sulfonering polystyreen

[Kaaskonijn]

Hallo,

Thuis wilde ik geheel zelf waterglas maken. Hiervoor heb ik NaOH of KOH nodig, die ik wil maken met behulp van membraanelektrolyse. Het membraan (een proton exchange membrane) voor deze elektrochemische cel wil ik dan ook weer zelf gaan maken.
Ik heb al wat experimenten gedaan ment het maken van een PVA membraan dat is vernet met citroenzuur. Op een of andere manier krijg ik het niet voor elkaar om dit werkende te krijgen, als u tips heeft hoor ik deze graag. Daarna ben ik verder gaan kijken naar andere materialen voor membranen en toen kwam ik uit op dit artikel: https://sci-hub.se/10.1002/pola.26627 Maar in dit artikel wordt geconcentreerd zwavelzuur en een andere chemicaliën gebruikt, die niet makkelijk te krijgen zijn voor een hobbyist. Is het het waard om alle formulieren en documentatie in te vullen om de benodigdheden te krijgen, of is dat niet te doen? Denken jullie dat zo een synthese als beschreven in het artikel haalbaar is thuis? Of zijn er andere, makkelijkere materialen voor proton exchange membranes die ik zelf kan maken?

alvast bedankt.

[Marko]

Als je NaOH of KOH nodig hebt zou ik dat gewoon bestellen. Er zijn talloze leveranciers van chemicaliën voor (hobbymatige) experimenten. Zomaar een link die ik toevallig snel vond:

https://www.labshop.nl/natriumhydroxide/

Maar als je zoekt op natriumhydroxide vind je ook talloze andere leveranciers, ook bijvoorbeeld in de vorm van gootsteenontstopper. Ook kaliumhydroxide is te bestellen.

Het zelf proberen te maken is tamelijk kansloos. Met alleen PSS (overigens ook te bestellen, maar wel iets lastiger) ben je er nog lang niet. Dat is hooguit een grondstof voor het membraan; dan moet je er nog een membraan van maken en een elektrolyse-apparaat waar dat membraan in zit. Beide stappen zijn nogal specialistisch, en vragen technische kennis en ervaring voor het goed lukt.

[Kaaskonijn]

Bedankt voor de reactie. Maar het gaat mij eigenlijk juist om het zelf maken van NaOH, ook al is dit een stuk duurder en moeilijker. Ik heb al zo een cel gebouwd voor het testen van mijn PVA membranen. Dit werkte allemaal goed behalve dat mijn membraan langzaam oploste. Zou u wat meer uitleg kunnen geven over de problemen met een membraan dat alleen gemaakt is van PPS?

[Marko]

Een paar complicaties, met name rondom PSS.

1. Het PSS dat je zou maken verkrijg je uit de reactie als een soort poeder. Hoe maak je daar een membraan van? Met name, hoe maak je een membraan met de juiste dikte?
2. Dit soort membranen bestaan niet voor 100% uit lineair PSS, maar uit gecrosslinked PSS. Dat wil zeggen dat je ook geen standaard polystyreen van koffiebekertjes of piepschuim kunt gebruiken.
3. Membraanelektrolyse is gebaseerd op selectief doorlaten van Na⁺ ionen. Dat bereik je door het membraan negatief geladen te maken. En dat wordt, normaal gesproken, bereikt door reactie van het PSS met een base zoals natriumhydroxide. Zonder negatieve lading doet dat membraan niets.

Uitleg:
Als je de cellen vult met een zoutoplossing zal het volgende gebeuren: Aan de positieve elektrode zal H₂O reageren tot H⁺ en O₂. Aan de negatieve elektrode zal ook H₂O reageren, tot OH^- en H₂. Maar de OH^- die je produceert wordt aangevuld door de H⁺ die aan de andere kant van het membraan gevormd wordt. Al met al ben je alleen water aan het elektrolyseren en waterstof en zuurstof aan het produceren, maar er ontstaat geen natriumhydroxide.

4. Ook met een werkend membraan moet je opletten wat je toevoegt, en dat er geen chloorgas wordt gevormd.


Als je al wel geslaagd bent om een werkende elektrolyse-cel te maken hoef ik daar weinig over te zeggen.

[Kaaskonijn]

Ik had er inderdaad niet over nagedacht dat je je poeder niet gewoon weer makkelijk kon oplossen doordat je hem crosslinked. Maar is het niet mogelijk om hem voor een deel te laten crosslinken, zodat hij nog vloeibaar is en dat je het dan op een glazen plaat of iets doet zodat hij een dun laagje vormt. Reageert hij daar dan verder zodat hij die vorm behoud?
Over nummer 2: is het niet dat een deel van het zwavelzuur dat met een een van de fenolgroepen van de plastic reageert nog een keer kan reageren met een andere fenolgroep waardoor je een crosslink krijgt?
Over het 3de punt: Een deel van de het zwavelzuur zal maar met één fenolgroep reageren. Hierdoor kan de zwavel die aan een kant gebonden zit aan de fenolgroep aan de andere kant nog zijn H afstaan als H+ waardoor de zwavelgroep negatief geladen wordt daardoor kan er dan Na+ doorheen. Heel veel ion exchange resins maken ook gebruik van zwavelgroepen (weet niet of ze zo heten, zo niet zou ik graag willen weten hoe ze wel heten), dus dat zou wel moeten werken. Als u meer uitleg heeft over hoe het in zijn werk zou gaan om Polystyreen te laten reageren met NaOH zou ik daar graag meer over willen weten want ik heb namelijk als wat NaOH.
Dat er chloorgas wordt geproduceerd als je NaCl gebruikt in je cel wist ik al, daarom gebruik ik soda (NaHCO₃) want hierbij wordt alleen CO2 geproduceerd, maar alsnog bedankt voor de waarschuwing.

[Marko]

1: het gecrosslinkede polystyreen waar ik het over had is deels gecrosslinked.
2. Dat is zo, afhankelijk van de omstandigheden waaronder de reactie wordt gedaan. Maar ik had het over de polystyreen die als uitgangsstof voor de reactie wordt gebruikt. Die is, zoals ik me meen te herinneren, deels gecrosslinked door gebruik van divinylbenzeen.
3. Maar hoe staat de sulfonzuur-groep die H⁺ af: Daar is een base voor nodig. Gebruik je geen base, dan blijven al je sulfonzuurgroepen "intact" en dan gaan ze reageren met de OH^- die je tijdens de elektrolyse vormt. En dat wil je niet. Bij de ionenwisselaars die je noemt moet je hetzelfde doen.
4. Goed dat je geen natriumchloride gebruikt!

[Kaaskonijn]

Danuwel voor de reacties. Ik ga het gewoon nog een keer kijken waardoor het zou kunnen komen dat mijn PVA membranen niet werken. Dat is voor mij haalbaarder dan het maken van een PPS membraan.

[Marko]

Als je wat meer informatie geeft over waar die membranen vandaan komen of hoe je die gemaakt hebt kan ik daar best in meedenken. Misschien wel beter om dan een apart te topic te openen.

[Kaaskonijn]

Ik heb een nieuw topic gemaakt onder de naam PVA membraan. Ik heb daar verder uitgelegd wat ik doe.