Diferenças de qualidade do carvão vegetal comercial

Introdução

O verão é época de churrasco. Mas você já se perguntou qual é o melhor carvão para usar? A qualidade do carvão vegetal pode ser caracterizada pela quantidade de compostos orgânicos, pelo teor de cinzas e pela energia liberada durante a combustão. Todas essas propriedades podem ser determinadas com o uso do analisador térmico simultâneo NETZSCH STA. Com a ajuda de uma medição TGA-DSC, é fácil verificar se a diferença de preço entre os produtos é justificada pela qualidade.

Para uma comparação, foram selecionados três tipos diferentes de carvão vegetal comercial: carvão de madeira de faia, carvão de marca e um carvão barato de uma loja de descontos.

Resultados e discussão

As medições de TGA-DSC foram realizadas com um analisador térmico simultâneo, STA, equipado com um transportador de amostras TGA-DSC tipo S. As diferentes amostras de carvão foram aquecidas como amostras em massa a 550 °C em uma atmosfera inerte e de 550 °C a 950 °C em uma atmosfera oxidante. Para obter informações detalhadas sobre as condições de medição, consulte a tabela 1.

Tabela 1: Parâmetros de medição

Os resultados da amostra de carvão vegetal de madeira de faia estão representados na figura 1. As três etapas de perda de massa foram acompanhadas por efeitos energéticos. A primeira etapa de perda de massa, a 81°C, provavelmente foi causada pela liberação de água, enquanto a segunda perda de massa, a 411°C, é uma indicação da PiróliseA pirólise é a decomposição térmica de compostos orgânicos em uma atmosfera inerte.pirólise de compostos orgânicos residuais. Esses eventos causaram dois efeitos endotérmicos em temperaturas de pico de 67°C e 394°C e entalpias de 30 J/g e 5 J/g. A combustão do carbono restante em uma atmosfera de ar sintético resultou em uma perda de massa de 92% e um efeito ExotérmicoUma transição de amostra ou uma reação é exotérmica se houver geração de calor.exotérmico com uma entalpia de -23.315 J/g. Essa não é a entalpia de combustão completa, pois um STA é um sistema aberto que emite parte da energia gerada com os gases de purga e os gases liberados. Esse valor só pode ser usado para comparação relativa. A massa residual relacionada ao Conteúdo de cinzasA cinza é uma medida do conteúdo de óxido mineral em uma base de peso. A análise termogravimétrica (TGA) em uma atmosfera oxidativa é um método comprovado para determinar o resíduo inorgânico, comumente chamado de cinza, em materiais orgânicos, como polímeros, borrachas etc. Portanto, a medição de TGA Identify se um material é preenchido e calcula o conteúdo total de preenchimento.conteúdo de cinzas foi de 3%.

A Figura 2 mostra a comparação dos resultados da TGA para as diferentes amostras de carvão vegetal. O programa de temperatura fornecido levou a duas etapas de perda de massa para cada amostra em uma atmosfera inerte. Em termos de teor de água, o carvão vegetal de marca apresentou o valor mais alto, seguido pelo carvão vegetal de desconto e pelo carvão vegetal de madeira de faia. A diferença no teor de água provavelmente se deve às diferentes condições de armazenamento, mas também pode ser causada por diferenças nas propriedades das superfícies que permitem a absorção de água.

Em contrapartida, a proporção de compostos orgânicos fornece informações sobre o nível de conclusão do processo de produção do carvão vegetal e dos briquetes: Quanto menor o conteúdo orgânico, melhor a PiróliseA pirólise é a decomposição térmica de compostos orgânicos em uma atmosfera inerte.pirólise da madeira inicial em carvão vegetal durante o processo de produção, resultando em um carvão vegetal de melhor qualidade. Comparando as três amostras, novamente o carvão de madeira de faia apresentou o valor mais baixo, seguido pelo carvão de marca e pelo carvão de desconto. Esse processo ainda não foi concluído a 550°C para o carvão de desconto, o que significa que a amostra ainda contém compostos orgânicos a essa temperatura.

Depois de mudar para uma atmosfera oxidante, o carbono residual foi queimado com oxigênio e liberou dióxido de carbono e monóxido de carbono. Também aqui foram observadas diferenças entre as três amostras. Um teor de carbono de mais de 90% foi determinado para o carvão de madeira de faia, enquanto o carvão de marca e o carvão de desconto apresentaram valores de cerca de 75% de carbono. Um alto teor de carbono indica alta pureza do carvão vegetal.

Consequentemente, as três amostras também diferem em termos de sua massa residual, o que caracteriza o teor de cinzas do carvão vegetal. Surpreendentemente, o carvão de marca produziu mais de 10% de cinzas, enquanto os outros dois apresentaram valores entre 3% e 5%. O teor de cinzas também pode ser visto como um critério de qualidade. Quanto menor o teor de cinzas, menor a proporção inicial de produtos secundários não reativos, como cargas ou minerais.

A comparação dos sinais de DSC, mostrada na Figura 3, revelou que o carvão de madeira de faia liberou a maior parte do calor durante a combustão oxidativa. Como as amostras foram medidas em um sistema aberto e não AdiabáticoAdiabático descreve um sistema ou modo de medição sem nenhuma troca de calor com o ambiente. Esse modo pode ser realizado usando um dispositivo de calorímetro de acordo com o método de calorimetria de taxa acelerada (ARC^®). O principal objetivo desse dispositivo é estudar cenários e reações de fuga térmica. Uma breve descrição do modo adiabático é "sem entrada de calor - sem saída de calor".adiabático, esses valores não podem ser considerados como o calor da combustão.

A entalpia medida é significativamente menor do que o calor da combustão, pois os gases quentes da reação deixam a amostra e levam consigo o calor liberado. No entanto, o calor liberado pode ser usado como uma boa comparação relativa das três amostras.

Outra medição foi realizada em uma amostra de madeira de faia; veja a Figura 4. Como esperado, a quantidade de água e o conteúdo orgânico eram muito maiores. A primeira etapa de perda de massa, que se refere à água, resultou em 5,13%. O aumento da temperatura levou a uma Reação de decomposiçãoUma reação de decomposição é uma reação induzida termicamente de um composto químico que forma produtos sólidos e/ou gasosos. decomposição em dois estágios do conteúdo orgânico, totalizando 68,35%. A comparação com o carvão de madeira de faia mostrou que o processo de produção de carvão vegetal pirolisando a madeira estava quase completo. O conteúdo orgânico foi reduzido de cerca de 78% para menos de 3%. O menor teor de carbono da madeira também se reflete na entalpia exotérmica detectada durante a combustão oxidativa.

Resumo

As características de qualidade do carvão vegetal, como umidade, teor de cinzas e calor liberado, podem ser detectadas com a ajuda do analisador térmico simultâneo, STA, da NETZSCH Analyzing & Testing. Foi possível demonstrar a alta qualidade do carvão vegetal de madeira de faia com relação a essas propriedades, enquanto o carvão vegetal de marca não apresentou valores significativamente melhores do que uma amostra de carvão vegetal de desconto nesse caso específico. Além disso, o método TGA-DSC é adequado para controlar a conclusão do processo de produção de carvão vegetal em relação à PiróliseA pirólise é a decomposição térmica de compostos orgânicos em uma atmosfera inerte.pirólise de materiais orgânicos.

Aproveite seu churrasco!