Introducere
Vara este vremea grătarelor. Dar v-ați întrebat vreodată care este cel mai bun cărbune de lemn? Calitatea cărbunelui poate fi caracterizată prin cantitatea de compuși organici, conținutul de cenușă și energia eliberată în timpul arderii. Toate acestea sunt proprietăți care pot fi determinate cu ajutorul analizorului termic simultan NETZSCH STA. Cu ajutorul unei măsurători TGA-DSC, este ușor de verificat dacă diferența de preț dintre produse este justificată de calitate.
Pentru comparație, au fost selectate trei tipuri diferite de cărbune comercial: cărbune din lemn de fag, cărbune de marcă și un cărbune ieftin de la un magazin de reduceri.
Rezultate și discuții
Măsurătorile TGA-DSC au fost efectuate cu un analizor termic simultan, STA, echipat cu un purtător de probe TGA-DSC de tip S. Probele diferite de cărbune au fost încălzite ca probe în vrac la 550°C într-o atmosferă inertă și de la 550°C la 950°C într-o atmosferă oxidantă. Pentru condițiile detaliate de măsurare, a se vedea tabelul 1.
Tabelul 1: Parametrii de măsurare
| Parametri | Cărbune din lemn de fag | Cărbune de marcă | Cărbune cu preț redus | Lemn de fag |
|---|---|---|---|---|
| Program de temperatură | RT până la 550°C, azot 550°C până la 950°C, atmosferă oxidantă | |||
| Rata de încălzire | 20 K/min | |||
| Debit de gaz | 70 ml/min | |||
| Creuzet | Platină cu capac găurit | |||
| Suport de probe | TGA-DSC, tip S | |||
| Masa probei | 9.49 mg | 10.03 mg | 9.94 mg | 7.83 mg |
Rezultatele pentru eșantionul de cărbune din lemn de fag sunt prezentate în figura 1. Cele trei etape de pierdere de masă au fost însoțite de efecte energetice. Prima etapă de pierdere de masă, la 81°C, a fost probabil cauzată de eliberarea apei, în timp ce a doua pierdere de masă, la 411°C, este un indiciu al pirolizei compușilor organici reziduali. Aceste evenimente au cauzat două efecte EndotermiceO tranziție de probă sau o reacție este endotermă dacă este nevoie de căldură pentru conversie.endotermice la temperaturi de vârf de 67°C și 394°C și entalii de 30 J/g și 5 J/g. Arderea carbonului rămas într-o atmosferă de aer sintetic a dus la o pierdere de masă de 92% și la un efect ExotermicO tranziție de probă sau o reacție este exotermă dacă generează căldură.exotermic cu o entalpie de -23 315 J/g. Aceasta nu este entalpia de ardere completă, deoarece o STA este un sistem deschis care emite o parte din energia generată cu gazele de purjare și gazele eliberate. Această valoare poate fi utilizată doar pentru o comparație relativă. Masa reziduală legată de conținutul de cenușă s-a ridicat la 3 %.
Figura 2 prezintă o comparație a rezultatelor TGA pentru diferitele probe de cărbune. Programul de temperatură dat a condus la două etape de pierdere a masei pentru fiecare probă, sub o atmosferă inertă. În ceea ce privește conținutul de apă, cărbunele de marcă a prezentat cea mai mare valoare, urmat de cărbunele de reducere și de cărbunele din lemn de fag. Conținutul diferit de apă se datorează, cel mai probabil, condițiilor diferite de depozitare, dar poate fi cauzat și de diferențele în proprietățile suprafețelor care permit absorbția apei.
În schimb, proporția de compuși organici oferă informații cu privire la nivelul de finalizare a procesului de producție a cărbunelui de lemn și a brichetelor: Cu cât conținutul de substanțe organice este mai scăzut, cu atât PirolizaPiroliza este descompunerea termică a compușilor organici într-o atmosferă inertă.piroliza lemnului inițial în cărbune de lemn este mai bună în timpul procesului de producție, rezultând un cărbune de lemn de calitate superioară. Comparând cele trei eșantioane, din nou cărbunele de lemn de fag a prezentat cea mai scăzută valoare, urmat de cărbunele de marcă și de cărbunele de reduceri. Acest proces nu a fost încă finalizat la 550°C pentru cărbunele discounter, ceea ce înseamnă că eșantionul conține încă compuși organici la această temperatură.
După trecerea la o atmosferă oxidantă, carbonul rezidual a fost ars cu oxigen și a eliberat dioxid de carbon și monoxid de carbon. Și aici au fost observate diferențe între cele trei probe. Pentru cărbunele din lemn de fag s-a determinat un conținut de carbon de peste 90 %, în timp ce atât cărbunele de marcă, cât și cărbunele de discounter au prezentat valori de aproximativ 75 % carbon. Un conținut ridicat de carbon indică o puritate ridicată a cărbunelui de lemn.
În consecință, cele trei eșantioane diferă și în ceea ce privește masa lor reziduală, care caracterizează conținutul de cenușă al cărbunelui. În mod surprinzător, cărbunele de marcă a produs mai mult de 10% cenușă, în timp ce celelalte două au prezentat valori între 3% și 5%. Conținutul de cenușă poate fi văzut și ca un criteriu de calitate. Cu cât conținutul de cenușă este mai mic, cu atât este mai mică proporția inițială de produse secundare nereactive, cum ar fi materialele de umplutură sau mineralele.
Comparația semnalelor DSC, prezentată în figura 3, a arătat că cărbunele de lemn de fag a eliberat cea mai mare cantitate de căldură în timpul arderii oxidative. Deoarece probele au fost măsurate într-un sistem deschis, neadiabatic, aceste valori nu pot fi considerate ca fiind căldura de ardere.
Entalpia măsurată este semnificativ mai mică decât căldura de ardere, deoarece gazele fierbinți de reacție părăsesc proba și iau cu ele căldura eliberată. Cu toate acestea, căldura eliberată poate fi utilizată ca o bună comparație relativă a celor trei probe.
O altă măsurătoare a fost efectuată pe o probă de lemn de fag; a se vedea figura 4. După cum era de așteptat, cantitatea de apă și conținutul organic au fost mult mai mari. Prima etapă de pierdere de masă, care se referă la apă, a rezultat la 5,13%. Creșterea temperaturii a dus la o Reacția de descompunereO reacție de descompunere este o reacție indusă termic a unui compus chimic care formează produse solide și/sau gazoase. descompunere în două etape a conținutului organic, care s-a ridicat la 68,35% în total. Comparația cu cărbunele de lemn de fag a arătat că procesul de producere a cărbunelui prin pirolizarea lemnului a fost aproape complet. Conținutul organic a scăzut de la aproximativ 78% la mai puțin de 3%. Conținutul mai scăzut de carbon din lemn se reflectă și în entalpia ExotermicO tranziție de probă sau o reacție este exotermă dacă generează căldură.exotermică detectată în timpul combustiei oxidative.
Rezumat
Caracteristicile de calitate ale cărbunelui de lemn, cum ar fi umiditatea, conținutul de cenușă și căldura eliberată, pot fi detectate cu ajutorul analizorului termic simultan, STA, de la NETZSCH Analyzing & Testing. A fost posibil să se demonstreze calitatea înaltă a cărbunelui de lemn de fag în ceea ce privește aceste proprietăți, în timp ce cărbunele de marcă nu a prezentat valori semnificativ mai bune decât o mostră de cărbune discounter în acest caz particular. În plus, metoda TGA-DSC este adecvată pentru a controla finalizarea procesului de producție a cărbunelui de lemn în ceea ce privește PirolizaPiroliza este descompunerea termică a compușilor organici într-o atmosferă inertă.piroliza materialelor organice.
Bucurați-vă de grătarul dumneavoastră!