Ursprünglicher experimenteller Ansatz zur Beurteilung Transport Kraftstoff Stabilität

Kraftstoffabbau und Ablagerungsbildung sind zentrale Herausforderungen für die Entwicklung zukünftiger Kraftstoffe und Biokraftstoffe. Dieses Protokoll ermöglicht es, die Oxidation von Kraftstoffen unter kontrollierten Bedingungen zu untersuchen, und kann nützlich sein, um neue Formulierungen und vorbeugende Strategien zu entwickeln. Diese Methode kann helfen, wichtige Fragen im Bereich der Kraftstoffqualität zu beantworten, beispielsweise wie die Kraftstoffzusammensetzung und die Betriebsbedingungen die Oxidationsmechanismen und -produkte beeinflussen.

Der Hauptvorteil dieser Technik liegt in der Verwendung kommerziell erhältlicher Reaktoren, die mit leistungsstarken analytischen Methoden gekoppelt sind, um eine kontrollierte Oxidation durchzuführen und die Bildung der Oxidationsprodukte zu überwachen. Diese Methode kann Einblicke in den Abbaumechanismus von Diesel- und Biodieselkraftstoffen liefern und wurde erfolgreich angewandt, um die Oxidationsfähigkeit dieser Kraft- und Schmierstoffe zu untersuchen. Personen, die neu in dieser Methode sind, werden Schwierigkeiten haben, da die Interpretation der GC-MS-Ergebnisse herausfordernd sein kann.

Die Oxidation bildet mehrere Produkte, und das Chromatogramm kann mehrere Peaks enthalten. Um dieses Verfahren zu beginnen, entfernen Sie Staub oder Verunreinigungen von den Reaktionsgefäßen mit Druckluft. Füllen Sie die Reaktionsgefäße von Block A mit sieben Milliliter einer frischen Brennstoffprobe aus Methylol eat mit einer Pipette.

Befestigen Sie dann den Luftschlauch am Reaktionsgefäßdeckel und setzen Sie diesen auf das Reaktionsgefäß. Zum Einrichten des Tests stellen Sie die Solltemperatur des Blocks A auf 110 Grad Celsius ein. Stellen Sie anschließend die Luftdurchflussrate, die durch die Probe gebubbelt wird, auf 10 Liter pro Stunde ein.

Stellen Sie die Abschaltparameter entweder auf einen Leitfähigkeitswert von 400 Mikrosiemens pro Zentimeter oder auf eine vom Software bestimmte Induktionszeit ein. Geben Sie anschließend Name und Referenz jeder Probe aus Block A in der Software ein. Platzieren Sie danach die Reaktionsgefäße in Heizblock A. Starten Sie den Test, indem Sie im Benutzeroberfläche von Reaktor 1 die Starttaste drücken, und überprüfen Sie, ob der Reaktor funktioniert, indem Sie Luftblasen visuell beobachten.

Wenn der Test abgeschlossen ist, entnehmen Sie die Reaktionsgefäße aus dem Heizblock. Saugen Sie mithilfe einer Pipette vorsichtig den Inhalt jedes Reaktionsgefäßes ab und überführen Sie jede entnommene Probe in einen 10-Milliliter-Glaskolben. Stellen Sie die Kolben anschließend senkrecht in den Kühlschrank.

Bestimmen Sie die durchschnittliche Induktionszeit aus den vier Proben nach der Methode des Schnittpunkts der Tangenten. Wiederholen Sie die vorherigen Schritte unter Verwendung von Block B, wobei das Abschaltkriterium geändert wird, indem eine Endzeit angegeben wird, die dem Vierfachen der durchschnittlichen Induktionszeit entspricht. Nach Abschluss des Tests entnehmen Sie manuell das erste Reaktionsgefäß aus dem Heizblock nach 0,5-facher Induktionszeit.

Das zweite Reaktionsgefäß zur Induktionsphase. Das dritte Reaktionsgefäß nach dem Doppelten der Induktionsphase. Und das vierte Reaktionsgefäß nach dem Vierfachen der Induktion.

Überführen Sie anschließend den Inhalt jedes Reaktionsgefäßes in eine 10-Milliliter-Glasflasche. Nachdem jede Probe beschriftet wurde, stellen Sie diese senkrecht in den Kühlschrank. Um den TAN von Methylolatat zu bestimmen, das in zunehmenden Oxidationsstadien entnommen wurde, spülen Sie zunächst alle Gefäße und Teile, die mit der Probe in Kontakt gekommen sind, mit ultrareinem Wasser und anschließend mit Isopropanol.

Als Nächstes zwei Gramm der Probe in das Messgefäß geben. Die Probe mit 10 Gramm Isopropanol verdünnen. Nun eine Glaselektrode einsetzen und schrittweise eine Lösung von 0,1 Mol pro Liter Kaliumhydroxid, in Isopropanol verdünnt, hinzufügen, bis der Äquivalenzpunkt erreicht ist.

Geben Sie die TAN der Probe in Milligramm Kaliumhydroxid pro Gramm Brennstoff an. Um Methylolatat bei zunehmenden Oxidationsstadien zu analysieren, injizieren Sie ein Mikroliter der Probe in ein GC-MS-Gerät, das mit einer FFAP-Säule ausgestattet ist, unter Verwendung eines Split-Verhältnisses von 1 zu 75. Um den ersten Oxidationszyklus in Reaktor 2 durchzuführen, stellen Sie die Heiztemperatur in der Software auf 150 Grad Celsius ein.

Stellen Sie den Druck in der Messzelle auf sieben bar ein und legen Sie anschließend das Abschaltekriterium fest. Bereiten Sie die Messzelle vor, indem Sie Staub oder Verunreinigungen mit Laborpapier, das mit Aceton getränkt ist, entfernen. Nach dem Austausch des Dichtungsringes füllen Sie die Messzelle mit fünf Milliliter der Brennstoffprobe mithilfe einer Pipette.

Schließen Sie die Messzelle mit einer Schraubkappe und anschließend mit einer schützenden verriegelten Abdeckung. Starten Sie danach den Test, indem Sie im Benutzerinterface des Reactor 2 die Starttaste drücken, und beobachten Sie die Kurve der Induktionszeit in der Software. Nachdem die Zelle automatisch entlüftet wurde, öffnen Sie die schützende verriegelte Abdeckung und die Schraubkappe.

Um x aufeinanderfolgende Oxidationszyklen durchzuführen, wiederholen Sie die vorherigen Schritte die gewünschte Anzahl von Malen. Am Ende von x Tests überführen Sie den gesamten verbliebenen oxidierten Brennstoff in der Zelle in einen fünf Milliliter fassenden Glasflakon und stellen Sie den Glasflakon senkrecht in den Kühlschrank. Reinigen Sie die Zelle mit Laborpapier, das mit Aceton getränkt ist.

Um die erzeugten Proben mittels FTIR-ATR zu analysieren, reinigen Sie zunächst die ATR-Diamantkristallzelle mit Laborpapier, das mit Ethanol getränkt ist. Danach stellen Sie 100 Scans zur Erstellung des FTIR-Spektrums ein, fixieren die Auflösung bei vier inversen Zentimetern und legen den Spektralbereich von 600 bis 4.000 inversen Zentimetern fest. Nachdem die Brennstoffprobe aus dem Kühlschrank entnommen wurde, schütteln Sie sie gründlich, um die Zusammensetzung des Brennstoffs zu homogenisieren.

Unter Verwendung einer Pipette 10 Mikroliter Kraftstoff aus dem Kolben entnehmen und den Tropfen bei Raumtemperatur auf eine horizontale ATR-Diamantkristallzelle aufbringen. Abschließend die Analyse starten. Die Ergebnisse der TAN-Analyse deuten darauf hin, dass die Bildung saurer Spezies während des anfänglichen Oxidationsprozesses langsam verläuft und bei mittlerer und fortgeschrittener Oxidation signifikant wird.

Bei den Chromatogrammen des Methyloleats zeigt sich eine Intensitätszunahme bei mehreren Peaks vom Ausgangspunkt (null IP) bis zu vier IP, und einige ursprünglich nicht vorhandene Spezies entstehen bei mittleren bis hohen Oxidationsstufen mit zunehmender Intensität. Methyl-6-heptenoat wird während des Oxidationsprozesses gebildet. Zusätzlich entstehen mehrere kurzkettige Moleküle durch molekulare Spaltung.

Aldehyde und Methylester entstehen durch die Reaktion von molekularem Sauerstoff mit Alkohol-Radikalen oder Hydroperoxiden. Die Farbe des Kraftstoffs verändert sich während der Oxidation von transparent über gelblich bis hin zu bräunlich, was auf die Bildung polarer Verbindungen zurückzuführen ist. Das Molekulargewicht dieser Produkte nimmt mit steigendem Oxidationsgrad zu.

Oxidierte B0-Proben zeigen die Bildung einer dunklen, viskosen Phase, die aus polaren Produkten mit hohem Molekulargewicht besteht. Die Carbonylbande in den FTIR-Spektren der B0-Proben nimmt mit steigendem Oxidationsgrad zu und wird Aldehyden, Ketonen und Säuren zugeschrieben. Die Bande im Bereich R3 weist auf die Bildung von Hydroxylgruppen hin, was auf das Vorhandensein von Alkoholen und Säuren schließen lässt.

Wenn man diese Technik einmal beherrscht, kann sie je nach Art des Brennstoffs, Reaktivität und Testbedingungen innerhalb weniger Stunden durchgeführt werden, was deutlich schneller ist als Standardlagerungstests, die über mehrere Monate laufen, und die kürzeste Methode darstellt, um Informationen über den Oxidationsmechanismus zu erhalten. Bei der Durchführung dieses Verfahrens ist es wichtig, daran zu denken, die oxidierte Probe unter geeigneten Bedingungen aufzubewahren und sicherzustellen, dass das zur Analyse mittels Infrarotspektroskopie, Gaschromatographie oder TAN verwendete Volumen homogen und repräsentativ für die oxidierte Probe ist. Weitere Methoden können zur Untersuchung der Eigenschaften der Ablagerungen angewandt werden, beispielsweise die thermogravimetrische Analyse, die mehrere Produkte unterschiedlicher Molekülmasse aufzeigt.

Auch die Rasterelektronenmikroskopie, die Informationen über die Morphologie und chemische Zusammensetzung von Ablagerungen liefert. Solche Informationen ermöglichen es, die mit FTIR und GC-MS gemessenen Trends zu überprüfen. Nach dem Anschauen dieses Videos sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie man eine beschleunigte Kraftstoffoxidation durchführt und wie man die Proben mittels Infrarotspektroskopie, GC-MS und TAN analysiert, um die Oxidationsprodukte zu identifizieren.

Beachten Sie, dass das Arbeiten mit Brennstoffen in Lösungsmitteln äußerst gefährlich sein kann, und Vorsichtsmaßnahmen wie der Einsatz von Schutzausrüstung, einschließlich Handschuhe, Laborkittel und Schutzbrille, sollten stets getroffen werden, wenn dieses Verfahren durchgeführt wird.