada, kui mul on mõni mugavam sünteesitee puudu.

Lugupidamisega

 

[T0lek511]

Oh, see on hea süntees, sest minu riigis on NaBH4 nii kallis