STA-FT-IR Simultan pada Jerami Biomassa

Pendahuluan

Jerami adalah istilah umum untuk tangkai biji-bijian yang telah diirik dan dikeringkan serta daun-daun tanaman yang digunakan untuk menghasilkan minyak dan serat. Selain digunakan dalam pertanian, jerami juga berpotensi menjadi penting sebagai pembawa energi_{netral CO2} di masa depan. Jerami merupakan bentuk biomassa yang sangat baik karena merupakan produk sampingan dari pertanian yang subur. Tidak seperti bahan bakar nabati lainnya, tidak ada tindakan khusus atau lahan tambahan yang diperlukan untuk menanamnya. Abu terbang dari proses pembakaran selanjutnya dapat digunakan sebagai pupuk tanah untuk pertanian lokal.

Analisis termogravimetri (TGA) atau analisis termal simultan (STA) yang mengacu pada TGA simultan dan kalorimetri pemindaian diferensial (DSC) sangat cocok untuk penyelidikan proses PirolisisPirolisis adalah penguraian termal senyawa organik dalam atmosfer inert.pirolisis atau pembakaran. Informasi tentang Stabilitas TermalSuatu bahan dikatakan stabil secara termal jika tidak terurai di bawah pengaruh suhu. Salah satu cara untuk menentukan stabilitas termal suatu zat adalah dengan menggunakan TGA (penganalisis termogravimetri). stabilitas termal sebagian besar bahan bakar padat dalam hal suhu reaksi serta kinetika pembakaran dapat dengan cepat diperoleh. Selain itu, kehilangan massa selama PirolisisPirolisis adalah penguraian termal senyawa organik dalam atmosfer inert.pirolisis atau pembakaran dan kandungan abu dapat diukur.

Pengukuran yang dijelaskan di sini meneliti perilaku dekomposisi jerami [1]. Gas-gas yang terbentuk selama dekomposisi diidentifikasi melalui spektroskopi FT-IR dengan menggunakan sistem penggandengan STA-FT-IR yang terintegrasi penuh NETZSCH Perseus STA 449 (lihat gambar 1).

Hasil Pengukuran

Sampel jerami bubuk yang tidak diketahui asalnya dengan massa awal 28,64 mg diukur dalam wadah Pt dengan tutup berlubang dengan laju pemanasan 20 K/menit. Atmosfer gas diubah dari nitrogen murni ke udara pada suhu 740°C (laju aliran gas 70 ml/menit). Di bawah 740°C, tiga langkah kehilangan massa sebesar 4,9%, 33,8% dan 35,8% terjadi yang disertai dengan satu efek EndotermikTransisi sampel atau reaksi bersifat endotermik jika panas diperlukan untuk konversi.endotermik dan dua efek EksotermikTransisi sampel atau reaksi dikatakan eksotermik jika dihasilkan panas.eksotermik yang saling tumpang tindih dengan entalpi 125 J/g dan -115 J/g (lihat gambar 2). Selama langkah kehilangan massa ini, sinyal Gram-Schmidt, yang mencerminkan jumlah seluruh absorbansi FT-IR untuk semua wavenumber, menunjukkan maksimum pada suhu 111°C, 302°C, dan 360°C yang berkorelasi dengan baik dengan kurva DTG. Langkah kehilangan massa sebesar 20,9% serta efek EksotermikTransisi sampel atau reaksi dikatakan eksotermik jika dihasilkan panas.eksotermik dengan total entalpi -7,79 kJ/g terjadi setelah beralih ke udara pada suhu 740°C. Efek-efek ini disebabkan oleh pembakaran jelaga pirolitik yang disebut jelaga, menyisakan massa residu sebesar 4,6%, yang mencerminkan kandungan abu.

Tampilan 3-D dari spektrum FT-IR dari gas-gas yang berevolusi yang dikumpulkan selama Reaksi penguraianReaksi penguraian adalah reaksi yang diinduksi secara termal dari senyawa kimia yang membentuk produk padat dan/atau gas. penguraian jerami ditunjukkan pada gambar 3. Yang menarik adalah spektrum di bawah 740 ° C di mana PirolisisPirolisis adalah penguraian termal senyawa organik dalam atmosfer inert.pirolisis sampel terjadi. Absorbansi FT-IR yang kuat pada suhu yang lebih tinggi disebabkan oleh pelepasan_CO2 sebagai hasil pembakaran.

Spesies gas yang berevolusi diidentifikasi dengan membandingkan spektrum 2-D yang diekstraksi secara individual pada suhu tertentu dengan spektrum pustaka. Sebagai contoh, gambar 4 menunjukkan bahwa spektrum gas yang berevolusi pada suhu 302°C konsisten dengan campuran yang mengandung_CO2, CO,_H2O, dan asam format (HCOOH). Evolusi spesies gas individu selama Reaksi penguraianReaksi penguraian adalah reaksi yang diinduksi secara termal dari senyawa kimia yang membentuk produk padat dan/atau gas. penguraian sampel dapat ditelusuri dengan mengintegrasikan rentang absorbansi FT-IR karakteristik untuk molekul dan melapisi kurva nilai integrasi sebagai fungsi suhu dengan kurva TGA dan DTG dari analisis. Kisaran antara 2200 dan 2450 ^cm-1 diintegrasikan untuk_CO2, antara 1950 dan 2150 ^cm-1 untuk CO, antara 1300 dan 1600 ^cm-1 untuk_H2Odan antara 1000-1150 ^cm-1 untuk HCOOH.

Seperti yang dapat dilihat dari gambar 5,_H2Odilepaskan selama langkah kehilangan massa^pertama (PenguapanPenguapan suatu unsur atau senyawa adalah transisi fase dari fase cair ke uap. Ada dua jenis penguapan: penguapan dan pendidihan.penguapan uap air) dan selama langkah kehilangan massa^ke-2 dan^ke-3 (PirolisisPirolisis adalah penguraian termal senyawa organik dalam atmosfer inert.pirolisis), di mana CO,_CO2, dan HCOOH juga berevolusi. _CH4 berevolusi pada rentang suhu yang luas dengan maksimum pada suhu 534°C dan_CO2 terdeteksi lagi di atas suhu 740°C sebagai hasil pembakaran sampel di udara.

Kesimpulan

Penggunaan sistem kopling STA-FT-IR yang sangat ringkas NETZSCH Perseus STA 449 untuk mengkarakterisasi PirolisisPirolisis adalah penguraian termal senyawa organik dalam atmosfer inert.pirolisis dan pembakaran jerami [1] telah didemonstrasikan. Korelasi yang baik antara langkah kehilangan massa yang terdeteksi dan evolusi gas yang diamati menunjukkan keuntungan dari antarmuka kopling langsung. Identifikasi gas yang berevolusi melalui pencarian basis data memungkinkan interpretasi terperinci dari kimia yang terlibat dalam langkah-langkah kehilangan massa yang terkait dengan PirolisisPirolisis adalah penguraian termal senyawa organik dalam atmosfer inert.pirolisis, khususnya.