Kantitatif analiz Thermogravimetry-kütle spektrum analizi gelişmiş gazları ile tepkiler tarafından
Summary
Gelişmiş gaz debisi kesin belirlenmesi reaksiyonlar ayrıntılarını incelemek için anahtardır. Biz thermogravimetry-kütle spektrum analizi için eşdeğer karakteristik spektrum analizi bir roman kantitatif analiz yöntemi karakteristik spektrum ve göreli hassasiyet elde etmek için kalibrasyon sistemi kurarak sağlar akış hızı.
Abstract
Enerji dönüşümü, malzeme üretim ve Metalurji işlemleri sırasında reaksiyonlar genellikle değişkenlik, multistep ve çok ara ürün özellikleri var. Thermogravimetry-kütle spektrumu (TG-MS) tepki özellikleri çalışma için güçlü bir araç görülmektedir. Ancak, reaksiyon ayrıntıları ve reaksiyon mekanik etkili bir şekilde doğrudan TG-MS iyon akımı elde edilmiştir değil. Burada, kitle spektrum analizi ve kitle akış oranı mümkün olduğunca kesin gazların tepki veren bir yöntem bir eşdeğer karakteristik spektrum analizi (ECSA) sağlamak. ECSA etkili bir şekilde üst üste gelen iyon tepeler ayrı ve kitle ayrımcılık ve sıcaklık-bağımlı etkisi ortadan kaldırmak. İki örnek deney sunulmaktadır: CaCO3 (1 ayrıştırma CO2 gelişmiş gaz ve hydromagnesite ile ayrışma ile gelişti gaz CO2 ve H2O, tek bileşenli sistemi ECSA değerlendirmek için İnorganik gazlar CO, H2ve CO2ve organik gazlar C2H4, C2H6, C3H8, C6H14 gelişmiş gazlar ile kömür Zhundong termal pyrolysis ölçüm ve (2) , çok bileşenli sistemi ölçüm üstünde ECSA değerlendirileceği vb. Karakteristik spektrum başarılı kalibrasyonu ve göreli duyarlılığını özel gaz ve kütle spektrumu üzerinde ECSA göre ECSA doğru bir şekilde organik veya inorganik gazlar da dahil olmak üzere gelişmiş her gaz kütle akış oranları verir göstermek, Sadece tek ama çok bileşenli reaksiyonlar için hangi geleneksel ölçümleri tarafından uygulanan olamaz.
Introduction
Derinlemesine anlama bir tepki sürecinin gerçek özellikleri olduğunu ileri düzey malzemeler geliştirilmesi ve yeni enerji dönüşüm sistemi veya Metalurji üretim süreci1kurulması için bir kritik sorun. Hemen hemen tüm tepkiler kararsız koşullar altında yapılır ve konsantrasyon ve akış hızı Reaktanları ve ürünleri de dahil olmak üzere kendi parametreleri her zaman sıcaklık veya basınç ile değiştirmek çünkü bu açıkça karakterize zordur reaksiyon özelliği yalnızca bir parametre, örneğin aracılığıyla Arrhenius denklemi tarafından. Aslında, konsantrasyonu yalnızca bileşen ve karışım arasındaki ilişkiyi gösterir. Diğer bileşenler daha güçlü bir etkisi olabilir bu yana bir bileşeni’nde bir karmaşık reaksiyon konsantrasyonu büyük ölçüde ayarlanır olsa bile gerçek tepki davranışı, etkilenebileceği değil. Aksine, mutlak bir miktar olarak her bileşen akış hızı tepkiler, özelliklerini anlamak için ikna edici bilgi verebilir özellikle çok karmaşık olanlar.
Reaksiyon gelişti gazlar2,3,4özellikleri analiz etmek için şu anda elektron iyonlaşma (EI) tekniğe sahip TG-MS kaplin sistem yaygın bir araç olarak kullandı. Ancak, ilk olarak, bu bir MS sisteminden elde Ion geçerli (IC) doğrudan akış hızı veya gelişmiş gaz konsantrasyonu yansıtmak zor yapar unutulmamalıdır. Büyük IC örtüşme, parça, şiddetli kitle ayrımcılık ve bir thermogravimeter fırın gazların Difüzyon etkisi büyük ölçüde kantitatif analiz TG-MS5için engel olabilir. İkincisi, EI en yaygın ve hazır güçlü iyonlaşma teknik bu. Kolayca el ile donatılmış bir MS sistemi parçaları sonuçları ve genellikle doğrudan bir daha büyük molekül ağırlığı ile bazı organik gazlar yansıtmaz. Bu nedenle, MS sistemleri teknikleri (Örneğin, photoionization [PI]) aynı anda bir thermobalance için heceleme için gerekli ve uygulanan farklı yumuşak iyonlaşma ile gaz analizi6gelişti. Üçüncü olarak, bazı kitle ücret oranları (m/z), IC yoğunluğunu herhangi bir tepki gaz dinamik karakteristiklerini belirlemek için kullanılamaz, bu kez diğer tarafından etkilenir çünkü ICS için karmaşık bir tepki ile multicomponent gazlar gelişti. Örneğin, belirli bir gaz IC eğrisi içinde belgili tanımlık damla mutlaka onun akış hızı veya toplama bir düşüş olduğunu göstermez; Bunun yerine, belki de bu karmaşık sistemdeki diğer gazlar tarafından etkilenir. Böylece, tüm gazlar ICS, bir taşıyıcı gaz ve inert gaz ile kesinlikle dikkate almak önemlidir.
Aslında, kantitatif analiz kitle spektrumda büyük ölçüde dayalı kalibrasyon faktörü belirlenmesi ve TG-MS sisteminin göreli duyarlılığı bağlıdır. Maciejewski ve Baiker7 (TA-MS) sistemi, TA bir quadrupole MS, deneysel parametrelerini, konsantrasyon gazlar gibi etkisi için ısıtmalı bir kılcal tarafından bağlandığı bir termal analyzer-kütle spektrometre araştırdık, sıcaklık, akış hızı ve taşıyıcı gaza kitle spektrometrik Analizi duyarlılığını özelliklerini. Gelişmiş gazlar katı üzerinden bir iyi bilinen, stokiometrik tepki ve belirli bir miktarda gaz taşıyıcı gaz akışı içine ile sabit bir oranı enjekte ayrışma kalibre. MS negatif bir doğrusal korelasyon olduğunu deneysel sonuçlar göstermek sinyal taşıyıcı gaz debisi olan için gelişmiş gaz ve MS yoğunluğu sıcaklık ve analiz gaz miktarı tarafından akıttıkları gelişmiş gaz yoğunluğunu. Ayrıca, temel alınarak kalibrasyon yöntemi, Maciejewski vd. 8 bir fırsat aynı anda kitle, entalpi değişiklikleri izleyerek akış oranını belirlemek ve kompozisyon gaz sağlayan termal analiz (PTA) yöntemi tepki dersten sonuçlandı darbe icat etti. Ancak, hala geleneksel TG-MS analizi veya okul aile birliği yöntemleri kullanarak karmaşık reaksiyon (Örneğin, kömür yanma/gazlaştırma) hakkında ikna edici bilgi vermek zor.
Zorluklar ve dezavantajları geleneksel ölçme ve analiz yöntemi TG-MS sistem için üstesinden gelmek için ECSA9kantitatif analiz yöntemi geliştirdi. ECSA temel prensibi TG-MS kaplin mekanizması üzerinde temel alır. ECSA reaksiyon gazlar, taşıyıcı gazlar ve inert gazlar da dahil olmak üzere tüm gazlar ICS dikkate. Kalibrasyon faktörü ve benzin göreli duyarlılığını oluşturduktan sonra her bileşenin gerçek kitle ya da azı akış hızı IC matris (Yani, TG-MS kütle spektrumu) hesaplama tarafından belirlenebilir. Diğer yöntemlere göre ECSA TG-MS sistemi için etkili bir şekilde üst üste gelen spektrum ayrı ve kitle ayrımcılık ve TG sıcaklık bağımlı etkisini ortadan kaldırmak. ECSA tarafından üretilen veri kitle akış oranı gelişmiş gaz ve kayıplarının veri tarafından fark thermogravimetry (DTG) arasında bir karşılaştırma yoluyla güvenilir olduğu kanıtlanmıştır. Bu çalışmada, deneyler (Şekil 1) için bir Gelişmiş TG-DTA-EI/PI-Bayan alet10 kullandı. Bu enstrüman, silindirik quadrupole MS ve EI ve PI modu ile kepçe arayüzü ile donatılmış bir yatay thermogravimetry-diferansiyel termal Gravimetre (TG-DTA) oluşur. ECSA TG-MS sistemi için gerçek TG-MS kaplin mekanizması (yani, eşit bir göreli basınç) kantitatif analiz uygulamak için kullanarak tüm gelişmiş gazların fizik parametreleri belirler. Genel analiz süreci kalibrasyon, testin kendisiyle ve veri analizi (Şekil 2) içerir. Biz iki örnek deney mevcut: (1) ile sadece CaCO3 decomposition gelişti gaz CO2 ve hydromagnesite ayrışma ile gelişmiş gaz CO2 ve H2O, bir tek bileşenli sistemde ECSA değerlendirmek için ölçüm ve (2) inorganik gazlar CO, H2ve CO2ve organik gazlar CH4, C2H4, C2H6, C3H8, gelişmiş gazları ile kahverengi kömür pyrolysis termal C6H14, vbbir çok bileşenli sistemi ölçüm üzerinde ECSA değerlendirmek için. ECSA TG-MS sistemini temel alan teminatlarının termal reaksiyonlarda gelişmiş gaz miktarını belirleme için kapsamlı çözüm yöntemidir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu iletişim kuralı kolayca gelişmiş gazlar ve pyrolysis reaksiyonlar çalışmak için diğer ölçümler karşılamak için TG-MS sistem tarafından değiştirilmiş olabilir. Biliyoruz, biyokütle, kömür, pyrolysis üzerinden gelişmiş geçici veya diğer katı/sıvı yakıt her zaman sadece inorganik gazlar dahil değildir (Örneğin, CO, H2ve CO2) ama aynı zamanda organik olanlar (Örneğin, C2H4 , C6H5OH ve C7H<sub…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Yazarlar Ulusal Doğal Bilim Vakfı, Çin’den (Grant No. 51506199) finansal destek minnetle kabul etmiş oluyorsunuz.
Materials
| CaCO3 and Ca(OH)2 | Sinopharm Chemical Reagent | ||
| hydromagnesite | Bangko Coarea in Tibet | ||
| Zhundong coal | the coal field in the Mori Kazak Autonomous County, Junggar basin, Xinjiang province of China | ||
| ThermoMass Photo/H | Rigaku Corporation | ||
| The STA449F3 synchronous thermal analyzer and QMS403C quadrupole MS analyzer | NETZSCH |
Referenzen
- Li, R. B., Xia, H. D., Wei, K. . 15th International Conference on Clean Energy (ICCE-2017). , (2017).
- Zou, C., Ma, C., Zhao, J., Shi, R., Li, X. Characterization and non-isothermal kinetics of Shenmu bituminous coal devolatilization by TG-MS. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis. 127, 309-320 (2017).
- Jayaraman, K., Kok, M. V., Gokalp, I. Thermogravimetric and mass spectrometric (TG-MS) analysis and kinetics of coal-biomass blends. Renewable Energy. 101, 293-300 (2017).
- Tsugoshi, T., et al. Evolved gas analysis-mass spectrometry using skimmer interface and ion attachment mass spectrometry. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 80 (3), 787-789 (2005).
- JaenickeRossler, K., Leitner, G. TA-MS for high temperature materials. Thermochimica Acta. (1-2), 133-145 (1997).
- Fendt, A., Geissler, R., Streibel, T., Sklorz, M., Zimmermann, R. Hyphenation of two simultaneously employed soft photo ionization mass spectrometers with thermal analysis of biomass and biochar. Thermochimica Acta. , 155-163 (2013).
- Maciejewski, M., Baiker, A. Quantitative calibration of mass spectrometric signals measured in coupled TA-MS system. Thermochimica Acta. 295 (1-2), 95-105 (1997).
- Maciejewski, M., Muller, C. A., Tschan, R., Emmerich, W. D., Baiker, A. Novel pulse thermal analysis method and its potential for investigating gas-solid reactions. Thermochimica Acta. 295 (1-2), 167-182 (1997).
- Xia, H. D., Wei, K. Equivalent characteristic spectrum analysis in TG-MS system. Thermochimica Acta. 602, 15-21 (2015).
- Li, R. B., Chen, Q., Xia, H. D. Study on pyrolysis characteristics of pretreated high-sodium (Na) Zhundong coal by skimmer-type interfaced TG-DTA-EI/PI-MS system. Fuel Processing Technology. 170, 79-87 (2018).
- Li, C. Z. Some recent advances in the understanding of the pyrolysis and gasification behaviour of Victorian brown coal. Fuel. 86 (12-13), 1664-1683 (2007).
- Song, H. J., Liu, G. R., Zhang, J. Z., Wu, J. H. Pyrolysis characteristics and kinetics of low rank coals by TG-FTIR method. Fuel Processing Technology. 156, 454-460 (2017).
- Kashimura, N., Hayashi, J., Li, C. Z., Sathe, C., Chiba, T. Evidence of poly-condensed aromatic rings in a Victorian brown coal. Fuel. 83 (1), 97-107 (2004).
- Li, C. Z., Sathe, C., Kershaw, J. R., Pang, Y. Fates and roles of alkali and alkaline earth metals during the pyrolysis of a Victorian brown coal. Fuel. 79 (3-4), 427-438 (2000).
