Hidrojen Peroksit
Saf hidrojen peroksit (H2O2), su ile her oranda karıştırılabilen soluk mavi bir sıvıdır. Düşük yüzdeli sulu çözeltiler, güçlü oksitleyici özelliklerinden dolayı ağartma maddesi olarak yaygın şekilde kullanılmaktadır. Hidrojen peroksit çözeltileri ahşap, kağıt veya saçın ağartılmasının yanı sıra oksitleyici maddeler olarak veya tıbbi uygulamalarda dezenfektan olarak da kullanılır. Hidrojen peroksitin su ve oksijene Ayrışma reaksiyonuBir ayrışma reaksiyonu, katı ve/veya gaz ürünler oluşturan kimyasal bir bileşiğin termal olarak indüklenen bir reaksiyonudur. ayrışma eğilimi (aşağıdaki denklem 1), roket motorlarında sıvı itici gaz olarak kullanılmasının nedenidir.
Çoklu Modül Kalorimetresi (MMC) ile Diferansiyel Taramalı Kalorimetre (DSC) Karşılaştırması
NETZSCH Çoklu Modül Kalorimetre Çoklu Modül Kalorimetresi (MMC)Bir ana ünite ve değiştirilebilir modüllerden oluşan çok modlu bir kalorimetre cihazı. Modüllerden biri hızlandırma oranı kalorimetrisi (ARC), ARC-Modülü için hazırlanmıştır. İkincisi tarama testleri için kullanılır (Tarama Modülü) ve üçüncüsü madeni para hücreleri için pil testi ile ilgilidir (Madeni Para Hücresi Modülü).MMC 274 Nexus® (şekil 1) üç farklı ölçüm modülü sunmaktadır [1]. Hızlandırıcı Hız Kalorimetrisi (ARC)Termal olarak ekzotermik ayrışma reaksiyonlarını tespit etmek için kullanılan izotermal ve adyabatik test prosedürlerini tanımlayan yöntem.ARC® Modülü termal tehlike çalışmaları için kullanılabilir; Coin-Cell Modülü pillerin incelenmesi için özeldir; ve Tarama Modülü tek bir ısıtma çalışmasından elde edilen kalorik verileri değerlendirmek için kullanılabilir. Yaygın olarak kullanılan ve iyi bilinen diferansiyel taramalı kalorimetri (DSC) tekniğinin aksine, Çoklu Modül Kalorimetresi (MMC)Bir ana ünite ve değiştirilebilir modüllerden oluşan çok modlu bir kalorimetre cihazı. Modüllerden biri hızlandırma oranı kalorimetrisi (ARC), ARC-Modülü için hazırlanmıştır. İkincisi tarama testleri için kullanılır (Tarama Modülü) ve üçüncüsü madeni para hücreleri için pil testi ile ilgilidir (Madeni Para Hücresi Modülü).MMC'nin Tarama Modülü 2 ml hacme kadar numuneleri işleyebilir. Numuneleri ısıtmak için iki seçenek mevcuttur: sabit bir ısıtma hızı veya sabit bir güç seviyesi. Hem numuneye sağlanan güç hem de ısıtma hızı hakkındaki bilgiler kullanılarak bir ısı akışı sinyali hesaplanabilir. İndiyum, kalay ve bizmut gibi metaller kullanılarak cihazın hem sıcaklığı hem de hassasiyeti belirlenebilir. 1000 ila 9000 mg (numune hacmi yaklaşık 1 ml) olan tipik numune kütleleri, Çoklu Modül Kalorimetresi (MMC)Bir ana ünite ve değiştirilebilir modüllerden oluşan çok modlu bir kalorimetre cihazı. Modüllerden biri hızlandırma oranı kalorimetrisi (ARC), ARC-Modülü için hazırlanmıştır. İkincisi tarama testleri için kullanılır (Tarama Modülü) ve üçüncüsü madeni para hücreleri için pil testi ile ilgilidir (Madeni Para Hücresi Modülü).MMC için DSC için kullanılan ve tipik olarak 5 ila 10 mg arasında olan numune kütlelerinden oldukça yüksektir. Buna rağmen, Çoklu Modül Kalorimetresi (MMC)Bir ana ünite ve değiştirilebilir modüllerden oluşan çok modlu bir kalorimetre cihazı. Modüllerden biri hızlandırma oranı kalorimetrisi (ARC), ARC-Modülü için hazırlanmıştır. İkincisi tarama testleri için kullanılır (Tarama Modülü) ve üçüncüsü madeni para hücreleri için pil testi ile ilgilidir (Madeni Para Hücresi Modülü).MMC'nin Tarama Modülü için değerlendirilen belirsizlik, sıcaklık tayinleri için yaklaşık %1 ve entalpi tayinleri için %5'ten azdır.
Tarama Modülü ve ARC® Modülü
Bu çalışma, farklı konsantrasyonlardaki sulu hidrojen peroksit çözeltilerinin termal Ayrışma reaksiyonuBir ayrışma reaksiyonu, katı ve/veya gaz ürünler oluşturan kimyasal bir bileşiğin termal olarak indüklenen bir reaksiyonudur. ayrışma davranışını incelemektedir. Bu çalışmalar için iki MMC modülü kullanılmaktadır: Numunelerin taranması için Tarama Modülü (bkz. Şekil 2) ve Heat-Wait-Search (HWS)Heat-Wait-Search kalorimetre cihazlarında hızlandırma oranı kalorimetrisine göre kullanılan bir ölçüm modudur (ARC).heat-wait-search (Heat-Wait-Search (HWS)Heat-Wait-Search kalorimetre cihazlarında hızlandırma oranı kalorimetrisine göre kullanılan bir ölçüm modudur (ARC).HWS) çalışmaları için Hızlandırıcı Hız Kalorimetrisi (ARC)Termal olarak ekzotermik ayrışma reaksiyonlarını tespit etmek için kullanılan izotermal ve adyabatik test prosedürlerini tanımlayan yöntem.ARC® Modülü (bkz. Şekil 3). Numune kabını doğrudan çevreleyen harici bir ısıtıcı aracılığıyla (şekil 4), Tarama Modülü numuneye sabit bir güç seviyesi sağlayabilir.
Ölçüm Koşulları
Hidrojen peroksit (Sigma Aldrich) sulu bir çözelti (%35) olarak alınmış ve ortam sıcaklığında saklanmıştır. Hidrojen peroksit çözeltisi alındığı gibi kullanılmış ve birkaç düşük konsantrasyonu gözlemlemek için saf su ile seyreltilmiştir. Seyreltilmiş numunelerin bileşimi tablo 1 ve tablo 2'de özetlenmiştir. Hem Tarama hem de Hızlandırıcı Hız Kalorimetrisi (ARC)Termal olarak ekzotermik ayrışma reaksiyonlarını tespit etmek için kullanılan izotermal ve adyabatik test prosedürlerini tanımlayan yöntem.ARC® Modülleri için ölçüm koşulları tablo 3'te karşılaştırılmıştır.
Tab 1: Tarama için örnek bileşimleri (Tarama Modülü)
| Örnek Numarası | Örnek Konsantrasyonu/% | H2O2/g | H2O/g | Toplam/g |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 35 | 1.03106 | 0.0 | 1.03106 |
| 2 | 26 | 0.75757 | 0.25623 | 1.0138 |
| 3 | 17 | 0.5148 | 0.52494 | 1.03974 |
| 4 | 8.6 | 0.25169 | 0.7741 | 1.02579 |
| 5 | 4.3 | 0.12376 | 0.88605 | 1.00981 |
| 6 | 2.6 | 0.07316 | 0.92551 | 0.99867 |
| 7 | 1.1 | 0.03099 | 0.96707 | 0.99806 |
| 8 | 0.4 | 0.01215 | 1.00176 | 1.01391 |
Tab 2: AdyabatikAdyabatik, çevre ile herhangi bir ısı alışverişi olmayan bir sistemi veya ölçüm modunu tanımlar. Bu mod, hızlandırma oranı kalorimetrisi yöntemine göre bir kalorimetre cihazı kullanılarak gerçekleştirilebilir (ARC). Böyle bir cihazın temel amacı, senaryoları ve termal kaçak reaksiyonları incelemektir. Adyabatik modun kısa bir tanımı "ısı girişi yok - ısı çıkışı yok" şeklindedir.Adyabatik test için numune bileşimleri (Hızlandırıcı Hız Kalorimetrisi (ARC)Termal olarak ekzotermik ayrışma reaksiyonlarını tespit etmek için kullanılan izotermal ve adyabatik test prosedürlerini tanımlayan yöntem.ARC® Modülü)
| Örnek Numarası | Örnek Konsantrasyonu/% | H2O2/g | H2O/g | Toplam/g |
|---|---|---|---|---|
| 9 | 35 | 1.02157 | 0.0 | 1.02157 |
| 10 | 17 | 0.74935 | 0.52494 | 1.00359 |
| 11 | 8.6 | 0.51466 | 0.50962 | 1.02428 |
| 12 | 4.3 | 0.25036 | 0.77525 | 1.02561 |
| 13 | 2.6 | 0.14776 | 0.877248 | 1.02034 |
Tab 3: Ölçüm koşulları
MMC 274 Nexus® | ||
|---|---|---|
| MMC Modülü | Tarama | ARC® |
| Kap malzemesi | Paslanmaz çelik | Paslanmaz çelik |
| Gemi tipi | Kapalı | Kapalı |
| Damar kütlesi | 7.0 ila 7,25 g | 7.0 ila 7,25 g |
| Isıtma | Sabit güç (250 mW) | |
| Atmosfer | Hava | Hava |
| Gaz oranını temizler | Statik | Statik |
| Sıcaklık aralığı | RT ... 250°C | RT ... 250°C |
| Örnek kütle | 998.67 ila 1039,74 mg | 1003.6 ila 1025,6 mg |
Sonuçlar ve Tartışma
Numunelerin ısı kapasitesindeki değişime bağlı olarak, sabit güç girişi genellikle numunede neredeyse sabit bir ısıtma oranıyla sonuçlanır. Şekil 5, 250 mW'lık sabit bir güç girişinde Tarama Modülü kullanılarak hidrojen peroksitin (%35) ısıtılmasının sonucunu göstermektedir. Elde edilen ısıtma hızı ilk 60 dakika için yaklaşık 1 K/dak'dır. Bir saat sonra Ayrışma reaksiyonuBir ayrışma reaksiyonu, katı ve/veya gaz ürünler oluşturan kimyasal bir bileşiğin termal olarak indüklenen bir reaksiyonudur. ayrışma reaksiyonu başlar ve ek ısı üretir. Ayrışma reaksiyonuBir ayrışma reaksiyonu, katı ve/veya gaz ürünler oluşturan kimyasal bir bileşiğin termal olarak indüklenen bir reaksiyonudur. Ayrışma reaksiyonu sırasında, ısıtma hızı maksimum 5,6 K/dk'ya yükselir ve tespit edilen basınç da artar. Denklem 1'e göre, Ayrışma reaksiyonuBir ayrışma reaksiyonu, katı ve/veya gaz ürünler oluşturan kimyasal bir bileşiğin termal olarak indüklenen bir reaksiyonudur. ayrışma reaksiyonu oksijen üretir. Suyun buharlaşmasının yanı sıra, bu gaz oluşumu ısıtma sırasındaki basınç artışının ana nedenidir.
H2O2,H2Ove Boş Kapların Davranışlarının Karşılaştırılması
Şekil 5'teki sonuçlar sadece numunenin ısıtılmasını göstermektedir. Hidrojen peroksitin Ayrışma reaksiyonuBir ayrışma reaksiyonu, katı ve/veya gaz ürünler oluşturan kimyasal bir bileşiğin termal olarak indüklenen bir reaksiyonudur. ayrışma reaksiyonu tersine çevrilebilir olmadığından, üretilen oksijen soğutma sırasında ilk hidrojen peroksiti oluşturmak için tekrar alınmaz. Bunun yerine, oluşan su ve oksijen ürünleri sırasıyla bir sıvı ve bir gaz olarak ortam sıcaklığına kadar soğur. Basınç sinyali 40°C'de 17,7 bar'ı gösterir, bu da Ayrışma reaksiyonuBir ayrışma reaksiyonu, katı ve/veya gaz ürünler oluşturan kimyasal bir bileşiğin termal olarak indüklenen bir reaksiyonudur. ayrışma sırasında oluşan oksijen miktarını yansıtır (Şekil 6). Bunun yerine aynı miktarda su alındığında, ısıtma sırasında basınç da artar, ancak su kimyasal olarak değişmeden kaldığından, soğutma sırasında tüm su buharı tekrar çöker. Bu nedenle, soğutma sırasında su için basınç sinyalini gösteren kesikli mavi çizgi, ısıtma ile neredeyse aynı değerleri gösterir (düz çizgiler). Karşılaştırma için, yeşil çizgiler boş bir kap için ısıtma ve soğutma sırasındaki basınç sinyalinin seyrini göstermektedir.
Çeşitli Konsantrasyonlarda H2O2
Özellikle su ile karşılaştırıldığında, kapalı bir kap sistemi içinde bile bir dereceye kadar meydana gelen buharlaşmanın her zaman tersine çevrilebilir olduğu görülebilir. Bu, soğumadan sonra 40°C'deki basınç sinyali ile doğrulanmaktadır. Öte yandan, hidrojen peroksitin Ayrışma reaksiyonuBir ayrışma reaksiyonu, katı ve/veya gaz ürünler oluşturan kimyasal bir bileşiğin termal olarak indüklenen bir reaksiyonudur. ayrışma reaksiyonu belirli miktarda gaz üretir. Bu nedenle, basınç sinyalinin çözelti içindeki mutlak hidrojen peroksit miktarıyla orantılı olması beklenir. Bu testler çeşitli hidrojen peroksit konsantrasyonlarına sahip numunelerle tekrarlandığında, test sırasında oluşan basınç hidrojen peroksit konsantrasyonuyla orantılı olmalıdır. Şekil 7, 1 ila 6 arasındaki numuneler için ısıtma sonuçlarını karşılaştırmaktadır. İlgili hidrojen peroksit konsantrasyonları tablo 1'de özetlenmiştir.
H2O2 Konsantrasyonu ve Basınç Arasındaki Korelasyon
Hidrojen peroksitin Ayrışma reaksiyonuBir ayrışma reaksiyonu, katı ve/veya gaz ürünler oluşturan kimyasal bir bileşiğin termal olarak indüklenen bir reaksiyonudur. ayrışma reaksiyonu, numunede ölçülen ısıtma hızındaki artış ve basınç oluşumu ile gösterilir. Şekil 8'de, reaksiyondan sonra ve 42°C'ye soğumadan sonra kalan basıncın sinyali değerlendirilmiştir. Basıncın numunenin hidrojen peroksit konsantrasyonu ile neredeyse mükemmel doğrusal bir korelasyonu vardır. Bu korelasyon şekil 9'da gösterilmiştir.
ARC® Modülü ile incelenen çeşitli H2O2 konsantrasyonları
ARC® Modülü ile incelenen çeşitli H2O2 konsantrasyonları Benzer bir dizi sulu hidrojen peroksit konsantrasyonu da MMC'nin ARC® Modülü kullanılarak incelenmiştir (Şekil 3). İlgili hidrojen peroksit konsantrasyonları tablo 2'de özetlenmiştir. ARC® Modülü, Heat-Wait-Search (HWS)Heat-Wait-Search kalorimetre cihazlarında hızlandırma oranı kalorimetrisine göre kullanılan bir ölçüm modudur (ARC).heat-wait-search (Heat-Wait-Search (HWS)Heat-Wait-Search kalorimetre cihazlarında hızlandırma oranı kalorimetrisine göre kullanılan bir ölçüm modudur (ARC).HWS) programı aracılığıyla ayrışmanın başlangıç sıcaklığını spesifik olarak belirlemek için kullanılabilir.libraIsıtma, eşitleme ve algılama sırası yardımıyla, numunenin kendi kendine ısınma hızı yarı-İzotermalKontrollü ve sabit sıcaklıkta yapılan testlere izotermal denir.izotermal koşullar altında belirlenir ve ardından numune AdyabatikAdyabatik, çevre ile herhangi bir ısı alışverişi olmayan bir sistemi veya ölçüm modunu tanımlar. Bu mod, hızlandırma oranı kalorimetrisi yöntemine göre bir kalorimetre cihazı kullanılarak gerçekleştirilebilir (ARC). Böyle bir cihazın temel amacı, senaryoları ve termal kaçak reaksiyonları incelemektir. Adyabatik modun kısa bir tanımı "ısı girişi yok - ısı çıkışı yok" şeklindedir.adyabatik modda incelenir [1, 2].
35, %17 ve %8,6 hidrojen peroksit konsantrasyonları için sonuçlar Şekil 10'da sunulmuştur. Beklendiği gibi, sonuçlar düşük hidrojen peroksit konsantrasyonları için AdyabatikAdyabatik, çevre ile herhangi bir ısı alışverişi olmayan bir sistemi veya ölçüm modunu tanımlar. Bu mod, hızlandırma oranı kalorimetrisi yöntemine göre bir kalorimetre cihazı kullanılarak gerçekleştirilebilir (ARC). Böyle bir cihazın temel amacı, senaryoları ve termal kaçak reaksiyonları incelemektir. Adyabatik modun kısa bir tanımı "ısı girişi yok - ısı çıkışı yok" şeklindedir.adyabatik koşullar altında bir smaller sıcaklık artışını (ΔTobs) doğrulamaktadır. Ayrışma reaksiyonunun tespit edildiği sıcaklık (başlangıç), daha düşük enerji salınımı (90°C ve 110°C) nedeniyle daha düşük konsantrasyonlar için artar. 5'ten düşük hidrojen peroksit konsantrasyonları için maksimum kendi kendine ısınma hızı 0,02 K/dk'dan azdır. Bu nedenle böyle bir durumda hiçbir EkzotermikBir örnek geçişi veya bir reaksiyon ısı üretiyorsa ekzotermiktir.ekzotermik olay tespit edilmemiştir. Birkaç Heat-Wait-Search (HWS)Heat-Wait-Search kalorimetre cihazlarında hızlandırma oranı kalorimetrisine göre kullanılan bir ölçüm modudur (ARC).HWS testinin AdyabatikAdyabatik, çevre ile herhangi bir ısı alışverişi olmayan bir sistemi veya ölçüm modunu tanımlar. Bu mod, hızlandırma oranı kalorimetrisi yöntemine göre bir kalorimetre cihazı kullanılarak gerçekleştirilebilir (ARC). Böyle bir cihazın temel amacı, senaryoları ve termal kaçak reaksiyonları incelemektir. Adyabatik modun kısa bir tanımı "ısı girişi yok - ısı çıkışı yok" şeklindedir.adyabatik bölümleri sırasında tespit edilen sıcaklık artış adımları (ΔTobs) şekil 11'de gösterilmiştir.
Sonuç
Bu sonuçlar MMC Tarama ModülüÇok Modüllü Kalorimetre'nin (MMC) bir parçası olan bir kalorimetre modülü, bir numunenin tarama testine izin verir. Bu prosedür, oldukça kısa bir ölçüm süresi içinde termal tehlike potansiyelini tespit etmek için bir tarama testi olarak hizmet edebilir.Tarama Modülünün tarama kabiliyetini güzel bir şekilde göstermektedir. Güçlü EkzotermikBir örnek geçişi veya bir reaksiyon ısı üretiyorsa ekzotermiktir.ekzotermik reaksiyonlar söz konusu olduğunda, sabit güç girişinin bir sonucu olarak kendiliğinden ısınma hızı önemli ölçüde artacaktır - yaklaşık 1 K/dk seviyesinin üzerine çıkacaktır. Bu nedenle, bilinmeyen bir numune EkzotermikBir örnek geçişi veya bir reaksiyon ısı üretiyorsa ekzotermiktir.ekzotermik bir Ayrışma reaksiyonuBir ayrışma reaksiyonu, katı ve/veya gaz ürünler oluşturan kimyasal bir bileşiğin termal olarak indüklenen bir reaksiyonudur. ayrışma reaksiyonu sergilediğinde, bu birkaç saat içinde fark edilebilir. Tehlikeli potansiyel fark edilir edilmez, bir MMC ARC® Modülü kullanılarak AdyabatikAdyabatik, çevre ile herhangi bir ısı alışverişi olmayan bir sistemi veya ölçüm modunu tanımlar. Bu mod, hızlandırma oranı kalorimetrisi yöntemine göre bir kalorimetre cihazı kullanılarak gerçekleştirilebilir (ARC). Böyle bir cihazın temel amacı, senaryoları ve termal kaçak reaksiyonları incelemektir. Adyabatik modun kısa bir tanımı "ısı girişi yok - ısı çıkışı yok" şeklindedir.adyabatik bir test yapılması önerilir [1]. Böyle bir HWS testi kolaylıkla tam bir gün sürebilir ancak diğer yandan termal dengeye tarama testinden çok daha uygundur [2].
Ek olarak, yukarıda sunulan sonuçlar basınç sinyalinin kullanışlılığını güzel bir şekilde göstermektedir. Sabit 250 mW güç girişi, 1 g'lık sulu bir numune için yaklaşık 1 K/dk'lık bir ısıtma hızı sağlar. 5'ten daha düşük hidrojen peroksit konsantrasyonuna sahip numuneler, Ayrışma reaksiyonuBir ayrışma reaksiyonu, katı ve/veya gaz ürünler oluşturan kimyasal bir bileşiğin termal olarak indüklenen bir reaksiyonudur. ayrışma reaksiyonu sırasında açığa çıkan enerji yoluyla bu ısıtma hızını aşmaz. Bu, numunenin kendi kendine ısınma oranı sayesinde, düşük konsantrasyonlar için Ayrışma reaksiyonuBir ayrışma reaksiyonu, katı ve/veya gaz ürünler oluşturan kimyasal bir bileşiğin termal olarak indüklenen bir reaksiyonudur. ayrışma reaksiyonunun güç girişi tarafından maskeleneceği anlamına gelir. Buna karşın basınç sinyali güç girişinden etkilenmez. Bu nedenle, özellikle düşük konsantrasyonlar söz konusu olduğunda, bir Ayrışma reaksiyonuBir ayrışma reaksiyonu, katı ve/veya gaz ürünler oluşturan kimyasal bir bileşiğin termal olarak indüklenen bir reaksiyonudur. ayrışma reaksiyonunun gerçekleşip gerçekleşmediğine dair önemli bir gösterge olarak alınabilir.