Preparazione del nichel Raney e trattamenti per renderlo adeguato a test LENR

Il nichel Raney è un catalizzatore usato in chimica organica per molti processi di idrogenazione Brevettato nel 1927 da Murray Raney, Pat. US1628190
viene anche oggi largamente usato in processi anche ad elevata temperatura e pressione.
La materia prima di partenza di questo catalizzatore è una polvere finemente suddivisa di lega Ni-Al nelle proporzioni 50%Ni 50% Al che viene sottoposta all’azione di una soluzione concentrata di NaOH con conc. Dal 20 al 40% e temp. Da 40 a 100 ºC a seconda della caratteristiche che si desidera ottenere.
La soluzione di NaOH attacca l’ Al della lega dissolvendolo in buona parte e liberando H₂ Le reazioni fondamentali che avvengono durante l’attivazione sono:

 

2Al + 2NaOH + 2H₂O ----> 2NaAlO₂ + 3H₂ e
2NaAlO₂ +4H₂O ---->Al₂O₃ + 3H₂O +2NaOH (in soluzione acquosa diluita)

 

Quello che resta dopo l’attivazione si può paragonare ad una spugna finemente suddivisa di Ni impregnata di H₂ con presenza di Al e di Al₂O₃.3H₂O
Il Raney Nichel è fortemente piroforico e va’ conservato sotto acqua od etanolo a seconda dell’impiego.
Originariamente per la preparazione veniva usata la lega Ni – Al nelle proporzioni 50 – 50 poi sono stati introdotte piccole quantità di altri metalli al fine di aumentarne le proprietà catalizzatrici. Dettagliate notizie sulla preparazione del catalizzatore sulle sue caratteristiche sperimentali potete trovarle qui: The Nature of Hydrogen in Raney Nickel Catalysts
(Il documento è datato 1975 ma è il documento più completo che sia mai riuscito a trovare nel WEB).
Il mio interesse su questo composto non riguarda tanto il suo possibile impiego in sintesi organiche quanto il suo possibile uso in campo LENR data la sua capacità di assorbire forti quantità di H interstiziale.

 

Attivazione del Nichel Raney
Ho scelto di preparare un Nichel Raney ad elevata superficie attiva e medio contenuto di Allumina Del tipo: “ II A” come da procedura riportata su: The Nature of Hydrogen in Raney Nickel Catalysts Pag. 37, (19)

 

Attrezzatura usata:
-pallone da 100 cc
-agitatore ad asta in vetro,
-riscaldatore,
- imbuto buchner a setto poroso in vetro ,
-beuta da vuoto,
-pompa per aspirazione

 

Reagenti:
A) 2,2 gr lega Ni-Al 50-50
B) 12,5 ml di Soluzione di NaOH al 40% (preparata con H₂O deaerata ₍₁₎)

 

Procedura:
nel pallone inserito su un bagnomaria a 50 ºC mettere16 ml di H₂O deaerata quindi 2,2 gr di Ni-Al e mettere sotto agitazione, F1

 

 

Aggiungere 0,6 ml di sol. B, subito inizia una violenta emissione di H₂ attendere 10 min. quindi aggiungere altri 0,6 ml di B, questa operazione va ripetuta per 4 volte sempre sotto agitazione. Aggiungere quindi 3 porzioni da 2 ml di sol. B alla distanza di 5 min, un dall’altra. Alla fine versare nel pallone il residuo dei 12,5 ml della sol. B. Aspettare quindi che cessi l’evoluzione di idrogeno, fermare l’agitatore e lasciare decantare, F2

 

 

aspirare quindi con una pipetta il supernatante e aggiungere altra H2O, agitare e lasciare sedimentare, ripetere quest’operazione sino a che il pH e sceso sino 7,5 – 8,0. Passare il sedimento dal pallone ad un imbuto buchner con settore in vetro F3-4 ₍₂₎

 

 

e lavare con H₂O sotto leggera aspirazione il raney nichel non deve mai andare a secco! Sino a che il pH si è ridotto a 7–7,5 a questo punto il catalizzatore è pronto per l’uso si può conservare in un contenitore in fase acquosa o sotto etanolo a seconda dell’uso che se ne deve fare.
Non avevo mai avuto a che fare con questo catalizzatore e conoscendo la sua fama di prodotto estremamente piroforico ho voluto fare una prova , ho prelevato una piccola porzione di questa fanghiglia grigia e l’ ho posta sopra un foglio di carta in modo che ne assorbisse velocemente l’H20, tempo 30 sec. Il catalizzatore ancora umido e già alcuni granuli iniziavano a sfrigolare infiammandosi come minuti pezzi di carbone rovente, altri 30 sec ed il resto del catalizzatore bruciava.
Questo per me era un serio problema non disponendo di una glove box ad atmosfera inerte per la manipolazione del prodotto, d’ altronde il prodotto mi serviva secco per le mie prove d’ assorbimento.
Di seguito,F5 come si presenta la polvere di lega Ni-Al di partenza, In F6 come si presenta il Nichel Raney attivato e poi privato completamente del suo contenuto in H₂ al fine di poterlo manipolare

 

 

Note:
(1) L’acqua è stata deaerata per rimuovere completamente l’ossigeno disciolto che costituisce un veleno per il catalizzatore e soprattutto per i test che dovevo eseguire
(2) le foto F3 e F4 in realtà si riferiscono ad un’altra preparazione, (Il Raney Nichel si presenta come una poltiglia grigia) la procedura è però la stessa. Con il Raney nichel dovendo procedere con la massima velocità per ridurre al minimo i contatti con l’aria nella fase di lavaggio mi è mancato il tempo per fare fotografie.

 

Ulteriori trattamenti eseguiti sul Raney nichel
Tramite un po’ d’acqua ho trasferito il catalizzatore precedentemente preparato nel crogiolo del fornetto ad induzione, quello già usato in precedenza per la riduzione delle nano polveri di Ni, visibile qui: Fornetto ad induzione
E questa è la configurazione usata per il trattamento. F7

 

 

Sigillato il tutto è stato fatto il vuoto, sotto il grafico del trattamento per una migliore comprensione

 

 

Il crogiolo in acciaio inox pieno di catalizzatore si trova sotto vuoto a temp. ambiente 16 ºC dopo 15’ (punto 1) la temperatura della miscela Nichel Raney + H₂0 è di 0 ºC l’evaporazione e la conseguente sottrazione di calore hanno ghiacciato la miscela sicuramente è andata sotto zero solo che il mio sistema non è in grado di rilevare temp. negative ed è iniziato un processo di liofilizzazione, a 20’ per velocizzare l’evaporazione dell’H₂0 accendo l’induzione, dopo un po’ l’evaporazione aumenta e questo è segnalato dalla veloce diminuzione del vuoto dopo il picco 4 a 40’ il vuoto aumenta di nuovo , l’acqua è stata completamente eliminata, il vuoto scende lentamente raggiungendo i 0,01 torr dopo 2 h 30’ e resta stabile con temp a 300ºC l’ H₂ è stato completamente estratto, a 2h 30’ spengo l’induzione e lascio raffreddare tutto.
Ora potrei estrarre tutto e portare in atmosfera senza problemi di incendi la polvere secca, così facendo si andrebbe però incontro a sicura ossidazione della polvere perdendo molto velocemente le caratteristice del catalizzatore che invece voglio preservare.
Ho pensato perciò di caricare di argon il crogiolo e lasciare il tutto a riposo in modo che la spugna metallica del catalizzatore si impregnasse di Ar, permettendomi cosi una certa, sia pure limitata, protezione dall’ossigeno atmosferico.
Ho usato l’ Ar perché è inerte e perché il suo peso specifico 1,78 Kg/m3, è superiore a quello dell’aria e dell’ossigeno, quindi il gas tende a restare sul fondo. Inoltre importante è la sua facile reperibilità a basso costo in bombolette da 60 bar (quelle usate in sistemi portatili di saldatura elettrica a filo).
Riprendendo il discorso sul grafico sopra riportato, a 3h 30’ ho chiuso i 2 rubinetti: crogiolo e vuoto ed ho avvitato il connettore con il riduttore di pressione - bombola di argon. F8

 

 

Con il rubinetto crogiolo chiuso e bombola di argon chiusa ho evacuato l’aria contenuta nel tubo e nel riduttore di pressione quindi chiuso il vuoto ed aperto il rubinetto del crogiolo ho erogato 1 bar di Ar nel crogiolo ho chiuso tutto e lasciato a riposo per un giorno. Il giorno dopo ho estratto il nichel Raney disattivato 1,3 g contro 2,2 g di lega N i- Al di partenza, nel crogiolo c’è stata una turbolenta ebollizione e se ne vedono le tracce, F9

 

 

 

Bibliografia:

 

- Pat.US1628190, Murray Raney
- The Nature of Hydrogen in Raney Nickel Catalysts