Úvod
Metody termogravimetrie (TGA) jsou zvláště vhodné pro zkoumání spalovacích procesů. Umožňují rychlé závěry týkající se tepelné stability převážně pevného paliva, jakož i reakční teploty a kinetiky hoření. Kromě toho lze kvantifikovat jak hmotnostní ztráty během spalovací reakce, tak obsah nespalitelného minerálního popela. Na rozdíl od jiných reakcí, jako je Rozkladná reakceRozkladná reakce je tepelně indukovaná reakce chemické sloučeniny za vzniku pevných a/nebo plynných produktů. rozklad nebo uvolňování vlhkosti či rozpouštědel, je spalování reakcí pevného skupenství s plynem. Proto musí být nejen zachovány všechny obvyklé parametry, jako je hmotnost vzorku, rychlost ohřevu a průtok proplachovacího plynu, ale výsledky měření jsou také ovlivněny povrchem vzorku, koncentrací kyslíku a geometrií kelímku, což vše může omezit přístup reakčního plynu k pevnému vzorku.
Za účelem sledování tohoto problému byla provedena série měření s NETZSCH STA s použitím různých geometrií kelímků za jinak stejných podmínek. Různé kelímky jsou znázorněny na obrázcích 1 a 3; mezi nimi je také propíchnutý DTA kelímek, který je ve zvětšeném měřítku znázorněn na obrázku 2 [1].
Zkoumanými vzorky sazí jsou různé standardní vzorky, jako například NIST 2975, Printex 90, aktivní uhlí a uhlíkové kuličky. Ty mají průměr přibližně 1 až 2 mm a anorganickou strukturu. Průměrná velikost částic práškových vzorků se uvádí mezi 20 nm a 50 nm.
Výsledky
Pro zkoumání sazí NIST 2975 byly použity typy kelímků uvedené na obrázku 1. Vztah mezi průměrem kelímku a stupněm naplnění vzorků (pro stejnou hmotnost vzorku) je vidět na obrázku 3 a v tabulce 1.
Tabulka 1: Rozměry kelímků znázorněných na obrázku 1
Rozměry (mm) | Násuvný deska | Krátký DTA kelímek | DTA kelímek | DTA kelímek, propíchnutý | Mini DTA* |
|---|---|---|---|---|---|
| Ø vnější | 10 | 8 | 8 | 8 | 5 |
| Ø vnitřní | 10 | 6 | 6 | 6 | 4 |
*pouze pro srovnání; tento kelímek není součástí sortimentu NETZSCH
small Při použití kyslíku jako proplachovacího plynu lze již nyní zjistit rozdíly mezi různými geometriemi kelímků, pokud jde o teplotu spalování a rychlost spalování (DTG) (obr. 4).
Pokud se však koncentrace kyslíku v proplachovacím plynu sníží na 20 % (obrázek 5) nebo 5 % (obrázek 6), geometrie kelímku hraje stále větší roli. Děrovaný DTA kelímek a násuvná deska zjevně umožňují lepší přístup kyslíku z reakčního plynu ke vzorku. Čím horší je však přístup reakčního plynu k pevnému vzorku, tím větší je tendence k posunu reakce k vyšším teplotám a tím nižší je reakční rychlost (DTG). Při poměru dusíku a kyslíku v čisticím plynu 95:5 je propíchnutý DTA kelímek téměř stejně "rychlý" jako násuvná deska. Co se týče reakčního chování, propíchnutý DTA kelímek (obrázek 2) a krátký DTA kelímek se nejvíce blíží skluzné desce, přičemž manipulace se vzorky je u těchto dvou typů kelímků výrazně jednodušší než u skluzné desky.
Závislost výsledků na obsahu kyslíku v proplachovacím plynu je znázorněna na obrázku 7.
Srovnání různých typů sazí ukazuje významné rozdíly mezi všemi stanovovanými charakteristickými hodnotami, jako je Tepelná stabilitaMateriál je tepelně stabilní, pokud se vlivem teploty nerozkládá. Jedním ze způsobů, jak určit tepelnou stabilitu látky, je použití termogravimetrického analyzátoru (TGA). tepelná stabilita, teplota hoření, rychlost hoření a zbytková hmotnost (obrázky 8 a 9).
Závěr
Předložená měření ukazují, že geometrie kelímku může mít významný vliv na interakci mezi vzorkem a proplachovacím plynem. Jako příklad zde byla použita reakce hoření sazí. Za jinak stejných podmínek měření, pokud byl v rámci jedné série zkoušek použit stejný typ kelímku, bylo možné provést srovnávací vyhodnocení vzorků. Při provádění kinetických studií je vždy třeba vzít v úvahu vliv základních podmínek měření, včetně typu kelímku, na rychlost reakce. V tomto případě se jako vhodné ukázaly sliponová deska a propíchnutý kelímek.