Въведение
Сламата е общо понятие за премелените, изсушени зърнени стъбла и листата на растенията, използвани за производство на масла и влакна. В допълнение към употребата си в селското стопанство сламата има потенциал да стане важна и катонеутрален по отношение на CO2 енергиен носител в бъдеще. Тя е отлична форма на биомаса, тъй като е страничен продукт от обработваемото земеделие. За разлика от други биогорива, за отглеждането ѝ не са необходими специални мерки или допълнителни площи. Освен това летливата пепел от процеса на изгаряне може да се използва като почвен тор за местните стопанства.
Термогравиметричният анализ (TGA) или едновременният термичен анализ (STA), който се отнася до едновременното провеждане на TGA и диференциална сканираща калориметрия (DSC), са особено подходящи за изследване на процесите на пиролиза или горене. Бързо може да се получи информация за термичната стабилност на предимно твърди горива по отношение на реакционните температури, както и за кинетиката на горене. Освен това може да се определи загубата на маса по време на пиролизата или изгарянето и съдържанието на пепел.
Описаното тук измерване изследва поведението при разлагане на слама [1]. Газовете, отделящи се по време на разлагането, се идентифицират с помощта на FT-IR спектроскопия, като се използва напълно интегрираната STA-FT-IR свързваща система NETZSCH Perseus STA 449 (вж. фигура 1).
Резултати от измерването
Прахообразна проба от слама с неизвестен произход с начална маса 28,64 mg е измерена в Pt тигел с пробит капак при скорост на нагряване 20 K/min. Газовата атмосфера е променена от чист азот на въздух при 740 °С (дебитът на газа е 70 ml/min). Под 740 °C се наблюдават три стъпки на загуба на маса от 4,9 %, 33,8 % и 35,8 %, които са придружени от един ендотермичен и два припокриващи се екзотермични ефекта с енталпии от 125 J/g и -115 J/g (вж. фигура 2). По време на тези етапи на загуба на маса сигналът на Грам-Шмит, отразяващ сумата от всички FT-IR абсорбции за всички вълнови диапазони, показва максимуми при 111°C, 302°C и 360°C, които корелират добре с кривата на DTG. Друга стъпка на загуба на маса от 20,9 %, както и екзотермичен ефект с обща енталпия от -7,79 kJ/g се появяват след преминаване към въздух при 740 °C. Тези ефекти се дължат на изгарянето на т.нар. пиролитични сажди, оставящи остатъчна маса от 4,6 %, която отразява съдържанието на пепел.
На фигура 3 е показан триизмерен изглед на FT-IR спектрите на отделените газове, събрани по време на разлагането на сламата. От особен интерес са спектрите под 740 °C, където е настъпила пиролизата на пробата. Силната FT-IR абсорбция при по-високи температури се дължи на отделянето наCO2 в резултат на изгарянето.
Еволюиралите газови видове бяха идентифицирани чрез сравняване на отделни извлечени двуизмерни спектри при определени температури със спектри от библиотеката. Например на фигура 4 е показано, че спектърът на отделените газове при 302°C съответства на смес, съдържащаCO2, CO,H2Oи мравчена киселина (HCOOH). Еволюцията на отделните газови видове в хода на разлагането на пробата може да се проследи чрез интегриране на характерен диапазон на FT-IR абсорбция за молекулите и наслагване на кривата на интеграционните стойности като функция на температурата с TGA и DTG кривите от анализа. Диапазонът между 2200 и 2450 cm-1 е интегриран заCO2, между 1950 и 2150 cm-1 за CO, между 1300 и 1600 cm-1 заH2Oи между 1000-1150 cm-1 за HCOOH.
Както се вижда от фигура 5,H2Oсе отделя по време напървия етап на загуба на маса (изпаряване на влагата) и по време навтория итретия етап на загуба на маса (пиролиза), по време на които се отделят също CO,CO2 и HCOOH. CH4 се отделя в широк температурен диапазон с максимум при 534 °C, аCO2 е открит отново над 740 °C в резултат на изгарянето на пробата във въздуха.
Заключение
Беше демонстрирано използването на много компактната STA-FT-IR свързваща система NETZSCH Perseus STA 449 за характеризиране на пиролизата и изгарянето на слама [1]. Беше наблюдавана добра корелация между откритите стъпки на загуба на маса и отделянето на газ, което демонстрира предимството на интерфейса за директно свързване. Идентифицирането на отделяните газове чрез търсене в база данни позволява подробна интерпретация на химията, участваща в етапите на загуба на маса, свързани с пиролизата, по-специално.