Kwantitatieve analyse door thermogravimetrie-Mass Spectrum analyse voor reacties met vrijkomende gassen

Engineering

Your institution must subscribe to JoVE's Engineering section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

 

Summary

Nauwkeurige bepaling van het debiet van de vrijkomende gassen is de sleutel tot het bestuderen van de details van de reacties. Wij bieden een nieuwe kwantitatieve analyse analysemethode gelijkwaardig karakteristiek spectrum voor thermogravimetrie-mass spectrum analyse door het opzetten van het systeem van de kalibratie van de karakteristiek spectrum en relatieve gevoeligheid, voor het verkrijgen van de debiet.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations

Li, R., Huang, Q., Wei, K., Xia, H. Quantitative Analysis by Thermogravimetry-Mass Spectrum Analysis for Reactions with Evolved Gases. J. Vis. Exp. (140), e58233, doi:10.3791/58233 (2018).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

Tijdens de energieomzetting, materiële productie en processen van de metallurgie hebben reacties vaak de kenmerken van onbestendig, multistep en multi tussenproducten. Thermogravimetrie-mass spectrum (TG-MS) wordt gezien als een krachtig hulpmiddel om te studeren reactie functies. Echter zijn reactie details en reactie mechanica niet effectief verkregen rechtstreeks vanuit de ion stroom van TG-MS. Hier, bieden we een methode van een gelijkwaardige karakteristiek spectrum analyse (ECSA) voor het analyseren van de massaspectrum en geven de massastroom van reactie gassen zo nauwkeurig mogelijk. De ECSA kan effectief scheiden overlappende ion pieken en verwijder vervolgens de massale discriminatie en temperatuur-afhankelijke effect. Twee voorbeeld experimenten worden gepresenteerd: (1) de ontleding van CaCO3 met vrijkomende gas van CO2 en de ontleding van Hydromagnesiet met geëvolueerd gas van CO2 en H2O, om te evalueren van de ECSA op één-componenten systeem meting en (2) de thermische pyrolyse van Zhundong steenkool met vrijkomende gassen van CO2en organische gassen C2H4, C2H6, C3H8, C6H14, anorganische gassen CO en H2 , etc., om te evalueren van de ECSA op multi-component systeem meting. Gebaseerd op de succesvolle ijking van het karakteristiek spectrum en relatieve gevoeligheid van specifieke gas en de ECSA op massaspectrum, we laten zien dat de ECSA nauwkeurig de massastroom tarieven van elke vrijkomende gas geeft, met inbegrip van organische of anorganische gassen, voor niet alleen één maar multi-component reacties, die niet kan worden uitgevoerd door de traditionele metingen.

Introduction

Inzicht in de diepte de echte kenmerken van een reactie proces is een cruciale kwestie voor de ontwikkeling van geavanceerde materialen en de oprichting van een nieuwe energie conversie systeem of metallurgie productie proces1. Bijna alle reacties onder wankele voorwaarden worden verricht, en omdat hun parameters, met inbegrip van de concentratie en de stroomsnelheid van reagentia en producten, altijd met de temperatuur of druk veranderen, het is moeilijk om duidelijk karakteriseren de reactie functie door slechts één parameter, bijvoorbeeld door de vergelijking van Arrhenius. De concentratie betekent in feite alleen de relatie tussen het component en het mengsel. Echte reactie gedrag kan niet worden beïnvloed, hoewel de concentratie van een component in een ingewikkeld reactie is aangepast voor een groot deel omdat de andere componenten een sterkere invloed daarop wellicht. Integendeel, het debiet van elk onderdeel, als een absolute hoeveelheid, overtuigende informatie om te begrijpen van de kenmerken van de reacties, kan geven vooral erg ingewikkeld zijn.

Op dit moment is de TG-MS koppeling systeem voorzien van de elektron ionisatie (EI) techniek gebruikt als een bekende tool voor het analyseren van de kenmerken van de reacties met vrijkomende gassen2,3,4. Echter eerst moet opgemerkt worden dat de ion huidige (IC) verkregen uit een MS-systeem het moeilijk maakt om rechtstreeks weerspiegelen de stroomsnelheid of de concentratie van het vrijkomende gas. De massale IC overlapping, fragment, ernstige massale discriminatie en effect van de diffusie van gassen in de oven van een thermogravimeter kunnen sterk belemmeren de kwantitatieve analyse van TG-MS5. Ten tweede, EI is de meest voorkomende en gemakkelijk beschikbaar sterke ionisatie techniek. Een systeem van de MS uitgerust met EI gemakkelijk leidt tot fragmenten en weerspiegelt niet vaak rechtstreeks sommige organische gassen met een groter moleculair gewicht. Daarom geëvolueerd MS systemen met verschillende zachte ionisatie technieken (bijvoorbeeld, photoionization [PI]) zijn gelijktijdig moeten worden afgebroken tot een thermobalance en toegepast op gas analyse6. Ten derde, de intensiteit van de IC op sommige massa-naar-charge ratio's (m/z) kan niet worden gebruikt om te bepalen van de dynamische karakteristiek van elk gas reactie, omdat het vaak wordt beïnvloed door de andere ICs voor een complexe reactie met meervoudige geëvolueerd gassen. Bijvoorbeeld, de daling van de IC-curve van een specifieke gas geeft niet noodzakelijkerwijs aan een afname van haar debiet of concentratie; in plaats daarvan, misschien het is beïnvloed door de andere gassen in het complexe systeem. Het is dus belangrijk om rekening te houden met alle gassen ICs, zeker met een draaggas en inert gas.

In feite, hangt kwantitatieve analyse gebaseerd op massaspectrum sterk af van de bepaling van de kalibratiefactor en relatieve gevoeligheid van het TG-MS systeem. Maciejewski en Baiker7 onderzocht in een thermische analyzer-massa spectrometer (TA-MS) systeem, waarin de TA is verbonden door een verwarmde capillair aan een vierpolige MS, het effect van experimentele parameters, de concentratie van gassen soorten, waaronder temperatuur, debiet en eigenschappen van het dragergas, op de gevoeligheid van de massaspectrometrische analyse. De vrijkomende gassen waren gekalibreerd door de ontleding van de vaste stoffen via een bekende, stoichiometrische reactie en injecteren van een bepaalde hoeveelheid gas in de gasstroom vervoerder met een constante snelheid. De experimentele resultaten tonen aan dat er een negatieve lineaire correlatie van de MS signaal intensiteit van vrijkomende gas aan die van de vervoerder gasstroom en de vrijkomende gas MS intensiteit wordt niet beïnvloed door de temperatuur en de hoeveelheid geanalyseerde gas. Verder, op basis van de kalibratie-methode, Maciejewski et al. 8 de uitvinder van de pols thermische analyse (PTA) methode, die een mogelijkheid om te bepalen van de stroomsnelheid biedt door de veranderingen van de massa, enthalpie gelijktijdig te volgen, gas samenstelling uit de reactie cursus resulteerde. Het is echter nog steeds moeilijk om overtuigende informatie over de ingewikkelde reactie (b.v., kolen verbranding/vergassing) met behulp van de traditionele TG-MS-analyse of het PTA methoden.

Wij ontwikkeld om te overwinnen van de moeilijkheden en de nadelen van de traditionele meet- en analysemethode voor het systeem van de TG-MS, de kwantitatieve analysemethode van ECSA9. Het fundamentele beginsel van ECSA is gebaseerd op het koppelmechanisme TG-MS. De ECSA kan rekening worden gehouden met alle gassen ICs, inclusief de reactie gassen, vervoerder gassen en inerte gassen. Na het bouwen van de kalibratiefactor en relatieve gevoeligheid van sommige gas, kan het echte massa of molaire debiet van elk onderdeel worden bepaald door de berekening van de IC-matrix (dat wil zeggen, de massaspectrum van TG-MS). Vergeleken met de andere methoden, kan ECSA voor het systeem van de TG-MS effectief scheiden het overlappende spectrum en elimineren de massale discriminatie en het effect van de temperatuur-afhankelijke van TG. De gegevens geproduceerd door de ECSA hebben bewezen betrouwbaar via een vergelijking tussen de massastroom van vrijkomende gas en massa verliesgegevens door differentiële thermogravimetrie (DTG). In deze studie gebruikten we een geavanceerde TG-DTA-EI/PI-MS instrument10 te voeren van de experimenten (Figuur 1). Dit instrument bestaat uit een cilindrische vierpolige MS en een horizontale thermogravimetrie-differential thermal analyzer (TG-DTA) uitgerust met zowel PI als EI-modus, en een skimmer-interface. ECSA voor de TG-MS systeem bepaalt de parameters van de fysica van alle vrijkomende gassen door gebruik te maken van de werkelijke TG-MS koppelmechanisme (dat wil zeggen, een gelijke relatieve druk) uit te voeren van de kwantitatieve analyse. De algemene analyseproces omvat een kalibratie, de test zelf en data analyse (Figuur 2). Presenteren we twee voorbeeld experimenten: (1) de ontleding van CaCO3 met enige geëvolueerd gas van CO2 en de ontleding van Hydromagnesiet met vrijkomende gas van CO2 en H2O, om te evalueren van de ECSA op een één-component systeem meting en (2) de thermische pyrolyse van bruinkool met vrijkomende gassen van anorganische gassen CO, H2, en CO2, en organische gassen CH4, C2H4, C2H6C3H8, C6H14, etc., om te evalueren van de ECSA op een meting multi-component systeem. ECSA gebaseerd op het systeem van de TG-MS is een totaaloplossing methode voor de bepaling van de hoeveelheid vrijkomende gas in thermische reacties kwantitatief.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. kalibratie van de ECSA voor het systeem van de TG-MS

  1. Kalibratie van het karakteristiek spectrum
    1. Voorbereiden van de vrijkomende gassen van CO2, H2O, CH4, hij, etc. worden gekalibreerd, moduleren van de gasdruk op 0,15 MPa.
    2. De gasfles verbinden met het systeem van de TG-MS door roestvast stalen buis en wissen van de individuele gas in het systeem van de TG-MS met een debiet van 100 mL/min.
    3. Toezicht op de massaspectrum van het individuele gas. Zorgvuldig kijken en vergelijken de karakteristieke piek van gassen worden gekalibreerd en de mogelijke onzuiverheid gassen in de massaspectrum door TG-MS te bevestigen van de soorten en de zuiverheidsgraad van de gassen.
      Opmerking: De bovengenoemde gassen kunnen worden gekocht rechtstreeks in gasflessen of ontleed van enkele testen monsters (tenzij hij). Hij wordt gebruikt als draaggas in zowel de kalibratie en de proef.
      Let op: Voor sommige stoffen die schadelijk voor de TG of MS zijn, het dragergas moet worden gebruikt.
  2. Kalibratie van de relatieve gevoeligheid
    1. Leegmaken van de referentie-gas hij met een debiet van 300 mL/min in het systeem van de TG-MS voor 20 min om het systeem schoon te maken.
    2. Purge synchroon een soort geijkte gas, zoals CO2 of H2O en de verwijzing gas hij in het systeem van de TG-MS met een debiet van 100 mL/min.
    3. Bereken de relatieve gevoeligheid van elk gas volgens het bekende debiet en de massaspectrum (vergelijking 1).
      Equation 1
      Hier,
      Equation 2= relatieve gevoeligheid van het k -gas aan het referentie-gas
      Equation 3= het gegeven debiet van de referentie-gas
      Equation 4= het gegeven debiet van het k -gas
      Equation 5= de huidige voor de k -gas door MS, vastberaden ion en
      Equation 6= de huidige voor referentie gas vastberaden ion.
      Opmerking: Het debiet van het gas gekalibreerd en verwijzing moeten worden van tevoren bekend.

2. testproces van ECSA voor het systeem van de TG-MS

  1. Bereiding van de monsters voor de test gebruikt
    1. Voorbereiding van de monsters van CaCO3 en Hydromagnesiet
      1. Het verzamelen van monsters van de 10-g van CaCO3 met een gemiddelde diameter van 15 µm.
      2. 10 g van een witte blok van Hydromagnesiet te verzamelen, breken in stukken van < 3 mm in grootte en slijpen van de stukken met een machine-geroerd molen tot ongeveer 10 µm.
      3. Drogen van alle monsters gedurende 24 uur in de oven bij een temperatuur van 105 ° C.
        Opmerking: De bovenstaande stappen kunnen worden geïmplementeerd in parallel.
    2. Bereiding van de monsters van Zhundong kolen
      1. Verzamel 20 g van Zhundong kolen uit het bekken gelegen aan de Mori Kazak autonome provincie, de provincie Xinjiang in China.
      2. Droog de kolen in de oven bij een temperatuur van 105 ° C gedurende 24 uur om te elimineren elke uitwendige vochtigheid.
      3. Doorbreken en de kolen op de grond in een molen te verkrijgen van een deeltje groottewaaier van 180-355 m.
  2. Test van de thermische reacties
    1. De TG-MS systeem met het dragergas purge hij voor 2 h tot uitzetting van de lucht en vocht. Ondertussen Verwarm het instrument tot ongeveer 500 ° C en vervolgens afkoelen tot kamertemperatuur.
      Opmerking: Het gas hij werd gebruikt als draaggas voor alle tests.
    2. Bewaken van de atmosfeer met behulp van MS in de eerste 20 min, zorgvuldig kijken en vergelijken de karakteristieke piek van CO2, hij en de onzuiverheid gassen van O-2, N-2en H2O in de massaspectrum, garanderen de laagste de inhoud van de lucht en vocht, niet van invloed op de experimentele metingen.
    3. Wegen van een steekproef van 10 mg met behulp van de precisie elektronische evenwicht en zet het monster in een Al2O3 Kroes.
    4. Zet de Al2O3 kroes met het monster in de TG en sluit de oven.
    5. De operationele parameters instellen. (1) voor de CaCO3 test, beginnen de temperatuur bij 20 ° C en warmte tot 550 ° C met een opwarmsnelheid van 10 K/min; vervolgens de modulerende temperatuur program, verhit tot 800 ° C met afwisselende verwarming tarieven van 10 K/min en 20 K/min. (2) voor de Hydromagnesiet en kolen test, start de temperatuur bij 20 ° C en gebruiken voor een opwarmsnelheid van 10 K/min, een hold-tijd van 15 min , een stoppen-temperatuur van 1000 ° C en een gasstroom van 20 mL/min; Houd een m/z-bereik van 2-200 voor modus EI en 10-410 voor PI-modus.
      Opmerking: Modus PI werd gebruikt voor het identificeren van de organische gassen, voornamelijk gebruikt voor de test van Zhundong kolen pyrolyse in deze studie.

3. kwalitatieve en kwantitatieve analyse

  1. De gegevens van de 3D-massaspectrum opgenomen door de computer verbonden met het instrument van de TG-MS krijgen.
  2. Bereken de werkelijke parameters, met inbegrip van de massastroom en de concentratie van elke vrijkomende gas, met behulp van de methode van de ECSA, gebaseerd op de vastberaden gekalibreerde karakteristieke piek (stap 2.1) en de relatieve gevoeligheid (stap 2.2).
  3. Het analyseren van de thermische reactie volgens de daadwerkelijke parameters9.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

De thermische ontleding van CaCO3 is een relatief eenvoudige reactie, die werd gebruikt om aan te tonen van de toepasbaarheid van de methode van de ECSA. Na het kalibreren van de karakteristieke piek- en relatieve gevoeligheid van CO2 bij draaggas hij, de werkelijke massastroom van CO2 geëvolueerd door de thermische ontleding van CaCO3 werd berekend door de ECSA methode en werd vergeleken met de werkelijke massa verlies (Figuur 3). Het is aangetoond dat er een grote overeenstemming tussen de massastroom van CO2 berekend door de ECSA en de gegevens van de massa verlies door DTG tijdens de gehele meting. De relatieve fout van massastroom van vrijkomende gas aan die van de DTG is beduidend lager, zoals aangegeven door de blauwe en gele lijnen in Figuur 4. Ook was het proces van de thermische ontleding van Hydromagnesiet geanalyseerd door de ECSA en de kalibratiegegevens van CO2 en H2O (Figuur 4). De vervoerder gasstroom werd gekozen als 100 mL/min en de opwarmsnelheid werd vastgesteld op 5, 10, 15 en 20 K/min. De berekende resultaten waren ook in goede overeenkomst met de experimentele gegevens van TG/DTG.

Te verder tonen de kwalitatieve analyse van organische gassen en het vermogen van de ECSA kwantitatief bepalen het debiet van een ingewikkeld reactie-systeem, was de pyrolyse van Zhundong kolen10uitgevoerd. Het combineren van zowel de PI en EI meting modi, 16 soorten vluchtige gassen, waaronder H2CH4, H2O, CO, CO2, C2H4 (etheen), C3H6 (propeen), C4H8 (butyleen), C 5 H10 (penteen), C6H10 (hexadiene), C7H8 (tolueen), C6H6O (fenol), C8H10 (ethylbenzeen), C7H8O (anisol), C9 H12 (propyl benzeen), en C10H14 (butylbenzene), waren duidelijk geïdentificeerd (Figuur 5). Na een gedetailleerde bepaling van massaspectrum en gevoeligheid van elk gas naar het dragergas, kan de massastroom van elk gas worden berekend. Rechtlijnig, kan het huidige uit de massaspectrum-ion worden gebruikt om te vergelijken op basis van dezelfde operationele parameters (Figuur 6).

Figure 1
Figuur 1: Schematisch diagram van het systeem van de TG-DTA-EI/PI-MS uitgerust met de EI en PI apparaten en skimmer-achtige interface. Dit systeem van TG-DTA-EI/PI-MS bestaat voornamelijk uit een cilindrische vierpolige MS en een horizontale thermogravimetrie-differential thermal analyzer (TG-DTA) voorzien zowel het EI en de PI apparaten. De MS en TG-DTA zijn verbonden door de skimmer-interface. Dit cijfer is gewijzigd van Li et al. 10. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 2
Figuur 2: schema van het proces van ECSA voor het testen van de thermische reacties. De algemene analyseproces kan worden verdeeld in drie delen die kalibratie, test en data analyse zijn. Het kalibratie deel eerst geeft de informatie van het karakteristiek spectrum en relatieve gevoeligheid van elk gas in de reactie; deze informatie wordt gebruikt voor de verdere berekening van de natuurkunde-parameters, zoals het debiet, na de test. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 3
Figuur 3: Vergelijking van de massastroom van vrijkomende gas met de massa verlies van DTG voor de thermische ontleding van CaCO3. Een vergelijking in massa verlies tussen de resultaten van de berekening van de ECSA en de meetresultaten van de DTG werd gebruikt voor het valideren van de betrouwbaarheid van de ECSA-methode. Het is aangetoond dat er een goed akkoord tussen de berekening door de ECSA en de metingen door DTG, en de relatieve fout van massastroom van CO2 met die van de DTG aanzienlijk lager is. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 4
Figuur 4: het proces van de thermische ontleding van Hydromagnesiet. Deze panelen tonen (een) een 3-D massaspectrum grafiek uitgezet tegen temperatuur en m/z, (b) massa spuitsnelheid van CO2 berekend door de ECSA met een verwarming snelheid van 5, 10, 15 en 20 K/min, (c) de massastroom H2O berekend door de ECSA op een Verwarming tarief van 5, 10, 15, 20 K/min, en (d) een vergelijking tussen ECSA gebaseerde debiet en experimentele TG/DTG gegevens. Hier, de vervoerder gasstroom werd gekozen als 100 mL/min. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 5
Figuur 5: 3D-massaspectrum grafiek van de ruwe steenkool met de temperatuur en de m/z in modi van EI en PI. (een) het EI-modus werd voornamelijk gebruikt voor het identificeren van anorganische gassen zoals CO2 en H2O, terwijl (b) de PI-modus werd voornamelijk gedaan ter identificatie van organische gassen zoals C6H6 en C7H8. Een gezamenlijk gebruik van EI en PI biedt een uitgebreide informatie voor de pyrolyse van steenkool. Dit cijfer is gewijzigd van Li et al. 10. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 6
Figuur 6: Massa ion curven van CH4 en C6H6O geëvolueerd van het monster van het ruwe steenkool en de pretreated Zhundong kolen monsters. Één soort anorganische gas, (een) CH-4en een organische gas, (b) C6H6O, werden gekozen om te worden vertegenwoordigd in de massale ion bochten toe voor het interpreteren van de functie van ECSA op een kwantitatieve analyse van de kenmerken van pyrolyse van verschillende voorbehandeld kolen. Hier is de pretreated methode omvat de H2O-gewassen kolen en kolen HCl-gewassen. Dit cijfer is gewijzigd van Li et al. 10. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Dit protocol kan eenvoudig worden aangepast zodat andere metingen voor de studie van vrijkomende gassen en pyrolyse reacties door een systeem van TG-MS. Zoals we, de vrijkomende vluchtige uit de pyrolyse van biomassa, kolen weten, of andere solid/vloeibare brandstof niet altijd alleen de anorganische gassen omvat (bijvoorbeeld, CO, H2en CO2) maar ook de biologische degenen (bijvoorbeeld, C2H4 , C6H5OH en C7H8). Bovendien, massale fragmenten zou voortvloeien uit de organische gassen en secundaire reacties zou optreden tijdens pyrolyse11. Hoewel verschillende conventionele meetmethoden, zoals de normale TG-MS koppeling systeem, Fourier transform infrarood (FTIR) spectrometrie12, krachtige vloeibare chromatografie (HPLC)13en absorptie van UV-vis en fluorescentie spectroscopies14, hebben gewerkt voor de karakterisatie van de vluchtige gassen en tar, er zijn nog enkele problemen worden opgelost, met inbegrip van de minimalisering van de secundaire reacties, het tegengaan van de recondensation van geëvolueerd vluchtige gassen tijdens de metingen, en de vermindering van buitensporige fragmenten. ECSA ontwikkeld gebaseerd op een TG-DTA-EI/PI-MS systeem kan worden gebruikt om de kenmerken van het pyrolyse van real-time, in situ meting nauwkeurig te onderzoeken. Vanwege de fundamentality, toepasbaarheid en algemeenheid van de ECSA kunnen de kwantitatieve analyse voor massale vluchtige gassen van pyrolyse gemakkelijk uitgevoerd9.

Dit moet worden beschouwd dat ECSA gebaseerd op het systeem van de TG-MS een krachtig hulpmiddel is voor het analyseren van de reactie thermische processen met vrijkomende gassen voor niet alleen het eenvoudige systeem, maar ook voor de ingewikkelde. Een belangrijke stap om de ECSA methode is om te bouwen met succes de kalibratiefactor en de relatieve gevoeligheid van de vereiste gassen. Ook moet opgemerkt worden dat de testen voorwaarden van MS moeten dezelfde (of vergelijkbaar) als die voor kalibratie. In het bijzonder het gas van de referentie voor het kalibreren van de relatieve gevoeligheid moet hetzelfde zijn als het gas van de referentie voor het testproces en het nooit met de vrijkomende gassen moet reageren. In deze studie wordt helium gekozen als het referentie-gas om te analyseren van CO2 en H2O in de meting. Wij zijn verder van mening dat de ECSA kan worden gebruikt voor het karakteriseren van de elementaire reacties als de kalibratiefactor en relatieve gevoeligheid van de reactanten of producten in de elementaire reacties zijn met succes gebouwd. Aan de andere kant, aangezien de ECSA de massaspectrum van alle vrijkomende gassen in de spectra van verschillende componenten scheidt, moet de matrix gebouwd door de stroom van de ion van verschillende vrijkomende gassen worden opgelost voordat de kwantitatieve resultaten worden verkregen. De matrix kan worden verwacht dat groot zijn, moet er een grote hoeveelheid vrijkomende gas soorten. Matrix oplossing is daarom ook de sleutel tot de uitvoering van de ECSA.

Tot slot, ECSA heeft veel meer voordelen dan de traditionele TG-MS analysemethoden. De belangrijkste is dat de ECSA de exacte kwantitatieve informatie (dat wil zeggen, de stroomsnelheid, de concentratie en de gedeeltelijke druk) voor alle gassen bieden kan. Een ander voordeel is dat, aangezien de ECSA behandelt met de IC van massaspectrum vanaf het punt kenmerken (dat wil zeggen, de gelijke relatieve druk tussen TG en MS), het radicaal elimineert de massale discriminatie van MS te koppelen en de temperatuur-afhankelijke effect van TG. En verder, het probleem van vertraging tijdens de meting van de reacties met vrijkomende gassen (vooral vaste deeltjes reacties) kan ook worden effectief opgelost door het variëren van de stroomsnelheid van het dragergas en de temperatuur van TG. Echter, als gevolg van de MS, de ECSA kan niet worden gebruikt om te bepalen van reacties zonder vrijkomende gassen, en er is nog steeds moeite in de omgang met de elementaire reacties. Aangezien alle reacties een verandering van warmte begeleiden, ontwikkelen wij een nieuwe methode om de verandering van de warmte in de ECSA kwantitatieve informatie opgeven voor reacties zonder vrijkomende gassen maar met warmte verandering correleren.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

De auteurs hebben niets te onthullen.

Acknowledgments

De auteurs mijn dankbaarheid uitspreken voor de financiële steun van de nationale Natural Science Foundation van China (Grant nr. 51506199).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Li, R. B., Xia, H. D., Wei, K. 15th International Conference on Clean Energy (ICCE-2017). Xi'an, China. (2017).
  2. 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).
  3. 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).
  4. 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).
  5. JaenickeRossler, K., Leitner, G. TA-MS for high temperature materials. Thermochimica Acta. (1-2), 133-145 (1997).
  6. 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).
  7. Maciejewski, M., Baiker, A. Quantitative calibration of mass spectrometric signals measured in coupled TA-MS system. Thermochimica Acta. 295, (1-2), 95-105 (1997).
  8. 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).
  9. Xia, H. D., Wei, K. Equivalent characteristic spectrum analysis in TG-MS system. Thermochimica Acta. 602, 15-21 (2015).
  10. 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).
  11. 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).
  12. 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).
  13. 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).
  14. 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).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics