Introduzione
L'estate è tempo di barbecue. Ma vi siete mai chiesti quale sia la carbonella migliore da usare? La qualità della carbonella può essere caratterizzata dalla quantità di composti organici, dal Contenuto di cenereLa cenere è una misura del contenuto di ossidi minerali su base ponderale. L'analisi termogravimetrica (TGA) in atmosfera ossidativa è un metodo ben collaudato per determinare il residuo inorganico, comunemente chiamato cenere, nei materiali organici come polimeri, gomme, ecc. Di conseguenza, la misurazione TGA Identify se un materiale è riempito e calcola il contenuto totale di riempitivo. contenuto di ceneri e dall'energia rilasciata durante la combustione. Tutte queste proprietà possono essere determinate con l'analizzatore termico simultaneo NETZSCH STA. Con l'aiuto di una misurazione TGA-DSC, è facile verificare se la differenza di prezzo tra i prodotti è giustificata dalla qualità.
Per il confronto sono stati scelti tre diversi tipi di carbone commerciale: carbone di legno di faggio, carbone di marca e un carbone economico proveniente da un discount.
Risultati e discussione
Le misure TGA-DSC sono state eseguite con l'analizzatore termico simultaneo STA, dotato di un portacampioni TGA-DSC di tipo S. I diversi campioni di carbone sono stati riscaldati come campioni sfusi a 550°C in atmosfera inerte e da 550°C a 950°C in atmosfera ossidante. Per le condizioni di misura dettagliate, si veda la tabella 1.
Tabella 1: Parametri di misura
| Parametri | Carbone di faggio | Carbone di marca | Carbone da discount | Legno di faggio |
|---|---|---|---|---|
| Programma di temperatura | Da RT a 550°C, azoto da 550°C a 950°C, atmosfera ossidante | |||
| Velocità di riscaldamento | 20 K/min | |||
| Flusso di gas | 70 ml/min | |||
| Crogiolo | Platino con coperchio forato | |||
| Portacampioni | TGA-DSC, tipo S | |||
| Massa del campione | 9.49 mg | 10.03 mg | 9.94 mg | 7.83 mg |
I risultati per il campione di carbone di legno di faggio sono riportati nella figura 1. Le tre fasi di perdita di massa sono state accompagnate da effetti energetici. La prima fase di perdita di massa, a 81°C, è stata probabilmente causata dal rilascio di acqua, mentre la seconda perdita di massa, a 411°C, è indice della PirolisiLa pirolisi è la decomposizione termica di composti organici in atmosfera inerte.pirolisi dei composti organici residui. Questi eventi hanno causato due effetti endotermici con temperature di picco di 67°C e 394°C ed entalpie di 30 J/g e 5 J/g. La combustione del carbonio residuo in un'atmosfera di aria sintetica ha provocato una perdita di massa del 92% e un effetto EsotermicoUna transizione di campioni o una reazione è esotermica se viene generato calore.esotermico con un'entalpia pari a -23.315 J/g. Questa non è l'entalpia di combustione completa, poiché uno STA è un sistema aperto che emette parte dell'energia generata con i gas di spurgo e i gas rilasciati. Questo valore può essere utilizzato solo per un confronto relativo. La massa residua relativa al Contenuto di cenereLa cenere è una misura del contenuto di ossidi minerali su base ponderale. L'analisi termogravimetrica (TGA) in atmosfera ossidativa è un metodo ben collaudato per determinare il residuo inorganico, comunemente chiamato cenere, nei materiali organici come polimeri, gomme, ecc. Di conseguenza, la misurazione TGA Identify se un materiale è riempito e calcola il contenuto totale di riempitivo. contenuto di ceneri era pari al 3%.
La Figura 2 mostra il confronto dei risultati TGA per i diversi campioni di carbone. Il programma di temperatura indicato ha portato a due fasi di perdita di massa per ciascun campione in atmosfera inerte. In termini di contenuto d'acqua, il carbone di marca ha mostrato il valore più alto, seguito dal carbone da discount e dal carbone di faggio. Il diverso contenuto d'acqua è probabilmente dovuto alle diverse condizioni di conservazione, ma può anche essere causato da differenze nelle proprietà delle superfici che consentono l'assorbimento dell'acqua.
Al contrario, la percentuale di composti organici fornisce informazioni sul livello di completamento del processo di produzione del carbone e delle bricchette: Quanto più basso è il contenuto organico, tanto migliore è la PirolisiLa pirolisi è la decomposizione termica di composti organici in atmosfera inerte.pirolisi del legno iniziale in carbone durante il processo di produzione, ottenendo un carbone di qualità superiore. Confrontando i tre campioni, ancora una volta il carbone di faggio ha mostrato il valore più basso, seguito dal carbone di marca e dal carbone da discount. Il processo non era ancora terminato a 550°C per il carbone da discount, il che significa che il campione contiene ancora composti organici a questa temperatura.
Dopo il passaggio a un'atmosfera ossidante, il carbonio residuo è stato bruciato con l'ossigeno e ha rilasciato anidride carbonica e monossido di carbonio. Anche in questo caso sono state osservate differenze tra i tre campioni. Per il carbone di faggio è stato determinato un contenuto di carbonio superiore al 90%, mentre sia il carbone di marca che quello del discount hanno mostrato valori di circa il 75% di carbonio. Un elevato contenuto di carbonio indica un'elevata purezza del carbone.
Di conseguenza, i tre campioni differiscono anche in termini di massa residua, che caratterizza il Contenuto di cenereLa cenere è una misura del contenuto di ossidi minerali su base ponderale. L'analisi termogravimetrica (TGA) in atmosfera ossidativa è un metodo ben collaudato per determinare il residuo inorganico, comunemente chiamato cenere, nei materiali organici come polimeri, gomme, ecc. Di conseguenza, la misurazione TGA Identify se un materiale è riempito e calcola il contenuto totale di riempitivo. contenuto di ceneri del carbone. Sorprendentemente, il carbone di marca ha prodotto più del 10% di ceneri, mentre gli altri due hanno mostrato valori compresi tra il 3% e il 5%. Il Contenuto di cenereLa cenere è una misura del contenuto di ossidi minerali su base ponderale. L'analisi termogravimetrica (TGA) in atmosfera ossidativa è un metodo ben collaudato per determinare il residuo inorganico, comunemente chiamato cenere, nei materiali organici come polimeri, gomme, ecc. Di conseguenza, la misurazione TGA Identify se un materiale è riempito e calcola il contenuto totale di riempitivo. contenuto di ceneri può essere visto anche come un criterio di qualità. Più basso è il Contenuto di cenereLa cenere è una misura del contenuto di ossidi minerali su base ponderale. L'analisi termogravimetrica (TGA) in atmosfera ossidativa è un metodo ben collaudato per determinare il residuo inorganico, comunemente chiamato cenere, nei materiali organici come polimeri, gomme, ecc. Di conseguenza, la misurazione TGA Identify se un materiale è riempito e calcola il contenuto totale di riempitivo. contenuto di ceneri, minore è la percentuale iniziale di prodotti secondari non reattivi, come riempitivi o minerali.
Il confronto dei segnali DSC, illustrato nella figura 3, ha mostrato che il carbone di faggio ha rilasciato la maggior quantità di calore durante la combustione ossidativa. Poiché i campioni sono stati misurati in un sistema aperto e non AdiabaticoL'adiabatico descrive un sistema o una modalità di misurazione senza alcuno scambio di calore con l'ambiente circostante. Questa modalità può essere realizzata utilizzando un dispositivo calorimetrico secondo il metodo della calorimetria a velocità accelerata (ARC). Lo scopo principale di tale dispositivo è quello di studiare scenari e reazioni di fuga termica. Una breve descrizione della modalità adiabatica è "nessun calore in entrata - nessun calore in uscita".adiabatico, questi valori non possono essere considerati come il calore di combustione.
L'entalpia misurata è significativamente inferiore al calore di combustione, poiché i gas di reazione caldi lasciano il campione e portano con sé il calore rilasciato. Tuttavia, il calore rilasciato può essere utilizzato come un buon confronto relativo dei tre campioni.
Un'ulteriore misurazione è stata effettuata su un campione di legno di faggio; si veda la figura 4. Come previsto, la quantità di acqua e il contenuto organico erano molto più elevati. La prima fase di perdita di massa, che si riferisce all'acqua, è risultata pari al 5,13%. L'aumento della temperatura ha portato a una Reazione di decomposizioneUna reazione di decomposizione è una reazione termicamente indotta di un composto chimico che forma prodotti solidi e/o gassosi. decomposizione in due fasi del contenuto organico, pari al 68,35% in totale. Il confronto con il carbone di faggio ha mostrato che il processo di produzione del carbone pirolizzando il legno era quasi completo. Il contenuto organico è diminuito da circa il 78% a meno del 3%. Il minore contenuto di carbonio del legno si riflette anche nell'entalpia esotermica rilevata durante la combustione ossidativa.
Sintesi
Le caratteristiche qualitative dei carboncini, come l'umidità, il contenuto di ceneri e il calore rilasciato, possono essere rilevate con l'aiuto dell'analizzatore termico simultaneo STA di NETZSCH Analyzing & Testing. È stato possibile dimostrare l'alta qualità del carbone di faggio per quanto riguarda queste proprietà, mentre il carbone di marca non ha mostrato valori significativamente migliori di un campione di carbone da discount in questo caso particolare. Inoltre, il metodo TGA-DSC è adatto a controllare il completamento del processo di produzione della carbonella per quanto riguarda la PirolisiLa pirolisi è la decomposizione termica di composti organici in atmosfera inerte.pirolisi dei materiali organici.
Buon barbecue!