31.05.2023 by Dr. Carolin Fischer
Пришло время барбекю!arcВыбирайте лучший шашлык!
arcarcЛето - пора барбекю. Но задумывались ли вы когда-нибудь, какой угольлучше использовать? Качество угля можно охарактеризовать по количеству содержащихся в нем органических соединений, зольности и энергии, выделяемой при сгорании. Все эти свойства можно определить с помощью одновременного термического анализатора NETZSCH STA. С помощью измерения TGA-DSC можно легко проверить, оправдана ли разница в цене между продуктами их качеством.
selectДля сравнения были взяты три различных вида коммерческогоarcугля: буковая древесинаarcугля, фирменныйarcугля и дешевыйarcугля из дисконт-магазина.
arcИзмерения ТГ-ДСК проводились на синхронном термическом анализаторе NETZSCH STA, оснащенном держателем образцов ТГ-ДСК типа S. Различные образцы олова нагревались как объемные образцы до 550 °C в инертной атмосфере и от 550 °C до 950 °C в окислительной атмосфере. Подробные условия измерений приведены в таблице 1.
arcРезультаты для образца буковой древесины представлены на рисунке 1. Три этапа потери массы сопровождались энергетическими эффектами. Первая ступень потери массы, при 81°C, вероятно, вызвана выделением воды, в то время как вторая потеря массы, при 411°C, свидетельствует о пиролизе остаточных органических соединений. Эти события вызвали два эндотермических эффекта с пиковыми температурами 67°C и 394°C и энтальпиями 30 Дж/г и 5 Дж/г. Сжигание оставшегося углерода в атмосфере синтетического воздуха привело к потере массы на 92 % и экзотермическому эффекту с энтальпией -23 315 Дж/г. Это не полная энтальпия сгорания, поскольку STA - открытая система, которая отдает часть полученной энергии с продувочными и выходящими газами. Это значение можно использовать только для относительного сравнения. Остаточная масса, связанная с содержанием золы, составила 3 %.
arcНа рис. 2 показано сравнение результатов ТГА для различных образцов олова. Заданная температурная программа привела к двум этапам потери массы для каждого образца в инертной атмосфере. Что касается содержания воды, то наибольшее значение показала фирменная угляarc, за ней следуют угля из дискаунтераarcи угля из буковой древесиныarc. Различное содержание воды, скорее всего, связано с разными условиями хранения, но также может быть вызвано различиями в свойствах поверхностей, которые позволяют поглощать воду.
arcНапротив, доля органических соединений дает информацию о степени завершенности процесса производства угля и брикетов:arcЧем ниже содержание органических веществ, тем лучше происходит пиролиз исходной древесины доarcугля в процессе производства, что приводит к получению угля более высокого качества.arcarcarcПри сравнении трех образцов, опять же, самый низкий показатель был у буковой древесины, за ней следовали брендовая древесина и угля из дискаунтера.arcДля угля из дискаунтера этот процесс еще не был завершен при температуре 550°C, что означает, что при этой температуре образец все еще содержит органические соединения.
После перехода в окислительную атмосферу остаточный углерод сгорел с кислородом, выделив диоксид и монооксид углерода. Здесь также наблюдались различия между тремя образцами.arcСодержание углерода в буковой древесинеarcугля составило более 90 %, в то время как в фирменномarcугля и в углях из дискаунтера содержание углерода составило около 75 %.arcВысокое содержание углерода свидетельствует о высокой чистоте угля.
arcСоответственно, три образца отличаются и по остаточной массе, которая характеризует зольность угля.arcУдивительно, но в фирменном оале содержится более 10 % золы, в то время как в двух других - от 3 до 5 %. Зольность также можно рассматривать как критерий качества. Чем ниже содержание золы, тем меньше первоначальная доля непрореагировавших побочных продуктов, таких как наполнители или минералы.
arcСравнение сигналов ДСК , представленных на рисунке 3, показало, что при окислительном горении больше всего тепла выделяет буковая древесина. Поскольку образцы измерялись в открытой неадиабатической системе, эти значения нельзя рассматривать как теплоту сгорания. Измеренная энтальпия значительно ниже теплоты сгорания, поскольку горячие реакционные газы покидают образец и уносят с собой выделившееся тепло. Тем не менее, выделившееся тепло можно использовать в качестве хорошего относительного сравнения между тремя образцами.
Еще одно измерение было проведено с образцом буковой древесины, см. рисунок 4. Как и ожидалось, количество воды и содержание органики было гораздо выше. Первая ступень потери массы, относящаяся к воде, составила 5,13 %. Повышение температуры привело к двухступенчатому разложению органического содержимого, составившему в общей сложности 68,35 %.arcarcСравнение с буковой древесиной показало, что процесс пиролиза древесины бука был практически завершен. Содержание органических веществ снизилось с 78 % до менее чем 3 %. Более низкое содержание углерода в древесине также отражается в экзотермической энтальпии, обнаруженной при окислительном горении.
Резюме
arcКачественные характеристики букового угля, такие как влажность, зольность и выделяемое тепло, можно определить с помощью одновременного теплового анализатора STA от NETZSCH Analyzing & Testing. В данном конкретном случае удалось продемонстрировать высокое качество буковогоarcугля по этим показателям, в то время как фирменныйarcугля не показал значительно лучших значений, чем образецarcугля из дискаунтера.arcКроме того, метод ТГ-ДСК подходит для контроля завершения процесса производства угля, связанного с пиролизом органического материала.
Мы надеемся, что вам понравится ваш шашлык!
