Inleiding
Zomertijd is barbecuetijd. Maar heb je je ooit afgevraagd welke houtskool je het beste kunt gebruiken? De kwaliteit van houtskool kan worden gekarakteriseerd door de hoeveelheid organische verbindingen, het asgehalte en de energie die vrijkomt tijdens de verbranding. Dit zijn allemaal eigenschappen die bepaald kunnen worden met de simultane thermische analyser NETZSCH STA. Met behulp van een TGA-DSC meting kan eenvoudig worden gecontroleerd of het prijsverschil tussen producten wordt gerechtvaardigd door de kwaliteit.
Voor een vergelijking werden drie verschillende soorten commerciële houtskool geselecteerd: houtskool van beukenhout, houtskool met een merknaam en een goedkope houtskool uit een discountwinkel.
Resultaten en discussie
De TGA-DSC metingen werden uitgevoerd met een simultane thermische analyzer, STA, uitgerust met een TGA-DSC monsterdrager type S. De verschillende houtskoolmonsters werden als bulkmonsters verhit tot 550 °C in een inerte atmosfeer en van 550 °C tot 950 °C in een oxiderende atmosfeer. Zie tabel 1 voor gedetailleerde meetomstandigheden.
Tabel 1: Meetparameters
| Parameters | Beukenhout houtskool | Merk houtskool | Discounter houtskool | Beukenhout |
|---|---|---|---|---|
| Temperatuurprogramma | RT tot 550°C, stikstof 550°C tot 950°C, oxiderende atmosfeer | |||
| Verwarmingssnelheid | 20 K/min | |||
| Gasstroom | 70 ml/min | |||
| Kroes | Platina met doorboord deksel | |||
| Monster drager | TGA-DSC, type S | |||
| Monstermassa | 9.49 mg | 10.03 mg | 9.94 mg | 7.83 mg |
De resultaten voor het beukenhoutskoolmonster zijn uitgezet in figuur 1. De drie massaverliesstappen gingen gepaard met energetische effecten. De eerste massaverliesstap, bij 81°C, werd waarschijnlijk veroorzaakt door het vrijkomen van water, terwijl het tweede massaverlies, bij 411°C, een indicatie is van de PyrolysePyrolyse is de thermische ontbinding van organische verbindingen in een inerte atmosfeer.pyrolyse van achtergebleven organische verbindingen. Deze gebeurtenissen veroorzaakten twee endotherme effecten met piektemperaturen van 67°C en 394°C en enthalpie van 30 J/g en 5 J/g. De verbranding van de overblijvende koolstof onder een atmosfeer van synthetische lucht resulteerde in een massaverlies van 92% en een ExothermEen monsterovergang of een reactie is exotherm als er warmte wordt opgewekt.exotherm effect met een enthalpie van -23.315 J/g. Dit is niet de volledige verbrandingsenthalpie, aangezien een STA een open systeem is dat een deel van de opgewekte energie afgeeft met de spoelgassen en de vrijgekomen gassen. Deze waarde kan alleen worden gebruikt voor een relatieve vergelijking. De restmassa gerelateerd aan het asgehalte bedroeg 3%.
Figuur 2 toont de vergelijking van de TGA-resultaten voor de verschillende houtskoolmonsters. Het gegeven temperatuurprogramma leidde tot twee massaverliezen voor elk monster onder een inerte atmosfeer. Wat het watergehalte betreft, vertoonde de merkhoutskool de hoogste waarde, gevolgd door de discounter houtskool en de beukenhoutskool. Het verschillende watergehalte is hoogstwaarschijnlijk te wijten aan verschillende opslagomstandigheden, maar kan ook worden veroorzaakt door verschillen in de eigenschappen van de oppervlakken die wateropname mogelijk maken.
Daarentegen geeft het aandeel organische verbindingen informatie over de mate van voltooiing van het productieproces van de houtskool en briketten: Hoe lager het organische gehalte, hoe beter de PyrolysePyrolyse is de thermische ontbinding van organische verbindingen in een inerte atmosfeer.pyrolyse van het oorspronkelijke hout tot houtskool tijdens het productieproces, wat een houtskool van hogere kwaliteit oplevert. Bij een vergelijking van de drie monsters bleek opnieuw dat de beukenhoutskool de laagste waarde had, gevolgd door de merkhoutskool en de discounter houtskool. Dit proces was nog niet voltooid bij 550°C voor de discounter houtskool, wat betekent dat het monster bij deze temperatuur nog organische verbindingen bevat.
Na het overschakelen op een oxiderende atmosfeer werd de resterende koolstof verbrand met zuurstof en kwamen kooldioxide en koolmonoxide vrij. Ook hier werden verschillen tussen de drie monsters waargenomen. Voor de beukenhoutskool werd een koolstofgehalte van meer dan 90% bepaald, terwijl zowel de merkhoutskool als de discounter houtskool waarden van ongeveer 75% koolstof lieten zien. Een hoog koolstofgehalte wijst op een hoge zuiverheid van de houtskool.
Bijgevolg verschillen de drie monsters ook wat betreft hun restmassa, die het asgehalte van de houtskool karakteriseert. Verrassend genoeg leverde de merknaam houtskool meer dan 10% as op, terwijl de andere twee waarden tussen 3% en 5% lieten zien. Het asgehalte kan ook gezien worden als een kwaliteitscriterium. Hoe lager het asgehalte, hoe lager het oorspronkelijke aandeel van niet-reactieve bijproducten zoals vulstoffen of mineralen.
De vergelijking van de DSC-signalen, weergegeven in figuur 3, toonde aan dat de houtskool van beukenhout de meeste warmte vrijgaf tijdens de oxidatieve verbranding. Aangezien de monsters werden gemeten in een open, niet-AdiabatischAdiabatisch beschrijft een systeem of meetmodus zonder warmteuitwisseling met de omgeving. Deze modus kan worden gerealiseerd met een calorimeter volgens de methode van versnellende snelheidscalorimetrie (ARC®). Het belangrijkste doel van zo'n apparaat is om scenario's en thermische wegloopreacties te bestuderen. Een korte beschrijving van de adiabatische modus is "geen warmte in - geen warmte uit".adiabatisch systeem, kunnen deze waarden niet worden beschouwd als de verbrandingswarmte.
De gemeten enthalpie is aanzienlijk lager dan de verbrandingswarmte, omdat hete reactiegassen het monster verlaten en de vrijgekomen warmte met zich meenemen. De vrijgekomen warmte kan echter worden gebruikt als een goede relatieve vergelijking van de drie monsters.
Er is nog een meting uitgevoerd op een monster van beukenhout; zie figuur 4. Zoals verwacht waren de hoeveelheid water en het organische gehalte veel hoger. De eerste massaverliesstap, die betrekking heeft op water, resulteerde in 5,13%. De verhoging van de temperatuur leidde tot een tweefasige afbraak van de organische inhoud die in totaal 68,35% bedroeg. De vergelijking met de houtskool van beukenhout toonde aan dat het pyrolyseproces van de houtskoolproductie bijna voltooid was. Het organische gehalte daalde van ongeveer 78% naar minder dan 3%. Het lagere koolstofgehalte van het hout wordt ook weerspiegeld in de exotherme enthalpie die werd vastgesteld tijdens de oxidatieve verbranding.
Samenvatting
Kwaliteitseigenschappen van houtskool zoals vochtgehalte, asgehalte en vrijkomende warmte kunnen worden gedetecteerd met behulp van de simultane thermische analyser, STA, van NETZSCH Analyzing & Testing. Het was mogelijk om de hoge kwaliteit van de beukenhouten houtskool met betrekking tot deze eigenschappen aan te tonen, terwijl de merkhoutskool in dit specifieke geval geen significant betere waarden liet zien dan een monster van een goedkopere houtskool. Bovendien is de TGA-DSC-methode geschikt om de voltooiing van het houtskoolproductieproces te controleren met betrekking tot de PyrolysePyrolyse is de thermische ontbinding van organische verbindingen in een inerte atmosfeer.pyrolyse van organische materialen.
Geniet van uw barbecue!