Wprowadzenie
Lato to czas grillowania. Ale czy kiedykolwiek zastanawiałeś się, jakiego węgla drzewnego najlepiej używać? Jakość węgla drzewnego można scharakteryzować na podstawie ilości związków organicznych, zawartości popiołu i energii uwalnianej podczas spalania. Wszystkie te właściwości można określić za pomocą symultanicznego analizatora termicznego NETZSCH STA. Za pomocą pomiaru TGA-DSC można łatwo sprawdzić, czy różnica w cenie między produktami jest uzasadniona jakością.
Do porównania wybrano trzy różne rodzaje komercyjnego węgla drzewnego: węgiel drzewny z drewna bukowego, markowy węgiel drzewny i tani węgiel drzewny ze sklepu dyskontowego.
Wyniki i dyskusja
Pomiary TGA-DSC przeprowadzono za pomocą symultanicznego analizatora termicznego STA, wyposażonego w nośnik próbek TGA-DSC typu S. Różne próbki węgla drzewnego ogrzewano jako próbki luzem do temperatury 550°C w atmosferze obojętnej i od 550°C do 950°C w atmosferze utleniającej. Szczegółowe warunki pomiarów podano w tabeli 1.
Tabela 1: Parametry pomiaru
| Parametry | Węgiel drzewny bukowy | Markowy węgiel drzewny | Dyskontowy węgiel drzewny | Drewno bukowe |
|---|---|---|---|---|
| Program temperaturowy | RT do 550°C, azot 550°C do 950°C, atmosfera utleniająca | |||
| Szybkość ogrzewania | 20 K/min | |||
| Przepływ gazu | 70 ml/min | |||
| Tygiel | Platynowy z przebijaną pokrywą | |||
| Nośnik próbki | TGA-DSC, typ S | |||
| Masa próbki | 9.49 mg | 10.03 mg | 9.94 mg | 7.83 mg |
Wyniki dla próbki węgla drzewnego z drewna bukowego przedstawiono na rysunku 1. Trzem etapom utraty masy towarzyszyły efekty energetyczne. Pierwszy etap utraty masy, w temperaturze 81°C, był prawdopodobnie spowodowany uwolnieniem wody, podczas gdy druga utrata masy, w temperaturze 411°C, wskazuje na pirolizę resztkowych związków organicznych. Zdarzenia te spowodowały dwa efekty endotermiczne w temperaturach szczytowych 67°C i 394°C oraz entalpiach 30 J/g i 5 J/g. Spalanie pozostałego węgla w atmosferze syntetycznego powietrza spowodowało utratę 92% masy i efekt EgzotermicznyPrzejście próbki lub reakcja jest egzotermiczna, jeśli generowane jest ciepło.egzotermiczny z entalpią -23 315 J/g. Nie jest to pełna entalpia spalania, ponieważ STA jest systemem otwartym, który emituje część wytworzonej energii wraz z gazami oczyszczającymi i uwolnionymi gazami. Wartość ta może być wykorzystana jedynie do względnego porównania. Masa resztkowa związana z zawartością popiołu wyniosła 3%.
Rysunek 2 przedstawia porównanie wyników TGA dla różnych próbek węgla drzewnego. Podany program temperaturowy doprowadził do dwóch etapów utraty masy dla każdej próbki w atmosferze obojętnej. Pod względem zawartości wody, markowy węgiel drzewny wykazał najwyższą wartość, a następnie węgiel drzewny z dyskontu i węgiel drzewny z drewna bukowego. Różna zawartość wody jest najprawdopodobniej spowodowana różnymi warunkami przechowywania, ale może być również spowodowana różnicami we właściwościach powierzchni, które pozwalają na absorpcję wody.
Z kolei udział związków organicznych dostarcza informacji na temat stopnia ukończenia procesu produkcji węgla drzewnego i brykietów: Im niższa zawartość związków organicznych, tym lepsza PirolizaPiroliza to termiczny rozkład związków organicznych w atmosferze obojętnej.piroliza początkowego drewna na węgiel drzewny podczas procesu produkcji, co daje węgiel drzewny wyższej jakości. Porównując trzy próbki, ponownie węgiel drzewny z drewna bukowego wykazywał najniższą wartość, a następnie markowy węgiel drzewny i węgiel drzewny z dyskontu. Proces ten nie został jeszcze zakończony w temperaturze 550°C w przypadku węgla z dyskontu, co oznacza, że próbka nadal zawiera związki organiczne w tej temperaturze.
Po przejściu do atmosfery utleniającej, pozostały węgiel został spalony z tlenem i uwolnił dwutlenek węgla i tlenek węgla. Również w tym przypadku zaobserwowano różnice między trzema próbkami. W przypadku węgla drzewnego z drewna bukowego oznaczono zawartość węgla na poziomie ponad 90%, podczas gdy zarówno markowy węgiel drzewny, jak i węgiel drzewny z dyskontu wykazywały wartości około 75% węgla. Wysoka zawartość węgla wskazuje na wysoką czystość węgla drzewnego.
W związku z tym trzy próbki różnią się również pod względem masy resztkowej, która charakteryzuje Zawartość popiołuPopiół jest miarą zawartości tlenków mineralnych w przeliczeniu na masę. Analiza termograwimetryczna (TGA) w atmosferze utleniającej jest sprawdzoną metodą określania pozostałości nieorganicznych, powszechnie określanych jako popiół, w materiałach organicznych, takich jak polimery, gumy itp. Dlatego pomiar TGA pozwala określić, czy materiał jest wypełniony i obliczyć całkowitą zawartość wypełniacza.zawartość popiołu w węglu drzewnym. Co zaskakujące, markowy węgiel drzewny zawierał ponad 10% popiołu, podczas gdy pozostałe dwie próbki wykazywały wartości między 3% a 5%. Zawartość popiołuPopiół jest miarą zawartości tlenków mineralnych w przeliczeniu na masę. Analiza termograwimetryczna (TGA) w atmosferze utleniającej jest sprawdzoną metodą określania pozostałości nieorganicznych, powszechnie określanych jako popiół, w materiałach organicznych, takich jak polimery, gumy itp. Dlatego pomiar TGA pozwala określić, czy materiał jest wypełniony i obliczyć całkowitą zawartość wypełniacza.Zawartość popiołu może być również postrzegana jako kryterium jakości. Im niższa Zawartość popiołuPopiół jest miarą zawartości tlenków mineralnych w przeliczeniu na masę. Analiza termograwimetryczna (TGA) w atmosferze utleniającej jest sprawdzoną metodą określania pozostałości nieorganicznych, powszechnie określanych jako popiół, w materiałach organicznych, takich jak polimery, gumy itp. Dlatego pomiar TGA pozwala określić, czy materiał jest wypełniony i obliczyć całkowitą zawartość wypełniacza.zawartość popiołu, tym mniejsza początkowa proporcja niereaktywnych produktów ubocznych, takich jak wypełniacze lub minerały.
Porównanie sygnałów DSC, przedstawione na rysunku 3, wykazało, że węgiel drzewny z drewna bukowego uwalniał najwięcej ciepła podczas spalania oksydacyjnego. Ponieważ próbki były mierzone w otwartym, nieadiabatycznym układzie, wartości te nie mogą być traktowane jako ciepło spalania.
Zmierzona entalpia jest znacznie niższa niż ciepło spalania, ponieważ gorące gazy reakcyjne opuszczają próbkę i zabierają ze sobą uwolnione ciepło. Uwolnione ciepło można jednak wykorzystać jako dobre względne porównanie trzech próbek.
Kolejny pomiar przeprowadzono na próbce drewna bukowego; patrz rysunek 4. Zgodnie z oczekiwaniami, ilość wody i zawartość substancji organicznych były znacznie wyższe. Pierwszy etap utraty masy, odnoszący się do wody, wyniósł 5,13%. Wzrost temperatury doprowadził do dwustopniowego rozkładu zawartości organicznej wynoszącej łącznie 68,35%. Porównanie z węglem drzewnym z drewna bukowego wykazało, że proces produkcji węgla drzewnego w wyniku pirolizy drewna był prawie zakończony. Zawartość substancji organicznych zmniejszyła się z około 78% do mniej niż 3%. Niższa zawartość węgla w drewnie znajduje również odzwierciedlenie w entalpii egzotermicznej wykrytej podczas spalania oksydacyjnego.
Podsumowanie
Cechy jakościowe węgla drzewnego, takie jak wilgotność, Zawartość popiołuPopiół jest miarą zawartości tlenków mineralnych w przeliczeniu na masę. Analiza termograwimetryczna (TGA) w atmosferze utleniającej jest sprawdzoną metodą określania pozostałości nieorganicznych, powszechnie określanych jako popiół, w materiałach organicznych, takich jak polimery, gumy itp. Dlatego pomiar TGA pozwala określić, czy materiał jest wypełniony i obliczyć całkowitą zawartość wypełniacza.zawartość popiołu i wydzielane ciepło, można wykryć za pomocą jednoczesnego analizatora termicznego STA firmy NETZSCH Analyzing & Testing. Możliwe było wykazanie wysokiej jakości węgla drzewnego z drewna bukowego w odniesieniu do tych właściwości, podczas gdy markowy węgiel drzewny nie wykazał znacząco lepszych wartości niż próbka węgla drzewnego z dyskontu w tym konkretnym przypadku. Dodatkowo, metoda TGA-DSC jest odpowiednia do kontroli zakończenia procesu produkcji węgla drzewnego w odniesieniu do pirolizy materiałów organicznych.
Miłego grillowania!