Введение – Калориметры с ускорением скорости

Типичные термические анализаторы, такие как адиабатический калориметр ускорения (ARC), дифференциальный сканирующий калориметр и термогравиметрический анализатор, широко использовались для изучения термического разложения химических веществ. Типичные термические анализаторы, такие как дифференциальный сканирующий калориметр (DSC) и термогравиметрический анализатор (TGA), широко использовались для изучения процесса термически индуцированного саморазложения химических веществ, для получения данных о теплоте разложения и кинетике разложения. Однако эти приборы сталкиваются с той же проблемой в особом сценарии применения: для образцов, которые подвержены гигроскопическим реакциям (например, металлоорганические комплексы, акрилаты и т. д.) или окислительной деградации (например, материалы катода и отрицательного электрода литиевой батареи, фенолы и т. д.) при воздействии воздуха, трудно строго избегать контакта образцов с воздухом во время подготовки и загрузки образцов, если только прибор и вспомогательное оборудование не помещены в перчаточный бокс, а частичная денатурация образцов приведет к тому, что результаты испытаний будут обратно пропорциональны воздуху. Частичная денатурация приведет к снижению точности и достоверности результатов испытаний.

В этой статье мы в полной мере используем структуру калориметра ускоренной скорости (TAC-500A) для изучения процесса термического разложения аминотитанового вещества, которое легко гидролизуется при поглощении влаги, в атмосфере азота и воздуха соответственно, разработав специальный способ загрузки образцов. Сравнивая кривые термического разложения в двух условиях, доказано, что начальная температура разложения образца в атмосфере инертного газа ниже, а экзотермическая скорость и теплота разложения выше, в то время как экзотермические характеристики разложения образца в атмосфере воздуха, очевидно, ослаблены. Результаты показывают, что метод может эффективно изолировать помехи воздуха на образцах, что может обеспечить строгий и эффективный способ изучения характеристик саморазложения таких специальных образцов.

Условия эксперимента

• Образец: В исследовании в качестве исследуемого образца использовались аминотитановые реагенты.
• Прибор: калориметр ускорения Zeal Instruments (TAC-500A);
• Режим контроля температуры: Нагрев-Ожидание-Поиск (HWS);
• Тип держателя образца: сплав Хастеллой;
• Начальная температура: 50°C;
• Целевая температура: 450°C;
• Скорость изменения температуры: 5°C/мин;
• Шаг интервала: 10°C;
• Порог обнаружения повышения температуры: 0,02°C.

Экспериментальная процедура

Эксперимент с азотной атмосферой

• Взвесьте 0,6 г образца и загрузите его в калориметрическую бомбу. Полностью запечатайте бомбу с помощью герметичной трубки на порте ввода образца в азотном перчаточном боксе;
• Вставьте термопару в глухое отверстие калориметрической бомбы и пропустите сборку через слой керамического волокна изоляции со стороны дна крышки печи;
• Подключите сборку к четырехходовому клапану, закройте крышку прибора, установите экспериментальные параметры и начните эксперимент.

Эксперимент с атмосферой воздуха

• Загрузку образца проводить традиционным способом вне перчаточного бокса. Количество образца остается 0,6 г.

Экспериментальные результаты

Рис. 1. Кривые зависимости температуры образца от времени в атмосфере азота (а) и воздуха (б)

Кривые температуры-времени в азотной и воздушной атмосферах, как показано на рисунке 1, демонстрируют четкие закономерности. В азотной атмосфере различимы три экзотермических интервала по сравнению с двумя в воздушной атмосфере. Примечательно, что экзотермические пики более выражены в азоте, что указывает на возможное поглощение влаги образцом и его деградацию на воздухе.

Рис. 2 Кривые зависимости скорости подъема температуры образца от температуры в атмосфере азота (а) и воздуха (б)

Кривые зависимости скорости подъема температуры от температуры в интервалах адиабатического нагрева, представленные на рисунке 2, показывают существенные различия между азотной и воздушной атмосферами. Максимальная скорость подъема температуры достигает 0,7°C/мин в азотной среде по сравнению с не превышающей 0,3°C/мин в воздушной среде, что указывает на снижение скорости реакции, возможно, из-за деградации образца.

Сравнительные адиабатические данные между азотной и воздушной атмосферами (таблица 1) показывают постоянные температуры Тонсета для второй и третьей экзотермических стадий, но значительное снижение ΔTad на воздухе, что свидетельствует об уменьшении участия разлагающихся веществ из-за деградации образца.

Таблица 1 Сравнение адиабатических данных для образцов азотной и воздушной атмосферы

Заключение

В заключение, адиабатический калориметр ускорения, представленный TAC-500A от Zeal Instruments, представляет собой вершину в области приборов термического анализа. Благодаря точному контролю экспериментальных параметров и адиабатических условий TAC-500A облегчает глубокое исследование термической динамики химических реакций. Его универсальность и точность делают его бесценным активом в различных отраслях промышленности, позволяя исследователям разгадывать сложные явления и продвигать инновации вперед.