Экспериментальный протокол для изучения минеральных влияния на органических гидротермальных преобразования
Summary
Земля обильные минералы играют важную роль в естественной гидротермальных системах. Здесь мы описываем метод надежным и экономически эффективным для экспериментального исследования органо минеральных взаимодействий в гидротермальных условиях.
Abstract
Широко Органическая Минеральная взаимодействия происходят в гидротермальных условиях, таких как горячие источники, гейзеров на суше и гидротермальные жерла в океанских глубинах. Роли полезных ископаемых решающее значение во многих гидротермальных органических геохимических процессах. Традиционные гидротермальных методология, которая включает в себя, с использованием реакторов, сделанные из золота, Титан, платины или из нержавеющей стали, обычно ассоциируется с высокой стоимости или побочных металла катализатора. Недавно существует растущая тенденция использования экономически эффективных и инертных кварц или кварцевое стеклянных трубочек в гидротермальных экспериментов. Здесь мы предоставляем протокол для проведения органо минеральных гидротермальных экспериментов в пробирках, кремнезема, и мы описываем основные шаги в подготовке образца, экспериментальной установки, продуктов разделения и количественного анализа. Мы также продемонстрировать эксперимент с использованием модели органическое соединение, нитробензола, чтобы показать влияние железосодержащих минералов, магнетит, на его деградации условиях, гидротермальные. Этот метод может быть применен для изучения комплексных органо минеральных гидротермальных взаимодействий в относительно простой лабораторной системы.
Introduction
Гидротермальные сред (то есть, водный СМИ при повышенных температурах и давлениях) являются вездесущими на земле. Гидротермальные химию органических соединений играет важную роль в широком диапазоне геохимических параметров, таких как органические осадочных бассейнов, резервуаров нефти и глубокие биосферы1,2,3. Преобразования органического углерода в гидротермальных системах происходят не только в чистой водной среде, но и с растворенными или твердых неорганических материалов, таких как земли обильные минералов. Было установлено, что минералы резко и избирательно влияние гидротермальных реактивности различных органических соединений,1,4,5 , но как определить полезных эффектов в сложных гидротермальных системах по-прежнему остается проблемой. Цель этого исследования должна обеспечить относительно простой экспериментальный протокол для изучения полезных эффектов на гидротермальных органических реакций.
Лабораторные исследования гидротермальных реакций традиционно используют надежные реакторы, выполненные из золота, титана, нержавеющей стали6,,78,9. Например золото мешки или капсулы благоприятно использовались, потому, что золото является гибкой, и это позволяет образец давление контролируется давление воды снаружи, который избегает генерации паровой фазы внутри образца. Однако эти реакторы являются дорогостоящими и могут быть связаны с потенциальными металла каталитического воздействия10. Следовательно крайне важно найти альтернативный метод с низкой стоимостью, но высокой надежности для этих гидротермальных экспериментов.
В последние годы реакция трубы сделаны из кварца или кварцевое стекло более часто применялись гидротермальных эксперименты11,12,13. По сравнению с драгоценные золотые или титана, кварц или кварцевого стекла значительно дешевле, но также прочный материал. Что еще более важно, кварцевые трубки показали мало каталитического воздействия и может быть как инертный как золото для гидротермической реакции11,14. В этом протоколе мы описываем общий метод для проведения небольших гидротермальных органо минеральных экспериментов в трубы толстостенные кремнезема. Мы представляем пример эксперимент с использованием модели соединения (т.е., нитробензола) в присутствие/отсутствие минерала оксида железа (то есть, магнетит) в растворе гидротермальных 150 ° C, для того чтобы показать минеральных эффект, а также чтобы продемонстрировать эффективность данного метода.
Protocol
Representative Results
Discussion
В этом исследовании мы использовали нитробензола минерального магнетита в качестве примера для демонстрации способов оценки минеральных эффекты на гидротермальных органических реакций. Хотя эксперименты проводятся в небольших кремнезема стеклянных трубок, высоко воспроизводимые ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Мы благодарим группу H.O.G. в университете штата Аризона для разработки первоначальных методологии этих гидротермальных экспериментов, и в частности, мы благодарим I. Гулд, E. шок, Уильямс, C. Glein, H. Hartnett, K. Fecteau, K. Робинсон и C. Bockisch, за их указания и полезные помощь. Z. Ян и X. Fu финансировались запуска средств от университета Окленда з. Янг.
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).
