07.05.2025 by Dr. Chiara Baldini, Aileen Sammler
Caracterização da mistura de sais NaNO₃-KNO₃ usando instrumentos de análise térmica NETZSCH e difração de raios X
Os sais e os sistemas de sal atendem a um amplo espectro de aplicações em vários setores e na vida cotidiana - desde a preservação e aromatização de alimentos até produtos farmacêuticos, medicamentos, agricultura e tratamento de água. Além disso, uma variedade significativa de sais é essencial em setores industriais, como fabricação de produtos químicos, metalurgia e produção de energia, incluindo tecnologias nucleares e solares.
Novas percepções sobre a estabilidade de fase do NaNO₃-KNO₃ para armazenamento de energia térmica
Nosso estudo mais recente se concentra no sistema NaNO₃-KNO₃, um fluido de transferência de calor amplamente utilizado e material de armazenamento de energia térmica em usinas de energia solar concentrada (CSP). Apesar de sua ampla aplicação, as discrepâncias nos diagramas de fase de equilíbrio persistem devido à formação de fases metaestáveis influenciadas pelas condições experimentais.
Ao integrar a calorimetria diferencial de varredura (DSC), a análise termomecânica (TMA), a análise de flash a laser (LFA) e a difração de raios X de alta temperatura (HTXRD), obtivemos percepções mais profundas sobre as propriedades térmicas e estruturais do sistema. Em especial, a HTXRD confirmou a formação de fases de solução sólida metaestável, reforçando a necessidade de uma abordagem térmica e estrutural combinada para entender completamente o comportamento do material.
O recente artigo científico"Comprehensive analysis of metastable phase formation in the NaNO₃-KNO₃ system by thermal analysis and high-temperature X-ray diffraction", publicado no Journal of Materials Research and Technology, aborda diretamente essas discrepâncias.
Nesse estudo, foi utilizada uma abordagem multitécnica, incluindo calorimetria de varredura diferencial (NETZSCH DSC 204 F1 Phoenix® ), análise termomecânica (NETZSCH TMA 402 F1 Hyperion® ), análise de flash a laser (NETZSCH LFA 467 HyperFlash®) e difração de raios X de alta temperatura (HTXRD - Empyrean Series 3).
Os resultados mostram diferenças significativas nas temperaturas de transição e alterações de volume entre o primeiro e o segundo ciclos de aquecimento. Além disso, os estudos de XRD de alta temperatura confirmaram a formação e a persistência de fases metaestáveis, resolvendo inconsistências não resolvidas anteriormente nos dados relatados.
A integração de técnicas experimentais avançadas na análise térmica aumenta significativamente a confiabilidade das propriedades termofísicas, que são essenciais para o desenvolvimento de bancos de dados termodinâmicos confiáveis. Essa integração apoia o desenvolvimento de materiais inovadores otimizados para diversas faixas de temperatura, melhorando assim a eficiência e a sustentabilidade dos processos industriais e das soluções de armazenamento de energia.
Para uma exploração mais detalhada dos métodos e resultados, o artigo completo da pesquisa está disponível on-line:
Agradecimentos
Este estudo foi realizado por meio de esforços colaborativos de pesquisadores da NETZSCH-Gerätebau GmbH (Selb, Alemanha), Malvern Panalytical B.V. (Almelo, 7602 EA, Holanda) e Forschungszentrum Jülich GmbH, IMD-1 (Jülich, Alemanha). Reconhecemos com gratidão as valiosas contribuições dos autores e o apoio fornecido por suas respectivas instituições.
Assista também ao nosso webinar: Sistemas de sal explorando os limites experimentais
Os sistemas de sal formam um grupo distinto de materiais, juntamente com óxidos e metais. Seu uso extensivo como meio de transferência de calor ou reagentes químicos em setores importantes, como metalurgia, energia nuclear e solar, deve-se às suas propriedades termofísicas exclusivas aliadas ao seu custo e disponibilidade relativamente baixos. A combinação de sais com diferentes cátions e ânions aumenta muito a variedade de aplicações. A determinação precisa das propriedades termofísicas, como DensidadeA densidade de massa é definida como a relação entre massa e volume. densidade, capacidade de calor e Difusividade térmicaA difusividade térmica (a com a unidade mm2/s) é uma propriedade específica do material para caracterizar a condução de calor instável. Esse valor descreve a rapidez com que um material reage a uma mudança de temperatura.difusividade térmica, depende muito da preparação da amostra e da escolha dos materiais do cadinho. As informações sobre a Estabilidade térmicaUm material é termicamente estável se ele não se decompõe sob a influência da temperatura. Uma maneira de determinar a estabilidade térmica de uma substância é usar um TGA (analisador termogravimétrico). estabilidade térmica e o comportamento de evaporação/Reação de decomposiçãoUma reação de decomposição é uma reação induzida termicamente de um composto químico que forma produtos sólidos e/ou gasosos. decomposição dos sais também são importantes para a interpretação dos resultados experimentais. Algumas misturas de sal podem formar fases metaestáveis, que podem depender do programa de temperatura ou de outros parâmetros do equipamento experimental.
Todos esses problemas e possíveis soluções para a investigação de sistemas de sal com instrumentos TG/DTA/DSC/TMA/LFA serão discutidos em nosso webinar.
