Un protocolo Experimental para el estudio de efectos minerales orgánicos transformaciones hidrotermales
Summary
Minerales abundantes de la tierra desempeñan papeles importantes en los sistemas hidrotermales naturales. Aquí, describimos un método fiable y rentable para la investigación experimental de las interacciones de los minerales en condiciones hidrotermales.
Abstract
Interacciones minerales orgánicos producen ampliamente en ambientes hidrotermales, como aguas termales, géiseres en la tierra y los respiraderos hidrotérmicos en el océano profundo. Funciones de los minerales son fundamentales en muchos procesos hidrotermales de geoquímicos orgánicos. Tradicional metodología hidrotermal, que incluye el uso de reactores de oro, titanio, platino o acero inoxidable, está asociada con el alto costo o efectos catalíticos metálicos no deseados. Recientemente, hay una tendencia creciente para usar los rentables e inertes cuarzo o sílice fundido tubos de vidrio en experimentos hidrotérmicos. Aquí proporcionamos un protocolo para llevar a cabo experimentos hidrotermales de minerales en tubos de silicona, y se describen los pasos esenciales en la preparación de muestras, montaje experimental, separación de productos y análisis cuantitativo. También demostramos un experimento usando un compuesto orgánico modelo, Nitrobencina, para mostrar el efecto de un mineral que contiene hierro, magnetita, en su degradación bajo una condición específica que hidrotermal. Esta técnica puede aplicarse para estudiar las complejas interacciones hidrotermales de minerales en un sistema de laboratorio relativamente sencillos.
Introduction
Ambientes hidrotermales (es decir, medios acuosos a temperaturas elevadas y presiones) son ubicuos en la tierra. La química hidrotérmica de los compuestos orgánicos juega un papel esencial en una amplia gama de ambientes geoquímicos, como cuencas sedimentarias orgánicas, depósitos de petróleo y la profunda Biosfera1,2,3. Transformaciones del carbono orgánico en sistemas hidrotermales ocurren no solamente en medio acuoso puro sino con disueltos o sólidos materiales inorgánicos, como minerales abundantes de la tierra. Se han encontrado minerales dramáticamente y selectivamente influenciar la hidrotermal reactividad de compuestos orgánicos diferentes,1,4,5 pero, cómo identificar los minerales efectos en complejos sistemas hidrotermales sigue siendo un desafío. El objetivo de este estudio es proporcionar un protocolo experimental relativamente simple para el estudio de efectos minerales hidrotermales reacciones orgánicas.
Los estudios de laboratorio de las reacciones hidrotérmicas tradicionalmente utilizan reactores robustos que están hechos de oro, titanio o acero inoxidable6,7,8,9. Por ejemplo, bolsas de oro o cápsulas han favorable utilizadas, porque el oro es flexible, y permite que la presión de la muestra a ser controlada por presurización de agua externamente, que evita generar una fase vapor dentro de la muestra. Sin embargo, estos reactores son caros y podrían ser asociados con potenciales efectos catalíticos metal10. Por lo tanto, es imperativo encontrar un método alternativo de bajo costo pero alta fiabilidad para estos experimentos hidrotérmicos.
En los últimos años, tubos de reacción de vidrio de cuarzo o sílice fundido se han aplicado con mayor frecuencia a experimentos hidrotérmicos11,12,13. Comparado con el preciado oro o titanio, cristal de cuarzo o sílice es considerablemente más barato pero también el material fuerte. Más importante aún, tubos de cuarzo han mostrado efectos catalíticos poco y puede ser tan inertes como el oro para las reacciones hidrotermales11,14. En este protocolo, se describe un método general para la realización de pequeños experimentos de minerales hidrotermales en tubos de silicona de paredes gruesas. Presentamos un experimento de ejemplo usando un modelo compuesto (es decir, nitrobenceno) en la presencia o ausencia de un mineral de óxido de hierro (es decir, magnetita) en una solución hidrotermal de 150 ° C, con el fin de mostrar el efecto de minerales, así como para demostrar la efectividad de este método.
Protocol
Representative Results
Discussion
En este estudio, utilizamos Nitrobencina con magnetita mineral como un ejemplo para demostrar cómo evaluar efectos minerales hidrotermales reacciones orgánicas. Aunque los experimentos se llevan a cabo en tubos de vidrio de sílice pequeño, se observan resultados altamente reproducibles en los experimentos de magnetita, es decir, 30.3 ± 1,4% en la conversión de nitrobenceno, que sugiere la eficacia y la fiabilidad de este Protocolo hidrotermal. En los experimentos no mineral, la conversión de nitrobenceno …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Agradecemos al grupo H.O.G. en Arizona State University para el desarrollo de la metodología inicial de estos experimentos hidrotérmicos, y en particular, damos las gracias I. Gould, E. choque, L. Williams, C. Glein, H. Hartnett, Fecteau K., K. Robinson y C. Bockisch, para su orientación y asistencia útil. Z. Yang y X. Fu fueron financiados por fondos de inicio de la Universidad de Oakland de a Z. Yang.
Materials
| Chemicals: | |||
| Dichloromethane | VWR | BDH23373.400 | |
| Dodecane | Sigma-Aldrich | 297879 | |
| Nitrobenzene | Sigma-Aldrich | 252379 | |
| Fe2O3 | Sigma-Aldrich | 310050 | |
| Fe3O4 | Sigma-Aldrich | 637106 | |
| Supplies: | |||
| Silica tube | |||
| Vacuum pump | WELCH | 2546B-01 | |
| Vacuum line | |||
| Oven | Hewlett Packard | 5890 | |
| Thermocouple | BENETECH | GM1312 | |
| Gas chromatography | Agilent | 7820A |
References
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