31.05.2023 by Dr. Carolin Fischer
حان وقت الشواء! اختر أفضل أنواع الفحم!
وقت الصيف هو وقت الشواء. ولكن هل تساءلت يومًا ما هو الفحم الأفضل للاستخدام؟ يمكن تمييز جودة الفحم من خلال الكمية التي تحتوي على مركبات عضوية، ومحتوى الرماد والطاقة المنبعثة أثناء الاحتراق. هذه كلها خصائص يمكن تحديدها باستخدام المحلل الحراري المتزامن NETZSCH STA. وبمساعدة قياس TGA-DSC، من السهل التحقق مما إذا كان فرق السعر بين المنتجات له ما يبرره من حيث الجودة.
arcولأغراض المقارنة، تم استخدام ثلاثة أنواع مختلفة من خشب الزان select: خشب الزانarcالزيتون، وزيت الزيتarcذو العلامة التجارية الزيتون، وزيت الزيتarcالرخيص من متجر تخفيضات.
تم إجراء قياسات TG-DSC باستخدام جهاز التحليل الحراري المتزامن NETZSCH STA المجهز بحامل عينة TG-DSC من النوع S. تم تسخين عينات مختلفة من خشب الزان charcكعينات سائلة إلى 550 درجة مئوية في جو خامل ومن 550 درجة مئوية إلى 950 درجة مئوية في جو مؤكسد. للاطلاع على ظروف القياس التفصيلية، انظر الجدول 1.
النتائج الخاصة بعينة خشب الزان charcoal مرسومة في الشكل 1. كانت الخطوات الثلاث لفقدان الكتلة مصحوبة بتأثيرات حيوية. ربما كانت خطوة فقدان الكتلة الأولى، عند درجة حرارة 81 درجة مئوية، ناتجة عن إطلاق الماء، في حين أن فقدان الكتلة الثانية، عند 411 درجة مئوية، هو مؤشر على الانحلال الحراري للمركبات العضوية المتبقية. تسببت هذه الأحداث في حدوث تأثيرين ماص للحرارة عند درجتي حرارة قصوى تبلغ 67 درجة مئوية و394 درجة مئوية ومعامل إنثالبي يبلغ 30 جول/غرام و5 جول/غرام. وأدى احتراق الكربون المتبقي تحت جو هواء اصطناعي إلى فقدان كتلة بنسبة 92% وتأثير طارد للحرارة مع إنثالبي -23,315 جول/غرام. هذا ليس إنثالبي الاحتراق الكامل، حيث إن STA هو نظام مفتوح ينبعث منه جزء من الطاقة المتولدة مع غازات التطهير والغازات المنبعثة. يمكن استخدام هذه القيمة فقط للمقارنة النسبية. بلغت الكتلة المتبقية المتعلقة بمحتوى الرماد 3%.
يصور الشكل 2 مقارنة نتائج TGA لمختلف عينات charcoal. أدى برنامج درجة الحرارة المحدد إلى خطوتين لفقدان الكتلة لكل عينة تحت جو خامل. فيما يتعلق بالمحتوى المائي، أظهر الزفت الذي يحمل الاسم التجاري charcoal أعلى قيمة، يليه الزفت الذي يحمل الاسم التجاري charcoal وخشب الزان charcoal. يرجع اختلاف المحتوى المائي على الأرجح إلى اختلاف ظروف التخزين، ولكن قد يكون أيضًا بسبب الاختلافات في خصائص الأسطح التي تسمح بامتصاص الماء.
وفي المقابل، فإن نسبة المركبات العضوية تعطي معلومات عن مستوى اكتمال عملية الإنتاج بالنسبة لزيت وقوالب charcoal والقوالب: كلما كان المحتوى العضوي أقل، كلما كان الانحلال الحراري للخشب الأولي إلى charcoal أفضل أثناء عملية الإنتاج، مما ينتج عنه جودة أعلى ل charcoal. بمقارنة العينات الثلاث، أظهر خشب الزان charcoal مرة أخرى أقل قيمة، يليه خشب الزان charcoal ثم خشب الزان charcoal. لم تكن هذه العملية قد انتهت بعد عند درجة حرارة 550 درجة مئوية بالنسبة إلى عينة خشب الزان charcoal، مما يعني أن العينة لا تزال تحتوي على مركبات عضوية عند درجة الحرارة هذه.
بعد التحويل إلى جو مؤكسد، تم حرق الكربون المتبقي مع الأكسجين وأطلق ثاني أكسيد الكربون وأول أكسيد الكربون. هنا أيضًا، لوحظت اختلافات بين العينات الثلاث. تم تحديد محتوى الكربون بنسبة تزيد عن 90% في خشب الزان charcoal، في حين أظهر كل من خشب الزان الذي يحمل العلامة التجارية charcoal وخشب الزان المخصّصarcoal قيمًا تبلغ حوالي 75% من الكربون. يشير المحتوى العالي من الكربون إلى نقاوة عالية لزيت charcoal.
وبالتالي، تختلف العينات الثلاث أيضًا من حيث كتلتها المتبقية التي تميز محتوى الرماد في عينة charcoal. ومن المثير للدهشة أن عينة charcoal ذات العلامة التجارية أنتجت أكثر من 10% من الرماد، في حين أظهرت العينتان الأخريان قيمًا تتراوح بين 3% و5%. يمكن أيضًا اعتبار محتوى الرماد معيارًا للجودة. فكلما انخفض محتوى الرماد، قلت النسبة الأولية للنواتج الجانبية غير التفاعلية مثل الحشوات أو المعادن.
أظهرت المقارنة بين إشارات DSC، الموضحة في الشكل 3، أن خشب الزان charcoal أطلق معظم الحرارة أثناء الاحتراق التأكسدي. ونظرًا لأن العينات تم قياسها في نظام مفتوح غير استاتيكي، لا يمكن اعتبار هذه القيم على أنها حرارة الاحتراق. فالحرارة الحرارية المقاسة أقل بكثير من حرارة الاحتراق، حيث إن غازات التفاعل الساخنة تغادر العينة وتأخذ معها الحرارة المنطلقة. ومع ذلك، يمكن استخدام الحرارة المنطلقة كمقارنة نسبية جيدة بين العينات الثلاث.
تم إجراء قياس آخر باستخدام عينة من خشب الزان، انظر الشكل 4. وكما هو متوقع، كانت كمية الماء والمحتوى العضوي أعلى بكثير. وقد أسفرت الخطوة الأولى لفقدان الكتلة، والتي تشير إلى الماء، عن 5.13%. أدت زيادة درجة الحرارة إلى تحلل على مرحلتين للمحتوى العضوي بنسبة 68.35% في المجموع. أظهرت المقارنة مع خشب الزان charcoal أن عملية إنتاج خشب الزان charcoal كانت عملية التحلل الحراري للخشب شبه كاملة. انخفض المحتوى العضوي من حوالي 78% إلى أقل من 3%. ينعكس انخفاض محتوى الكربون في الخشب أيضًا في المحتوى الحراري الطارد للحرارة الذي تم اكتشافه أثناء الاحتراق التأكسدي.
ملخص
يمكن الكشف عن خصائص جودة خشب البلوط charcoal مثل الرطوبة ومحتوى الرماد والحرارة المنبعثة بمساعدة المحلل الحراري المتزامن، STA، من NETZSCH Analyzing & Testing. كان من الممكن إثبات الجودة العالية لخشب الزان charcoal فيما يتعلق بهذه الخصائص، في حين أن خشب الزانarcoal الذي يحمل العلامة التجارية لم يُظهر قيمًا أفضل بكثير من عينة charcoal المخفضة في هذه الحالة بالذات. وبالإضافة إلى ذلك، فإن طريقة TG-DSC مناسبة للتحكم في اكتمال عملية إنتاج charcoal فيما يتعلق بالتحلل الحراري للمواد العضوية.
نأمل أن تستمتع بالشواء!
