Bevezetés
A különböző anyagok hőkezelése ammónia felszabadulásához vezethet, amely agresszív szagú, és megtámadhatja a hörgőrendszert. Az ammónia felszabadulását számos különböző folyamat okozhatja. Ezek a sók termikus Bomlási reakcióA bomlási reakció egy kémiai vegyület szilárd és/vagy gáznemű termékeket képező, hő hatására lejátszódó reakciója. bomlásától kezdve a dohányégetésből származó füstgázokig, valamint a polimerek, például a poliamidok (PA) PirolízisA pirolízis szerves vegyületek termikus bomlása inert atmoszférában.pirolízisétől és a műanyag habok gyártásától, amelyekhez hígítószerekre van szükség. Az utóbbi kategória egyik közismert terméke a jógamatrac. Az ammónia felszabadulása kénsavval és salétromsavval reakcióba lépve, ha sók képződtek, finom port hozhat létre. A környezetben az ammónia felszabadulása a talaj savasodásához vezethet. Az ammónia egyik fő forrása a környezetben a mezőgazdaság, különösen a trágyázás trágya- és nitrogéntartalmú ásványi műtrágyával.
Emiatt a felszabaduló ammónia mennyiségi meghatározása számos alkalmazásban fontos szerepet játszik. Az ammónia hőmérsékletfüggő felszabadulása könnyen kimutatható TGA-FT-IR csatolással. A felszabaduló ammónia részének számszerűsítéséhez ismert ammóniakoncentrációjú kalibrációs görbére van szükség. Erre alkalmas vegyület az ammónium-bikarbonát, mivel a víz és a szén-dioxid felszabadulása mellett sztöchiometrikus arányban ammóniát szabadít fel; lásd az (1) egyenletet. Csak gáznemű vegyületek keletkeznek:
(1) NH4HCO3->NH3 + H2O+ CO2
A kalibrációs görbe létrehozása
A NETZSCH PERSEUS® TG 209 F1 Libra® TG 209 -t használták a vizsgálat elvégzéséhez. Az ammónium-bikarbonát hevítése 200°C-ra teljes bomlást eredményezett, a tömegveszteség mértékének csúcsértéke 127°C-on volt (az 1. táblázatban szereplő mérési körülmények alapján).
Táblázat: Mérési feltételek a kalibrációs görbe elkészítéséhez
| Paraméter | NH4HCO3 | |||
| Hőmérséklet program | RT - 200°C, 5 K/perc | |||
| Áramlási sebesség | 40 ml/perc | |||
| Mintatartó | Standard mintatartály | |||
| Gáz atmoszféra | Nitrogén | |||
| Tégely | Al2O3 (85 μl) nyitott | |||
| A minta tömege | 5.31 mg | 10.16 mg | 15.01 mg | 20.50 mg |
A tömegveszteséggel korrelálva IR-aktív gázok felszabadulását észleltük; lásd az 1. ábrát.
A 2. ábra a mért FT-IR spektrumot mutatja 130°C-on (zöld) az ammónia (olajzöld), a víz (kék) és a szén-dioxid (piros) könyvtári spektrumával korrelálva. E vegyületek hőmérsékletfüggő felszabadulását az 1. ábrán látható nyomvonalak formájában ábrázoltuk. Ezeket a nyomvonalakat az egyes vegyületek FT-IR-spektrumai színes tartományainak (lásd a 2. ábrát) integrálásával hoztuk létre a teljes hőmérséklettartományban. Az FT-IR spektrumok ezen tartományai külön voltak az NH3 (898 cm-1 - 981 cm-1), aCO2 (2200 cm-1 - 2450 cm-1) és aH2O(3793 cm-1 - 4001 cm-1) esetében, és nem volt átfedés más vegyületek tartományaival.
A 2. táblázat a felszabaduló gázok sztöchiometrikusan kiszámított mennyiségét mutatja az ammónium-bikarbonát minta tömegéhez viszonyítva.
Következésképpen az 1. ábrán az NH3, aCO2 és aH2Onyomai alatti területek a felszabaduló gázok mennyiségével hozhatók összefüggésbe; vö. az (1) egyenletet. Ez az NH3,CO2 ésH2Okalibrációs görbéit eredményezi, ahol a nyomok alatti észlelt terület a kibocsátott gáz mennyiségével függ össze; lásd a 3. ábrát. Mivel az FT-IR-nek csak egy small lineáris tartománya van, ez polinomiális egyenleteket eredményez mindhárom gázmolekula esetében, amelyek meghatározási együtthatója (R2) nagyon közel van az 1-hez. Ebben a vizsgálatban minden mintatömeget csak egyszer mértünk. Ismételt mérések vagy több adatpont még nagyobb pontosságot eredményeznének a trendvonalban.
Táblázat: A minta tömege és a keletkezett gáz sztöchiometrikus mennyiségei
| m (NH4HCO3) [mg] | m (CO2) [mg] | m (NH3) [mg] | m (H2O) [mg] |
| 5.31 | 2.96 | 1.14 | 1.21 |
| 10.16 | 5.66 | 2.19 | 2.31 |
| 15.01 | 8.36 | 3.23 | 3.42 |
| 20.50 | 11.42 | 4.41 | 4.67 |
A kalibrációs görbe pontosságának vizsgálata
A kalibrációs görbe pontosságát egy másik méréssel ellenőriztük, amelyet 15,22 mg meghatározott 15,22 mg tömegű NH4HCO3 mintával végeztünk. Az NH3,CO2 ésH2Oelméleti mennyiségét összehasonlítottuk az NH3,CO2 ésH2Okalibrációs görbe segítségével számított értékeivel. Ez az NH3 esetében 0,8% és aH2Oesetében 4,9% közötti hibaértékeket eredményezett; lásd a 3. táblázatot.
Egy fúvóanyag tanulmányozása - Az elmélet átültetése a gyakorlatba
A következő lépésben a kapott és ellenőrzött kalibrációs görbék felhasználhatók a kalibrált gázok ismeretlen mennyiségének mennyiségi meghatározására.
Az azodikarbonamidot polimerhabok előállításához használják fúvóanyagként (a szerkezetet lásd a 4. ábrán). PVC habok és EVA-PE habok gyártásánál alkalmazzák, ahol a feldolgozási hőmérsékleten történő bomláskor buborékokat képez, mivel N2, CO,CO2 és NH3 szabadul fel. A vinilhab könnyen összenyomható és nagy és gyors visszanyerést mutat, ezért gyakran "ruganyosnak" nevezik. Sima felületeken is megtapad. Emiatt használják szőnyegalátétekhez, padlószőnyegekhez és jógamatracokhoz.
Azok a polimerek, amelyekhez ezt a fúvóanyagot használták, nem érintkezhetnek vízzel. Az NH3 és a víz NH4OH-tképezhet, ami korrodálhatja a környezetet. Ezért az ebből a fúvóanyagból származó ammónia mennyiségi meghatározása nagy érdeklődésre tart számot.
Táblázat: Hibák meghatározása, az elméleti és a számított mennyiségek összehasonlítása
Elméleti (mg) | Számított (mg) | Hiba (%) | |
| m (NH4HCO3) | 15.22 | ||
| m (NH3) | 3.28 | 3.30 | 0.801 |
| m (CO2) | 8.48 | 8.76 | 3.28 |
| m (H2O) | 3.47 | 3.31 | 4.86 |
Egy 5,25 mg azodikarbonamidot tartalmazó mintát nitrogén atmoszférában 5 K/perc sebességgel 400 °C-ra hevítettünk. Az így kapott termogram az 5. ábrán látható. Összesen három, 56,5%-os, 11,5%-os és 29,6%-os tömegveszteséget figyeltünk meg, a DTG-görbén 219°C, 245°C és 304°C-os csúcsokkal. ACO2 és az NH3 nyomvonalai ugyanúgy készültek, mint az NH4HCO3 esetében az 1. ábrán, és piros és olajzöld színnel vannak ábrázolva. Ez azt mutatja, hogy mind aCO2, mind az NH3 felszabadult a különböző tömegvesztési lépések során, és nem számszerűsíthetőek kizárólag a TGA lépésekkel. E vegyület mennyiségi meghatározásához a fejlődő gázok elemzéséből származó adatokra van szükség. A kalibrációs görbe segítségével a felszabaduló ammónia kiszámítása 0,22 mg NH3 (4%) eredményt mutatott. Ugyanígy kiszámítható a felszabadulóCO2 mennyisége is, ami 2,78 mg (53%). Ez a tudás értékes a gyártási folyamat szempontjából, hogy a habosítás során a teljes hajtóanyag-mennyiség felszabaduljon. Ha a termékben maradnak small nyomok, akkor 219 °C feletti hőmérsékletre van szükség a további felszabadulás megindításához.
Következtetés
A termogravimetria és az infravörös spektroszkópia kombinációja alkalmas módszer az állandó gázok, pl. víz, szén-dioxid és ammónia felszabadulásának kimutatására. Itt nemcsak az azonosítás, hanem a mennyiségi meghatározás is érdekes lehet. Ehhez ismert anyaggal kalibrációs görbét kell készíteni. Ebben a példában az ammónium-bikarbonát tökéletesen megfelel ezeknek a követelményeknek. Az NH4HCO3 három különböző adagjának bontásával egyszerreH2O,CO2 és NH3 kalibrációs görbék készíthetők. A vizsgálandó eltéréseket egy ötödik méréssel határoztuk meg. Ezzel a készítménnyel sikerült azonosítani és számszerűsíteni a polimerhabokhoz használt azodikarbonamidból származó, ismeretlen mennyiségű NH3 ésCO2 mennyiségét.