Nātrija borohidrīda (NaBH4) sintēze

[deinemudda69]

Nātrija borhidrīds (NaBH4) ir reducējošs reaģents, kas atrod pielietojumu ķīmijā gan laboratorijā, gan rūpniecībā.
Savienojums šķīst spirtos, dažos ēteros un ūdenī, lai gan tas lēni hidrolizējas.

UZMANĪBU:
Nātrija bordhidrīds ir ūdeņraža vai diborāna avots, kas abi ir viegli uzliesmojoši. Dimetilformamīdā izšķīdināts nātrija bordhidrīds var izraisīt spontānu aizdegšanos.
Zhu et al. (2020) (doi.org/10.1002/anie.201915988) ziņo par vieglu metodi NaBH4 sintēzei ar augstu iznākumu un zemām izmaksām.

Izmantojot šo metodi, NaBH4 tiek sintezēts mehatroniski, bumbiņmalkējot Mg, Na2B4O7-10H2O un Na2CO3 molārajā attiecībā 18:1:1. Pēc 20 h tiek iegūts 75,7 % iznākums, bet pēc 30 h - 78,6 % iznākums.
Ja Na2B4O7-10H2O un Na2B4O7-5H2O vienlaicīgi ar Na2CO3 un Mg molārajā attiecībā 0,6:0,4:1:22 tiek malti ar lodēm, arī NaBH4 tiek veiksmīgi sintezēts.

Mg var aizstāt arī ar Al vai Ca, lai sintezētu NaBH4.
Lai novērstu Mg oksidēšanos ar atmosfēras skābekli, nepieciešama inerta atmosfēra.

Ar cieņu

 

[MadHatter]

Vau, tas izklausās lieliski. Un vai jūs pats esat to darījis, vai arī tas ir tikai teorētiski?
Tātad būtībā būtu iespējams sajaukt alumīnija pulveri, boraku un nātrija karbonātu lodveida dzirnavās (ar ūdeni? Atvainojos par noobu jautājumu. Vai arī tā ir sausa reakcija?) un palaist to 20+ stundas? istabas temperatūrā? Vai tiešām? Visi sintēzes procesi, par kuriem esmu lasījis, tiek veikti patiešām paaugstinātā temperatūrā.
Inertā atmosfēra, protams, ir milzīga problēma. Vai tas ir tikpat svarīgi, ja izmanto Al putekļus? Un vai jums ir kādi padomi, kā to praktiski panākt slepenā vidē?

 

[deinemudda69]

NaBH4 ekstrahēšanai pēc mehatroķīmiskās sintēzes ir jāizvēlas piemērots šķīdinātājs.

Nātrija borhidrīds šķīst vairumā polāro šķīdinātāju, kas satur hidroksilgrupu vai amīna grupu.

Nātrija bordhidrīda stabilitāte organiskajos šķīdinātājos ir atkarīga no iespējamās hidrolīzes pakāpes. Nātrija bordhidrīda nestabilitāti zemākajos spirtos (metanolā, etanolā) var novērst, pievienojot bāzi. Ūdens klātbūtne paātrina hidrolīzes reakciju.

Nātrija borhidrīda stabilitāte šķīdumā, kas satur ūdeni, ir atkarīga no šķīduma temperatūras un pH. Hidrolizes reakcija notiek, izdaloties ūdeņraža gāzei, kas samazina nātrija borhidrīda stabilitāti, ja temperatūra paaugstinās vai pH pazeminās.

Ar cieņu

 

[deinemudda69]

Turpmākai lasīšanai iesaku https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.0c04354.
Šajā publikācijā izmantotās ķīmiskās vielas ir NaH un MgH, kā arī Na2B4O7 pentahidrāts, padarot to sarežģītāku.

Nepievienojiet ūdeni, NaBH4 veidošanai nepieciešamais ūdeņradis rodas no hidratētā Na2B4O7. Turklāt NaBH4 sadalās ūdenī ar pH < 14.

Malšanai izmantojiet hermētisku trauku, kas piepildīts ar inertu gāzi. Atlikušo skābekli patērēs Mg pulveris.

Jā, apkārtējās vides temperatūra ir piemērota, jo abos saistītajos dokumentos ir izmantota apkārtējās vides temperatūra.

Sirsnīgi sveicieni

 

[MadHatter]

Bet es, iespējams, izvēlētos izmantot alumīnija pulveri, domāju, ka tas pats attiecas arī uz šo?
Un vai ar to ir saistītas kādas kritiskas drošības problēmas? Tā kā es izmantošu hermētiski noslēgtu trauku, kā ir ar tvaika spiediena veidošanos reakcijas laikā?

 

[deinemudda69]

Jā, tieši tā ir teikts šajā dokumentā. Varbūt jūs to izmēģiniet un pastāstiet mums, vai jums tas ir izdevies.

Es uzskatu, ka procesā ir iespējama ūdeņraža veidošanās. Metālu pulveri, ūdeņradis un NaBH4 ir uzliesmojoši.

Ar labiem sveicieniem

 

[MadHatter]

Hmm, tad mums paliek ļoti reāla un praktiska problēma, kas saistīta ar ļoti viegli uzliesmojošas bumbas tumbēšanu. Ja tumblera tvertnē (kurai jābūt hermētiskai, lai saglabātu N2 amosfēru) uzkrājas ūdeņraža spiediens, agri vai vēlu tā eksplodēs.
Tāpēc risinājums, manuprāt, būtu uzstādīt kādu drošības vārstu uz tumblera cilindra. Vienvirziena ārējās plūsmas vārsts.
Tāpēc šī, šķiet, nav īpaši "viegla" sintēze, ja neskaita papīru. Es nopietni šaubos, vai jūs pats to esat kādreiz veicis? Tas ir ļoti TEORETISKI "viegls" jautājums, un diskusijai, iespējams, būtu labāk piemērota vieta Sciencemadness. Kur teorija var aizpildīt 20 lappuses, kam seko eksperimentāla sadaļa, kas četros teikumos pierāda, ka viss process ir praktiski neiespējams...

 

[deinemudda69]

Interesanti, ko tieši jūs uzskatāt par sarežģītu. Procedūrai nepieciešami tikai salīdzinoši netoksiski un viegli iegūstami reaģenti un vienkārša aparatūra.

Neliela mēroga sintēzei pietiek ar rotējošu leņķa formas Weck burku ar gumijas blīvējumu, kas piepildīta ar malšanas lodītēm - tā ir relatīvi hermētiska, neļaujot skābeklim iekļūt, bet ne pārāk hermētiska, novēršot spiediena veidošanos.

Ūdeņraža veidošanās sadalīšanās procesā ir metālu hidrīdu galvenā īpašība, par to nav jēgas sūdzēties.

Lūdzu, informējiet mani, ja ir kāda vienkāršāka metode NaBH4 sintēzei, par kuru es nezinu.

Ar cieņu

 

[MadHatter]

Atvainojiet, es negribēju izklausīties tik kritiska, kā saprotu, ka esmu izteikusies. Esmu ļoti pateicīgs par dalīšanos ar informāciju! Un es esmu pārliecināts, ka nav vieglāka veida, bet tas neko daudz nesaka, jo daudzi no tradicionālajiem veidiem acīmredzot ir saistīti ar temperatūru virs 600 C ...
Es gribu teikt, ka velns slēpjas detaļās. Un detaļas nekad nav īsti pamanāmas, kamēr jūs pats neizmēģināt reakciju. Tā kā jūs nekad neatbildat uz manu jautājumu, man jādomā, ka jūs to nekad neesat darījis.

Pirmkārt: kādu frēzēšanas vidi un kādu frēzēšanas metodi vajadzētu izmantot? Es tagad esmu ieguvis pilnu raksta tekstu, un tajā ir norādīts, ka tiek izmantota kratīšanas tipa lodveida dzirnaviņas, kas veic 1000 ciklus minūtē. Tas nav parasts akmens blietētājs, un tas nav pieejams slepenam pavāram. Tā kā ciklu skaits rakstā bija cieši saistīts ar procedūras rezultātu (iespējams, kaut kas saistīts ar materiālam nodotās enerģijas daudzumu?), es teiktu, ka virpošanas rezultāti parastā rotācijas tumblerī ir pilnīgi nezināmi. Tas ir, kamēr jūs to faktiski nedarāt.

Otrkārt: lai gan materiāli nav toksiski, reakcijas laikā, kā jūs jau vairākas reizes gudri minējāt, rodas, kā jau jūs gudri minējāt, ļoti viegli uzliesmojošs H2 nezināmā daudzumā un, iespējams, pat iespējams, arī zināms karstums. Tas viss cieši noslēgtā kustīgā traukā ar dzirksteļojošām vielām, kas var radīt dzirksteles, ja nav izvēlētas ļoti gudri, ir labs mazas bumbas apraksts. Tāpēc es teiktu, ka noteikti ir pamatoti sūdzēties par to pirms sprādziena, nevis pēc tam .

Tātad tas ir tas. Nav tā, ka to nevajadzētu izmēģināt, bet tas nav ļoti viegli īstenojams process. Interesants, noteikti, zinātniskajā līmenī! Tomēr es rakstā nevaru atrast nevienu atsauci uz Al izmantošanu, vai arī es to lasu pavirši?
Un, ja jūs vai es tuvākajā laikā mēģināsim šo reakciju, es domāju par šķīdinātāju produkta attīrīšanai izmantot absolūto etanolu, kas sajaukts ar NaOH. Vajadzētu atstāt neizreaģējušo boraku un karbonātu neizšķīdušu un pieejamu filtrēšanai. Ko jūs domājat?

Arī laipni sveicieni!

 

[deinemudda69]

Es tam piekrītu. Atkarībā no frēzēšanas metodes frēzēšanas laiks noteikti atšķiras.

Tvertnē trūkst oksidētāja.

Minētajā dokumentā teikts: "Mg var aizstāt arī ar Al vai Ca, lai sintezētu NaBH4 (Supporting Information, S11. attēls)".


NaBH4 šķīdums etanolā 4 stundu laikā atbrīvo 33 % pieejamā ūdeņraža.

Man nav ticamas informācijas par NaBH4 stabilizāciju ar NaOH etanolā, bet es pieņemu, ka tas varētu darboties.

NaBH4 lielā stabilitāte un no temperatūras atkarīgā šķīdība izopropilspirtā padara to par ērtāku šķīdinātāju ekstrakcijai.

Augstas tīrības pakāpes NaBH4 (99,6 līdz 99,9 %) var iegūt, pārkristalizējot no dietilēnglikola dimetilētera.

Ar cieņu

 

[MadHatter]

Jā, bet tajā ir arī Mg. Es daļēji esmu no pirotehnikas pasaules, un pulverveida Mg ir viela, pret kuru zinu, ka pret to jāizturas ar vislielāko cieņu. Tas var veidot uzliesmojošus savienojumus ar lietām, kuras jūs uzskatāt par pilnīgi inertām, un bumbiņu frēzēšana ar Mg tiek veikta tikai ar stingru drošības kārtību. Malšanas līdzekļa, konteinera, to blakusproduktu un boraksā esošā H20... un tad, ja notiek sprādziens, izšaujas tērauda/keramikas lodītes...

 

[deinemudda69]

Kādus drošības pasākumus jūs ieteiktu veikt mehatroniskās NaBH4 sintēzes laikā?

Vai, jūsuprāt, vajadzētu dot priekšroku metaborāta elektroķīmiskai reducēšanai par borohidrīdu, nevis mehanoķīmiskai sintēzei?

 

[MadHatter]

Nu, pirmkārt, es noteikti neesmu pārliecināts, ka tas vispār ir iespējams bez augstas enerģijas lodveida dzirnavām. Domāju, ka runa ir par nedēļām ilgām malšanas darbībām, kas kombinācijā ar drošības apsvērumiem padara visu procesu nelietderīgu slepenā vidē. Rakstā skaidri norādīts, ka NaBH4 sāk sadalīties, ja malšanas laiks ir ilgāks par 10 h, un ka no tā iznākums samazinās. Tiek izteikti pieņēmumi, ka tas notiek Fe izkliedes dēļ no malšanas vides, un pēc tam veidojas blakusprodukts Fe2B. Iespējams, ka tas ir saistīts ar dzirnavu lielo enerģiju, bet tā var būt arī problēma, kas saistīta ar rotējošo trumuļmašīnu. Pieņemsim, ka trumuļa cilindrs ir izgatavots no PVC vai kādas citas plastmasas, vai gumijas... kas no tā varētu izdalīties, ja malšanas laiks būtu šāds?

Ja kāds gribētu to darīt, es teiktu, ka ir jābūt pārliecinātam, ka tas tiek darīts inertā atmosfērā, kas jāuztur visa frēzēšanas procesa laikā. Rakstā viss notiek argona atmosfērā cimdu kastē.
Tālāk, H2O klātbūtne maisījumā ir satraucoša, un es nekad nesāktu vai pat neatrastos vienā telpā ar lodīšu dzirnavām, kamēr tās darbojas. Es nekad to neiedarbinātu ēkā, kur dzīvo citi cilvēki, vai pat apdzīvotā vietā (tās visas ir pamata drošības procedūras pirotehnikā, BTW). Un tad vēl ir jautājums par to, kā galu galā atvērt tvertni un ielaist gaisu... Patiesībā es nezinu, kādu reālu drošības procedūru piemērot šajā situācijā. Robotizēta roka?

 

[deinemudda69]

Es patiešām novērtēju jūsu brīdinājumus. Tas var novērst nelaimes gadījumus.
Viennozīmīgi jāpievērš uzmanība atbilstošiem drošības pasākumiem, jo īpaši, ja reakcija tiek veikta lielā mērogā.

Es domāju par alumīnija oksīda keramikas slīpēšanas lodītēm, lai samazinātu šo problēmu. Kombinācijā ar keramikas vai stikla burku es sagaidu, ka nodilums būtiski netraucēs reakciju.


Elif Sanli et al. (2010) ziņo par NaBH4 elektroķīmiskās sintēzes metodi istabas temperatūrā un atmosfēras spiedienā. Interesanta ir Ag marles elektroda kā katalizatora izmantošana, un, salīdzinot ar parastajām rūpnieciskajām metodēm, tas joprojām ir salīdzinoši vienkāršs process. doi:10.1016/j.jpowsour.2009.11.091

Kā jūs, puiši, iegūstat NaBH4, vai jūs to nesintezējat paši?
Lūdzu, informējiet mani, ja es izlaižu kādu ērtāku sintēzes veidu.

Ar laipniem sveicieniem

 

[T0lek511]

Ak, ka ir laba sintēze, jo manā valstī NaBH4 ir tik dārgs