LMI

Plateforme d’Analyse Thermique du LMI
Rodica CHIRIAC1*, François TOCHE1, Arnaud BRIOUDE1
1Laboratoire
des Multimatériaux et Interfaces (UMR CNRS 5615), Université Claude Bernard Lyon 1, Villeurbanne, France
Couplage ATG SDTA 851/Interface de stockage/GC-MS
TGA/DSC2 Mettler Toledo
Plateforme d’analyse thermique et calorimétrique du LMI
Responsable de la plateforme : Dr. Ing. CNRS Rodica CHIRIAC ([email protected])
Fonctionnement : prestations d’analyses / contrats de collaboration / activités de recherche ( partenaires industriels & universitaires)
Principales analyses : décomposition thermique des matériaux sous atmosphère contrôlée et/ou vitesse de chauffe contrôlée,
stabilité thermique, identification et évolution des effluents gazeux pendant la décomposition, détermination de Tg, Cp, ΔH…
Equipement :
2 Thermobalances Mettler Toledo (ATG/SDTA851 et TGA/DSC2) de 25 à 1600°C (Air, O2, N2, Ar, CO2…)
1 Thermobalance Setaram (ATG Setsys Evo TG-ATD) de 25 à 2400°C (Ar, N2, He)
DSC 1 METTLER-TOLEDO
Couplages ATG/Interface/GC-MS et ATG/µGC-MS pour analyse de gaz (COV, H2, O2, N2, CO, CO2…)
HP-DSC 827 METTLER-TOLEDO
BelSorp Mini-II de Microtrac
2 Calorimètres différentiels à balayage (DSC820 et DSC1) Mettler Toledo -150 à 700°C (Air, N2, Ar, CO2…)
DSC sous pression (P-DSC) Mettler Toledo -10 à 700°C (≤ 100 bars d’O2, N2, Air, CO2, H2…)
Nano-DSC CSC II, TA Instruments (-20  120 °C)
Calorimètre Calvet (C80) Setaram, avec cellule de retournement 25 à 300°C et cellule avec capteur de pression (≤ 350 bars)
Appareil d’analyse thermo-mécanique (TMA) Mettler Toledo 25 à 1100 °C (Air, N2), force 0 à 1 N
Appareil de sorption volumétrique BelSorp Mini II de Microtrac (mesure de surface spécifique et taille des pores)
Microscope thermo-optique Zeiss ( LTS 350 Linkam) -70  350°C
Domaines d’application :
Calorimètre CALVET C80
Microscope Thermo-optique
-Énergie/Environnement (stockage de l’hydrogène, biodiesel, biomasse ligno-cellulosique, capture CO2)
-Géologie/Planétologie
-Analyse des polymères
-Analyse d’hydrocarbures pétroliers
-Matériaux de construction
-Aciers spéciaux
-Produits cosmétiques
-Produits pharmaceutiques
Exemples d’études :
Thermolyse des boranes et borohydrures pour le stockage de l’hydrogène
Etude du comportement thermique des minéraux; la compréhension des phénomènes de thermo-réactivité liés à la présence d’eau
Détermination du comportement à basse température des gazoles, fuels domestiques, huiles de chauffe, bitumes, biodiesel
Etude des nanocomposites polymères/silices mésoporeuses utilisées comme résines dentaires
Etude de la décomposition thermique des nanofils de PVA et PVP en présence de sel de Fe
Stabilité à l’oxydation du biodiesel (température d’oxydation-OOT, temps d’induction-OIT)
Étude du cyclage thermique des revêtements nanocomposites
Détermination du coefficient de dilatation thermique/linéaire
Etude des interactions polymères/protéines par nano-DSC
Couplage ATG/µGC. Emissions de H2
pendant la décomposition thermique des
mélanges ammonia- borane/halogénures
de cobalt
Ammonia-borane.
Superposition de la courbe ATG
avec les courbes des gaz émis par
couplage ATG/µGC-MS
R. Chiriac, F. Toche et al. Ammonia borane decomposition
in the presence of cobalt halides. International Journal of
Hydrogen Energy 36 (2011) 12955-12964
Carbonatation Gaz–Solide des nanoparticules de portlandite, Ca(OH)2, en
conditions non-isothermiques. Le taux de carbonatation a été déterminé à
l’aide des courbes ATG. Les étapes de carbonatation ainsi que l’énergie
d’activation (Ea ≈ 6 kJ/mol) ont été calculées à partir des courbes DTG.
Second significant-carbonation step
TG
0,0004
Apparent
equilibrium
0,0003
^exo
1st Derivative (1/s)
beha
etic
l ki n
0,0001
Sigm
0,4
0,0002
oida
0,6
vior
First slight-carbonation step
Carbonation extent, 
0,8
20.05.2011 16:16:53
B7+BHT
0,2
Wg^-1
B7
0,0000
400
OOT for B7 (EMHV) with different AO
B7+TBHQ
50
Wg^-1
B7+EAP
B7
B7+BHT
Simultaneous carbonation and
expelling of produced water
Ca (OH ) 2 ( s )  CO2 ( g )  CaCO3( s )  H 2O( g )
600
800
100
90
80
5°C/min
70
1°C/min
60
0,4°C/min
50
-0,0001
1000
140
Temperature, T (K)
G. Montes-Hernandez, R. Chiriac, F. Toche, F. Renard. Gas–solid carbonation of Ca(OH)2 and CaO particles
under non-isothermal and isothermal conditions by using a thermogravimetric analyzer: Implications
for CO2 capture. International Journal of Greenhouse Gaz Control 11 (2012) 172-180.
110
110
DTG
Desorption of initial adsorbed water
and possibly slight carbonation
20.05.2011 16:28:56 ^exo
BT+EAP
B7+TBHQ
0,2
0,0
OIT_140C for B7 (EMHV) with different AO
Ajustement de paramètres de
MaxRes pour NaBO2 hydraté
(résolution optimale et temps
d’analyse minimal)
°C
120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 210 190 170 150 130 110 °C
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 min 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 min
LMI: Analyse Thermique
STARe SW 8.01 LMI: Analyse Thermique
STARe SW 8.01
R. Chiriac et al. Chapitre de livre : “Thermal analysis applied to the preparation of
complex-shaped ceramics derived from preceramic polymers”, dans : “Design, Processing
and Properties of Ceramic Materials from Preceramic Precursors”, de Samuel Bernard.
R. Chiriac, F. Toche, C. Brylinski. Chapitre de livre: “Biodiesel.
Characterization by DSC and P-DSC », dans: « Calorimetry and
Thermal Methods in Catalysis, » de Aline Auroux (sous presse)
0,1°C/min
40
80
120
160
200
240
Temperature (°C)
280
320
Perte de masse (%)
Heating rate = 10°K/min
Courbes ATG conventionnelles
enregistrées à différentes vitesses de
chauffe (5 ; 1 ; 0,4 et 0,1°C/min) pour
NaBO2 hydraté
Perte de masse (%)
(a) 1,0
Courbes P-DSC d’un biodiesel B7 avec différents
antioxydants dans des conditions isothermes (OIT temps d’induction et non-isothermes (OOT –
température OOT
onset
for B7 withd’oxydation)
different AO
Courbes TMA pour des polymères de type poly [B(methylamino)borazines] obtenus à différentes T°
de thermolyse (Force appliquée: 0,01N)
100
90
16,68 mg
16,82 mg
13,20 mg
0,1-1°C/min
0,1-2°C/min
0,1-2°C/min
0,51 : 0,17
0,51 : 0,17
1 : 0,33
10h
6h
4h
80
70
60
50
40
80
120
160
200
240
Temperature (°C)
R. Chiriac et al. Thermogravimétrie Haute Résolution (MaxRes) appliquée
à l’optimisation des rendements de l’hydrolyse du NaBH4
pour le stockage de l’hydrogène. Spectra Analyse 264 (2008) 41-43.
280
320