Johdanto
Kesä on grillausaikaa. Mutta oletko koskaan miettinyt, mitä puuhiiltä kannattaa käyttää? Puuhiilen laatua voidaan luonnehtia orgaanisia yhdisteitä sisältävän määrän, tuhkapitoisuuden ja palamisen aikana vapautuvan energian perusteella. Nämä kaikki ominaisuudet voidaan määrittää käyttämällä samanaikaista lämpöanalysaattoria NETZSCH STA. TGA-DSC-mittauksen avulla on helppo tarkistaa, onko tuotteiden välinen hintaero perusteltu laadun perusteella.
Vertailua varten valittiin kolme erilaista kaupallista puuhiiltä: pyökkihiiltä, merkkihiiltä ja halpahiiltä alennusmyymälästä.
Tulokset ja keskustelu
TGA-DSC-mittaukset suoritettiin samanaikaisella lämpöanalysaattorilla STA, joka oli varustettu TGA-DSC-näytteenottimella, tyyppi S. Eri hiilinäytteet kuumennettiin irtotavaranäytteinä 550 °C:een inertissä ilmakehässä ja 550 °C:sta 950 °C:een hapettavassa ilmakehässä. Yksityiskohtaiset mittausolosuhteet on esitetty taulukossa 1.
Taulukko 1: Mittausparametrit
| Parametrit | Pyökkihiili | Merkkihiili | Halpahiili | Pyökkihiili |
|---|---|---|---|---|
| Lämpötilaohjelma | RT - 550°C, typpi 550°C - 950°C, hapettava ilmakehä | |||
| Lämmitysnopeus | 20 K/min | |||
| Kaasun virtaus | 70 ml/min | |||
| Upokas | Platina, jossa on lävistetty kansi | |||
| Näytteen kantaja | TGA-DSC, tyyppi S | |||
| Näytteen massa | 9.49 mg | 10.03 mg | 9.94 mg | 7.83 mg |
Pyökkipuun puuhiilinäytteen tulokset on esitetty kuvassa 1. Kolmeen massanmenetysvaiheeseen liittyi energeettisiä vaikutuksia. Ensimmäinen massahäviö 81 °C:n lämpötilassa johtui todennäköisesti veden vapautumisesta, kun taas toinen massahäviö 411 °C:n lämpötilassa on osoitus jäljellä olevien orgaanisten yhdisteiden pyrolyysistä. Nämä tapahtumat aiheuttivat kaksi endotermistä vaikutusta, joiden huippulämpötilat olivat 67 °C ja 394 °C ja entalpiat 30 J/g ja 5 J/g. Jäljelle jääneen hiilen palaminen synteettisessä ilmakehässä johti 92 prosentin massahäviöön ja eksotermiseen vaikutukseen, jonka entalpia oli -23,315 J/g. Tämän jälkeen hiili paloi synteettisessä ilmakehässä. Tämä ei ole täydellinen palamisen entalpia, koska STA on avoin järjestelmä, joka luovuttaa osan tuotetusta energiasta puhdistuskaasujen ja vapautuvien kaasujen mukana. Tätä arvoa voidaan käyttää vain suhteelliseen vertailuun. Tuhkapitoisuuteen liittyvä jäännösmassa oli 3 prosenttia.
Kuvassa 2 esitetään eri hiilinäytteiden TGA-tulosten vertailu. Annettu lämpötilaohjelma johti kunkin näytteen osalta kahteen massan häviämisvaiheeseen inertissä ilmakehässä. Vesipitoisuuden osalta merkkihiili osoitti korkeinta arvoa, ja sen jälkeen tulivat discounter-hiili ja pyökkihiili. Eroava vesipitoisuus johtuu todennäköisesti erilaisista varastointiolosuhteista, mutta se voi johtua myös eroista pintojen ominaisuuksissa, jotka mahdollistavat veden imeytymisen.
Orgaanisten yhdisteiden osuus sen sijaan antaa tietoa puuhiilen ja briketin tuotantoprosessin valmistumisasteesta: Mitä alhaisempi orgaanisten aineiden osuus on, sitä paremmin alkuperäinen puu on pyrolysoitunut puuhiileksi tuotantoprosessin aikana, jolloin puuhiilen laatu on parempi. Verrattaessa kolmea näytettä todettiin jälleen, että pyökkipuun hiilen arvo oli alhaisin, ja seuraavaksi alhaisimmat arvot saatiin merkkihiilellä ja halpahiilellä. Prosessi ei ollut vielä päättynyt 550 °C:n lämpötilassa alennusmyyntihiilen osalta, mikä tarkoittaa, että näyte sisältää orgaanisia yhdisteitä vielä tässä lämpötilassa.
Hapettavaan ilmakehään siirtymisen jälkeen jäännöshiili paloi hapen kanssa ja vapautti hiilidioksidia ja hiilimonoksidia. Myös tässä havaittiin eroja kolmen näytteen välillä. Pyökkihiilelle määritettiin yli 90 prosentin hiilipitoisuus, kun taas sekä merkkihiilen että halpahiilen hiilipitoisuus oli noin 75 prosenttia. Korkea hiilipitoisuus viittaa puuhiilen korkeaan puhtauteen.
Näin ollen kolme näytettä eroavat toisistaan myös jäännösmassan osalta, joka kuvaa puuhiilen tuhkapitoisuutta. Yllättäen merkkihiilen Tuhka SisältöTuhka on mineraalioksidipitoisuuden mitta painon perusteella. Termogravimetrinen analyysi (TGA) hapettavassa ilmakehässä on hyväksi todettu menetelmä orgaanisten materiaalien, kuten polymeerien, kumien jne. epäorgaanisen jäännöksen, jota yleisesti kutsutaan tuhkaksi, määrittämiseksi. Näin ollen TGA-mittauksella Identify voidaan selvittää, onko materiaali täytetty, ja laskea täyteainepitoisuus.tuhkapitoisuus oli yli 10 prosenttia, kun taas kahden muun hiilen Tuhka SisältöTuhka on mineraalioksidipitoisuuden mitta painon perusteella. Termogravimetrinen analyysi (TGA) hapettavassa ilmakehässä on hyväksi todettu menetelmä orgaanisten materiaalien, kuten polymeerien, kumien jne. epäorgaanisen jäännöksen, jota yleisesti kutsutaan tuhkaksi, määrittämiseksi. Näin ollen TGA-mittauksella Identify voidaan selvittää, onko materiaali täytetty, ja laskea täyteainepitoisuus.tuhkapitoisuus oli 3-5 prosenttia. Tuhkapitoisuutta voidaan pitää myös laatukriteerinä. Mitä alhaisempi Tuhka SisältöTuhka on mineraalioksidipitoisuuden mitta painon perusteella. Termogravimetrinen analyysi (TGA) hapettavassa ilmakehässä on hyväksi todettu menetelmä orgaanisten materiaalien, kuten polymeerien, kumien jne. epäorgaanisen jäännöksen, jota yleisesti kutsutaan tuhkaksi, määrittämiseksi. Näin ollen TGA-mittauksella Identify voidaan selvittää, onko materiaali täytetty, ja laskea täyteainepitoisuus.tuhkapitoisuus on, sitä pienempi on epäreaktiivisten sivutuotteiden, kuten täyteaineiden tai mineraalien, alkuperäinen osuus.
Kuvassa 3 esitetty DSC-signaalien vertailu osoitti, että pyökkihiili vapautti eniten lämpöä hapettuvan palamisen aikana. Koska näytteet mitattiin avoimessa, ei-adiabaattisessa järjestelmässä, näitä arvoja ei voida pitää palamislämpönä.
Mitattu entalpia on huomattavasti pienempi kuin palamislämpö, koska kuumat reaktiokaasut poistuvat näytteestä ja vievät vapautuneen lämmön mukanaan. Vapautuvaa lämpöä voidaan kuitenkin käyttää hyvänä kolmen näytteen suhteellisena vertailukohtana.
Toinen mittaus suoritettiin pyökkipuunäytteestä, ks. kuva 4. Odotetusti veden määrä ja orgaanisen aineen pitoisuus olivat paljon korkeammat. Ensimmäinen massahäviöaskel, joka koskee vettä, antoi tulokseksi 5,13 prosenttia. Lämpötilan nousu johti orgaanisen aineksen kaksivaiheiseen hajoamiseen, joka oli yhteensä 68,35 prosenttia. Vertailu pyökkipuun puuhiileen osoitti, että puun pyrolyysiprosessi oli lähes valmis. Orgaaninen aines väheni noin 78 prosentista alle 3 prosenttiin. Puun alhaisempi hiilipitoisuus näkyy myös oksidatiivisen palamisen aikana havaitussa eksotermisessä entalpiassa.
Yhteenveto
Hiilen laatuominaisuudet, kuten kosteus, Tuhka SisältöTuhka on mineraalioksidipitoisuuden mitta painon perusteella. Termogravimetrinen analyysi (TGA) hapettavassa ilmakehässä on hyväksi todettu menetelmä orgaanisten materiaalien, kuten polymeerien, kumien jne. epäorgaanisen jäännöksen, jota yleisesti kutsutaan tuhkaksi, määrittämiseksi. Näin ollen TGA-mittauksella Identify voidaan selvittää, onko materiaali täytetty, ja laskea täyteainepitoisuus.tuhkapitoisuus ja vapautuva lämpö, voidaan havaita NETZSCH Analyzing & Testingin samanaikaisen lämpöanalysaattorin, STA, avulla. Näiden ominaisuuksien osalta pystyttiin osoittamaan pyökkipuun puuhiilen korkea laatu, kun taas merkkipuun puuhiilen arvot eivät tässä tapauksessa olleet merkittävästi paremmat kuin halpahiilinäytteen. Lisäksi TGA-DSC-menetelmä soveltuu puuhiilen valmistusprosessin loppuun saattamisen valvontaan orgaanisten aineiden pyrolyysin osalta.
Nauttikaa grillauksesta!