المنهج التجريبي الأصلي لتقييم النقل الاستقرار الوقود

يعد تحلل الوقود وتكون الرواسب من التحديات الرئيسية في تطوير الوقود والوقود الحيوي المستقبلي. يتيح هذا البروتوكول دراسة أكسدة الوقود تحت ظروف خاضعة للرقابة، ويمكن أن يكون مفيداً في تطوير تركيبات جديدة واستراتيجيات وقائية. كما يمكن أن تساعد هذه الطريقة في الإجابة على أسئلة جوهرية في مجال جودة الوقود، مثل كيفية تأثير تكوين الوقود وظروف التشغيل على آليات الأكسدة ونواتجها.

تتمثل الميزة الرئيسية لهذه التقنية في استخدام مفاعلات متاحة تجارياً، مقترنة بطرق تحليلية قوية لإجراء أكسدة محكومة ومراقبة تطور ناتج الأكسدة. ويمكن لهذه الطريقة أن توفر رؤية متعمقة حول آلية تحلل وقود الديزل والديزل الحيوي، وقد طُبقت بنجاح لدراسة قدرة تلك الوقود وزيوت التشحيم على الأكسدة. وقد يواجه الأشخاص المبتدئون في هذه الطريقة بعض الصعوبات نظراً لأن تفسير نتائج GCMS قد يكون تحدياً.

تؤدي عملية الأكسدة إلى تكوين منتجات متعددة، وقد يحتوي الكروماتوغرام على عدة قمم. لبدء هذا الإجراء، قم بإزالة الغبار أو الملوثات من أوعية التفاعل باستخدام الهواء المضغوط. املأ أوعية التفاعل في الكتلة A بسبعة ملليلتر من عينة وقود حديثة من methyl oleate باستخدام ماصة.

بعد ذلك، قم بتثبيت أنبوب الهواء على غطاء وعاء التفاعل، ثم ضعه على وعاء التفاعل. لتهيئة الاختبار، اضبط درجة حرارة نقطة التسخين للمجموعة A على 110 °C. ثم اضبط معدل تدفق الهواء الذي يتم تمريره عبر العينة على 10 liters per hour.

اضبط معايير الإيقاف إما على حد توصيل كهربائي قدره 400 microsiemens per centimeter، أو فترة تحريض يحددها البرنامج. بعد ذلك، أدخل اسم ومرجع كل عينة من عينات الكتلة A في البرنامج. انتقل إلى وضع أوعية التفاعل في كتلة التسخين A. ابدأ الاختبار بالضغط على زر البدء في واجهة مستخدم Reactor 1، وتحقق من عمل المفاعل من خلال ملاحظة فقاعات الهواء.

بمجرد انتهاء الاختبار، استخرج أوعية التفاعل من وحدة التسخين. وباستخدام ماصة، اسحب محتويات كل وعاء تفاعل بعناية، وانقل كل عينة مستخلصة إلى دورق زجاجي سعة 10 milliliter. ثم ضع الدوارق بشكل رأسي في الثلاجة.

حدد متوسط فترة الحث من العينات الأربع باستخدام طريقة تقاطع المماسات. كرر الخطوات السابقة باستخدام الكتلة B، مع تعديل معيار الإيقاف بتحديد وقت إنهاء يساوي أربعة أضعاف متوسط فترة الحث. بعد اكتمال الاختبار، استخرج وعاء التفاعل الأول يدويًا من كتلة التسخين عند 0.5 من فترة الحث.

وعاء التفاعل الثاني عند فترة الحث. ووعاء التفاعل الثالث عند ضعف فترة الحث. ووعاء التفاعل الرابع عند أربعة أضعاف فترة الحث.

ثم انقل محتويات كل وعاء تفاعل إلى دورق زجاجي سعة 10 milliliter. وبعد وضع ملصقات التعريف على كل عينة، ضعها بشكل رأسي في الثلاجة. ولتحديد قيمة TAN لـ methyl oleate، التي تم أخذ عينات منها في مراحل أكسدة متزايدة، اشطف أولاً جميع الأوعية والأجزاء الملامسة للعينة بماء فائق النقاء، يليه isopropanol.

ضع بعد ذلك جرامين من العينة في وعاء القياس. خفف العينة بـ 10 جرام من الإيزوبروبانول. الآن أدخل قطباً كهربائياً زجاجياً وأضف تدريجياً محلولاً من هيدروكسيد البوتاسيوم بتركيز 0.1 mols لكل لتر مخفف في الإيزوبروبانول حتى الوصول إلى نقطة التكافؤ.

قم بتسجيل قيمة الرقم الحمضي الكلي (TAN) للعينة بميليجرام من هيدروكسيد البوتاسيوم لكل جرام من الوقود. ولتحليل مادة أوليات الميثيل التي تم أخذ عينات منها في مراحل أكسدة متزايدة، قم بحقن 1 µL من العينة في جهاز GCMS مجهز بعمود FFAP باستخدام نسبة تقسيم تبلغ 1 إلى 75. ولتنفيذ دورة الأكسدة الأولى في المفاعل 2، اضبط درجة حرارة التسخين على 150 °C في البرنامج.

اضبط الضغط في خلية الاختبار على سبعة bar، ثم حدد معيار الإغلاق. قم بتجهيز خلية الاختبار عن طريق إزالة الغبار أو الملوثات باستخدام ورق مختبر مبلل بـ acetone. بعد استبدال حلقة الختم، املأ خلية الاختبار بخمسة milliliters من عينة الوقود باستخدام ماصة.

أغلق خلية الاختبار بغطاء لولبي يليه غطاء واقٍ مقفل. بعد ذلك، ابدأ الاختبار بالضغط على زر التشغيل في واجهة المستخدم لـ Reactor 2، وراقب منحنى فترة التحريض في البرنامج. بعد أن يتم تخفيف الضغط من الخلية تلقائيًا، افتح الغطاء الواقي المقفل والغطاء اللولبي.

لإجراء x من دورات الأكسدة المتتالية، كرر الخطوات السابقة للعدد المطلوب من المرات. وفي نهاية x من الاختبارات، انقل كل الوقود المؤكسد المتبقي في الخلية إلى دورق زجاجي سعة خمسة ملليلتر، ثم ضع الدورق الزجاجي بشكل رأسي في الثلاجة. نظف الخلية باستخدام ورق مختبري مبلل بالأسيتون.

لتحليل العينات الناتجة بواسطة FTIR-ATR، قم أولاً بتنظيف خلية الماس ATR باستخدام ورق مختبري مبلل بالإيثانول. بعد ذلك، اضبط الجهاز على 100 مسحة لبناء طيف FTIR، وثبّت الدقة عند 4 cm⁻¹، واضبط المدى الطيفي من 600 إلى 4,000 cm⁻¹. بعد إخراج عينة الوقود من الثلاجة، قم برجّها جيداً من أجل تجانس تركيب الوقود.

باستخدام الماصة، اسحب عينة بحجم 10 µL من الوقود من القارورة، وضع القطرة على خلية ATR ماسية أفقية في درجة حرارة الغرفة. وفي النهاية، ابدأ التحليل. وتشير نتائج تحليل TAN إلى أن تكوين الأنواع الحمضية يكون بطيئاً خلال عملية الأكسدة الأولية، ويصبح ملحوظاً في مراحل الأكسدة المتوسطة والمتقدمة.

هناك زيادة في شدة عدة قمم في كروماتوكرامات أوليات الميثيل من صفر IP إلى أربعة IP، وقد تشكلت بعض الأنواع التي لم تكن موجودة في البداية عند مستويات أكسدة متوسطة إلى عالية بشدات متزايدة. يتم إنتاج ميثيل 6-هبتينوات خلال عملية الأكسدة. بالإضافة إلى ذلك، تتشكل عدة جزيئات قصيرة السلسلة من خلال الانشطار الجزيئي.

تتكون الألدهيدات وإسترات الميثيل من خلال تفاعل الأكسجين الجزيئي مع جذور الكحول أو الهيدروبيروكسيدات. يتغير لون الوقود أثناء الأكسدة من الشفاف إلى المصفر، ثم البني، وذلك نتيجة لتكون مركبات قطبية. ويزداد الوزن الجزيئي لهذه النواتج بالتوازي مع مستوى الأكسدة.

تظهر عينات B0 المؤكسدة تكون طور لزج داكن يتكون من نواتج قطبية ذات وزن جزيئي مرتفع. تزداد ذروة الكربونيل في أطياف FTIR لعينات B0 مع زيادة مستوى الأكسدة، وتُعزى إلى الألدهيدات والكيتونات والأحماض. وتظهر الذروة في المنطقة R3 تكون مجموعات الهيدروكسيل، مما يشير إلى وجود الكحوليات والأحماض.

بمجرد إتقان هذه التقنية، يمكن تنفيذها في غضون ساعات قليلة، وذلك وفقاً لطبيعة الوقود، وقابليته للتفاعل، وظروف الاختبار، وهي مدة أقل من اختبارات التخزين القياسية التي تُجرى على مدار عدة أشهر، وتعد أقصر طريقة للحصول على معلومات حول آلية الأكسدة. عند محاولة تطبيق هذا الإجراء، من المهم تذكر تخزين العينة المؤكسدة في الظروف المناسبة، والتأكد من أن الحجم الذي تم تحليله باستخدام مطيافية الأشعة تحت الحمراء، أو GC، أو TAN هو حجم متجانس وممثل لتلك العينة المؤكسدة. يمكن تطبيق طرق أخرى لفهم خصائص الرواسب، مثل التحليل الحراري الوزني، الذي يوضح نواتج ذات أوزان جزيئية متنوعة.

كذلك يتم استخدام المجهر الإلكتروني الماسح، الذي يوفر معلومات حول المورفولوجيا والتركيب الكيميائي للرواسب. وتسمح هذه المعلومات بالتحقق من صحة الاتجاهات المقاسة التي تم الحصول عليها باستخدام FTIR وGCMS. بعد مشاهدة هذا الفيديو، يجب أن تكتسب فهماً جيداً لكيفية إجراء عملية الأكسدة المتسارعة للوقود وكيفية تحليل العينات باستخدام مطيافية الأشعة تحت الحمراء، وGCMS، وTAN، لتحديد نواتج الأكسدة.

لا تنسَ أن العمل مع الوقود في المذيبات يمكن أن يكون خطيراً للغاية، ويجب دائماً اتخاذ الاحتياطات اللازمة مثل استخدام معدات الوقاية، بما في ذلك القفازات، ومعاطف المختبر، والنظارات الواقية، عند تنفيذ هذا الإجراء.