Organik hidrotermal dönüşümler üzerinde Mineral etkileri eğitimi için deneysel bir protokol
Summary
Dünya bol mineraller doğal hidrotermal sistemlerinde önemli rol oynarlar. Burada, hidrotermal koşullar altında Organik mineral etkileşimleri deneysel incelenmesi için güvenilir ve düşük maliyetli bir yöntem açıklanmaktadır.
Abstract
Organik mineral etkileşimleri geysers toprak ve hidrotermal derin okyanusta gibi kaplıcalar, hidrotermal ortamlarda yaygın olarak görülür. Birçok hidrotermal organik jeokimyasal süreçlerinde önemli mineraller rolleri vardır. Altın, titanyum, platin veya paslanmaz çelik yapılmış reaktörler kullanarak içerir, geleneksel hidrotermal metodoloji genellikle yüksek maliyet veya istenmeyen metal katalitik etkisi ile ilişkilidir. Son zamanlarda, maliyet-etkin ve inert kuvars veya erimiş silis Cam tüplerin hidrotermal deneylerde kullanmak için büyüyen bir eğilim vardır. Burada, biz Organik mineral hidrotermal deneyleri silis tüpler içinde taşımak için bir protokol sağlar ve numune hazırlama, deneysel Kur, ürün ayırma ve kantitatif analiz temel adımları açıklar. Biz de bir deney üzerinde belirli bir hidrotermal koşulda onun bozulma bir demir içeren maden, manyetit, etkisini göstermek için bir model organik bileşik, nitrobenzene, kullanarak göstermek. Bu teknik karmaşık Organik mineral hidrotermal etkileşimler nispeten basit Laboratuvar sisteminde eğitim için uygulanabilir.
Introduction
Hidrotermal ortamlar (yani, yüksek sıcaklık ve basınç, sulu medya) yeryüzünde her yerde vardır. Organik bileşiklerin hidrotermal kimya organik tortul havzaları, petrol rezervuar ve derin biyosfer1,2,3gibi jeokimyasal ayarları geniş bir alanda önemli bir rol oynar. Organik Karbon dönüşümleri hidrotermal sistemlerinde değil sadece, aynı zamanda dünya bol mineraller gibi çizgili veya düz çizgili çözünmüş inorganik maddeler ile saf sulu ortam meydana gelir. Önemli ölçüde ve seçime bağlı olarak çeşitli organik bileşiklerin hidrotermal reaktivite etkilemek için mineraller bulundu1,4,5 ama nasıl karmaşık hidrotermal sistemlerinde mineral etkileri tanımlamak için hala bir meydan okuma olarak kalır. Bu çalışmanın amacı hidrotermal organik reaksiyonlar üzerinde mineral etkileri eğitimi için nispeten basit bir deneysel protokol sağlamaktır.
Laboratuar çalışmaları hidrotermal reaksiyonların geleneksel olarak altın, titanyum veya paslanmaz çelik6,7,8,9yapılmış sağlam reaktörler kullanın. Örneğin, altın çanta veya kapsül olumlu, altın esnektir ve buharı faz örnek içinde üreten önler harici, su basınçlandırma tarafından kontrol edilebilir için örnek baskı sağlar çünkü kullanılmaktadır. Ancak, bu reaktörler pahalıdır ve potansiyel metal katalitik etkileri10ile ilişkili olabilir. Bu nedenle, hidrotermal bu deneyler için düşük maliyetli ancak yüksek güvenilirlik ile alternatif bir yöntem bulmak için zorunludur.
Son yıllarda, reaksiyon tüpler kuvars veya erimiş silis camdan daha sık hidrotermal deneyler11,12,13için uygulanmış. Değerli altın veya titanyum ile karşılaştırıldığında, kuvars veya silis cam Ayrıca güçlü malzeme çok ucuz. Daha da önemlisi, kuvars tüpler küçük katalitik etkisi göstermiştir ve kadar etkisiz olabilir hidrotermal reaksiyonlar11,14altın gibi. Bu protokol için küçük ölçekli hidrotermal Organik mineral kalın duvarlı silis tüpler deneyler genel yöntemler açıklanmaktadır. Biz göstermek için de mineral etkisini göstermek için (Yani, manyetit) bir 150 ° C hidrotermal çözümde bir demir-oksit maden varlığı/yokluğu bir modeli bileşik (Örneğin, nitrobenzene) kullanarak bir örnek deney mevcut Bu yöntemin etkinliği.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu çalışmada, biz nitrobenzene ile mineral manyetit örnek olarak hidrotermal organik reaksiyonlar üzerinde mineral etkileri değerlendirmek nasıl göstermek için kullanılmıştır. Küçük silis cam tüplerde deneyler yapılmaktadır rağmen son derece tekrarlanabilir sonuçlar manyetit deneylerde, Yani, 30,3 ± % 1.4 etkinliğini ve bu güvenilirliğini öneriyor nitrobenzene dönüşüm gözlenir hidrotermal protokolü. Hayır-mineral deneylerde nitrobenzene dönüşüm 5.2 ± % 2.1, hangi mineral den…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
HOG grup Arizona State Üniversitesi’nde bu hidrotermal deneyler ilk metodolojisi geliştirmek için teşekkür ederiz, ve özellikle, biz ı. Gould, E. şok, L. Williams, C. Glein, H. Hartnett, K. Fecteau, K. Robinson ve C. Bockisch, için teşekkür ederim onların rehberlik ve yararlı yardım. Z. Yang ve X. Fu Z. Yang Oakland Üniversitesi’nden başlangıç fonlar tarafından finanse edilmiştir.
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
- Yang, Z., Gould, I. R., Williams, L. B., Hartnett, H. E., Shock, E. L. Effects of iron-containing minerals on hydrothermal reactions of ketones. Geochimica et Cosmochimica Acta. 223, 107-126 (2018).
- Seewald, J. S. Organic-inorganic interactions in petroleum-producing sedimentary basins. Nature. 426 (6964), 327-333 (2003).
- Sogin, M. L., et al. Microbial diversity in the deep sea and the underexplored “rare biosphere”. Proceedings of the National Academy of Sciences. 103 (32), 12115 (2006).
- McCollom, T. M. Laboratory Simulations of Abiotic Hydrocarbon Formation in Earth’s Deep Subsurface. Reviews in Mineralogy and Geochemistry. 75 (1), 467-494 (2013).
- Foustoukos, D. I., Seyfried, W. E. Hydrocarbons in Hydrothermal Vent Fluids: The Role of Chromium-Bearing Catalysts. Science. 304 (5673), 1002 (2004).
- Bell, J. L. S., Palmer, D. A., Pittman, E. D., Lewan, M. D. 10.1007/978-3-642-78356-2_9. Organic Acids in Geological Processes. , 226-269 (1994).
- Palmer, D. A., Drummond, S. E. Thermal decarboxylation of acetate. Part I. The kinetics and mechanism of reaction in aqueous solution. Geochimica et Cosmochimica Acta. 50 (5), 813-823 (1986).
- Yang, Z., Gould, I. R., Williams, L. B., Hartnett, H. E., Shock, E. L. The central role of ketones in reversible and irreversible hydrothermal organic functional group transformations. Geochimica et Cosmochimica Acta. 98, 48-65 (2012).
- McCollom, T. M., Ritter, G., Simoneit, B. R. T. Lipid Synthesis Under Hydrothermal Conditions by Fischer- Tropsch-Type Reactions. Origins of life and evolution of the biosphere. 29 (2), 153-166 (1999).
- Bell, J. L. S., Palmer, D. A., Barnes, H. L., Drummond, S. E. Thermal decomposition of acetate: III. Catalysis by mineral surfaces. Geochimica et Cosmochimica Acta. 58 (19), 4155-4177 (1994).
- Yang, Z., et al. Hydrothermal Photochemistry as a Mechanistic Tool in Organic Geochemistry: The Chemistry of Dibenzyl Ketone. The Journal of Organic Chemistry. 79 (17), 7861-7871 (2014).
- Yang, Z., Hartnett, H. E., Shock, E. L., Gould, I. R. Organic Oxidations Using Geomimicry. The Journal of Organic Chemistry. 80 (24), 12159-12165 (2015).
- Venturi, S., et al. Mineral-assisted production of benzene under hydrothermal conditions: Insights from experimental studies on C6 cyclic hydrocarbons. Journal of Volcanology and Geothermal Research. 346, 21-27 (2017).
- Lemke, K. H., Rosenbauer, R. J., Bird, D. K. Peptide Synthesis in Early Earth Hydrothermal Systems. Astrobiology. 9 (2), 141-146 (2009).
- Byrappa, K., Yoshimura, M. . Handbook of Hydrothermal Technology. , (2001).
- Johnson, J. W., Oelkers, E. H., Helgeson, H. C. SUPCRT92: A software package for calculating the standard molal thermodynamic properties of minerals, gases, aqueous species, and reactions from 1 to 5000 bar and 0 to 1000°C. Computers & Geosciences. 18 (7), 899-947 (1992).
