גישה ניסויית מקורית להערכת יציבות הובלת דלק

פירוק דלק והיווצרות משקעים הם אתגרים מרכזיים בפיתוח דלקים ודלקים ביולוגיים עתידיים. פרוטוקול זה מאפשר לחקור חמצון של דלקים תחת תנאים מבוקרים, ויכול להועיל בפיתוח פורמולציות חדשות ואסטרטגיות מניעה. שיטה זו עשויה לסייע במתן מענה לשאלות מפתח בתחום איכות הדלק, כגון כיצד הרכב הדלק ותנאי ההפעלה משפיעים על מנגנוני החמצון ועל התוצרים.

היתרון המרכזי של טכניקה זו הוא השימוש בריאקטורים הזמינים מסחרית, בשילוב עם שיטות אנליטיות עוצמתיות לביצוע חמצון מבוקר ולניטור התפתחות תוצר החמצון. שיטה זו יכולה לספק תובנות לגבי מנגנון הפירוק של דלקים מסוג דיזל וביודיזל, והיא יושמה בהצלחה לבחינת יכולת החמצון של דלקים וחומרי סיכה אלו. אנשים שאינם מכירים את השיטה עלולים להיתקל בקושי, שכן פענוח תוצאות ה-GCMS עשוי להיות מאתגר.

החמצון יוצר תוצרים מרובים, והכרומטוגרמה עשויה להכיל מספר שיאים. כדי להתחיל בהליך זה, יש להסיר אבק או מזהמים מכלי התגובה באמצעות אוויר דחוס. מלאו את כלי התגובה של Block A בשבעה milliliters של דגימת דלק רעננה של methyl oleate באמצעות פיפטה.

לאחר מכן, קבעו את צינור האוויר למכסה כלי התגובה, והניחו אותו על כלי התגובה. כדי להגדיר את הבדיקה, קבעו את טמפרטורת נקודת החימום של Block A ל-110 degrees celsius. לאחר מכן, קבעו את קצב זרימת האוויר המבעבע דרך הדגימה ל-10 liters per hour.

הגדירו את קריטריוני העצירה למפת מוליכות של 400 microsiemens per centimeter, או לתקופה של השראה (induction period) שנקבעה על ידי התוכנה. לאחר מכן, הזינו לתוכנה את השם והסימוכין של כל אחת מהדגימות בבלוק A. המשיכו להנחת כלי התגובה בבלוק חימום A. הפעילו את הבדיקה על ידי לחיצה על כפתור ההפעלה בממשק המשתמש של Reactor 1, וודאו שהריאקטור פועל על ידי צפייה בבועות אוויר.

בסיום הבדיקה, הוצא את כלי התגובה מבלוק החימום. באמצעות פיפט, שאב בזהירות את תכולתם של כלי התגובה, והעבר כל דגימה שהוצאה לבקבוק זכוכית של 10 milliliter. לאחר מכן, הנח את הבקבוקים במצב אנכי במקרר.

קבע את זמן ההשראה הממוצע מארבעת הדגימות באמצעות שיטת חיתוך המשיקים. חזור על השלבים הקודמים באמצעות Block B, תוך שינוי קריטריון העצירה על ידי הגדרת זמן סיום השווה לארבעה פעמים זמן ההשראה הממוצע. לאחר השלמת הבדיקה, הוצא ידנית את כלי התגובה הראשון מבלוק החימום, בנקודת זמן של 0.5 מזמן ההשראה.

כלי התגובה השני בנקודת זמן של תקופת ההשראה. כלי התגובה השלישי בנקודת זמן של פעמיים תקופת ההשראה. וכלי התגובה הרביעי בנקודת זמן של ארבע פעמים תקופת ההשראה.

לאחר מכן, העבירו את תכולת כל כלי התגובה לבקבוק זכוכית של 10 milliliter. לאחר סימון כל דגימה, הניחו אותן במצב אנכי במקרר. כדי לקבוע את ה-TAN של methyl oleate, שנדגם בשלבי חמצון עולים, שטפו תחילה את כל הכלים והחלקים הבאים במגע עם הדגימה במים אולטרה-טהורים, ולאחר מכן ב-isopropanol.

כעת העבירו שני גרמים של הדגימה לכלי המדידה. דללו את הדגימה עם 10 גרמים של isopropanol. כעת הכניסו אלקטרודת זכוכית והוסיפו בהדרגה תמיסה של 0.1 mols לליטר של potassium hydroxide המדוללת ב-isopropanol עד להגעה לנקודת השקול.

דווח על ה-TAN של הדגימה במיליגרמים של פוטסיום הידרוקסיד לגרם דלק. כדי לנתח מתיל אולאט שנדגם בשלבי חמצון עולים, הזרק 1 µL מהדגימה למכשיר GCMS המצויד בעמודת FFAP תוך שימוש ביחס פיצול (split ratio) של 1 ל-75. כדי לבצע את מחזור החמצון הראשון בריאקטור 2, הגדר בתוכנה את טמפרטורת החימום ל-150 °C.

הגדירו את הלחץ בתא הבדיקה לשבעה bar, ולאחר מכן הגדירו את קריטריון הסגירה. הכינו את תא הבדיקה על ידי הסרת אבק או מזהמים באמצעות נייר מעבדה ספוג באצטון. לאחר החלפת טבעת האיטום, מלאו את תא הבדיקה בחמישה milliliters של דגימת הדלק באמצעות פיפטה.

סגרו את תא הבדיקה באמצעות פקק הברגה ולאחר מכן באמצעות כיסוי הגנה נעול. כעת הפעילו את הבדיקה על ידי לחיצה על כפתור ההפעלה (run) בממשק המשתמש של Reactor 2, ועקבו אחר עקומת תקופת האינדוקציה בתוכנה. לאחר ששחרור הלחץ מהתא יסתיים באופן אוטומטי, פתחו את כיסוי ההגנה הנעול ואת פקק ההברגה.

לביצוע x מחזורי חמצון רצופים, חזרו על השלבים הקודמים מספר הפעמים הרצוי. בסיום x בדיקות, העבירו את כל הדלק המחושן שנותר בתא לבקבוק זכוכית של חמישה מיליליטר, ולאחר מכן הניחו את בקבוק הזכוכית במצב אנכי במקרר. נקו את התא באמצעות נייר מעבדה ספוג באצטון.

כדי לנתח את הדגימות שהופקו באמצעות FTIR-ATR, נקה תחילה את תא היהלום של ה-ATR באמצעות נייר מעבדה ספוג באתנול. לאחר מכן, הגדר 100 סריקות לבניית ספקטרום ה-FTIR, קבע את הרזולוציה ל-4 cm⁻¹ והגדר את הטווח הספקטרלי מ-600 עד 4,000 cm⁻¹. לאחר הוצאת דגימת הדלק מהמקרר, נער אותה היטב כדי להומוגניзировать את הרכב הדלק.

באמצעות פיפטה, דגמו 10 µL של דלק מהבקבוק, והניחו את הטיפה על תא יהלום ATR אופקי בטמפרטורת הסביבה. לבסוף, התחילו את הניתוח. תוצאות ניתוח ה-TAN מעידות כי היווצרות מיני חומצה היא איטית במהלך תהליך החמצון הראשוני והופכת למשמעותית בחמצון בינוני ומתקדם.

ניכרת עלייה בעוצמתם של מספר שיאים בכרומטוגרמות של מתיל אולאט מהשלב של 0 IP ועד 4 IP, וחלק מהמינים שלא היו נוכחים בתחילה נוצרו ברמות חמצון בינוניות עד גבוהות עם עוצמות עולות. מתיל 6-הפטנואט נוצר במהלך תהליך החמצון. בנוסף, מספר מולקולות בעלות שרשרת קצרה נוצרות באמצעות שבירה מולקולרית.

אלדהידים ומתיל-אסטרים נוצרים באמצעות תגובה של חמצן מולקולרי עם רדיקלי-אלכוהול או הידרו-פרוקסידים. צבע הדלק משתנה במהלך החמצון משקוף לצהבהב, ולאחר מכן לחום, וזאת עקב היווצרותם של תרכובות פולריות. המשקל המולקולרי של תוצרים אלו עולה יחד עם רמת החמצון.

דגימות B0 מחומצנות מראות היווצרות של פאזה צמיגית כהה המורכבת מתוצרים פולריים בעלי משקל מולקולרי גבוה. פיס הקרבוניל בספקטרום ה-FTIR של דגימות B0 עולה עם רמת החמצון ומיוחס לאלדהידים, קטונים וחומצות. הפיס באזור R3 מראה היווצרות של קבוצות הידרוקסיל המעידות על נוכחות של אלכוהולות וחומצות.

ברגע שהטכניקה נשלטת, ניתן לבצעה תוך מספר שעות, בהתאם לטבע הדלק, לתגובתיות שלו ולתנאי הבדיקה; זמן זה קצר יותר מבדיקות אחסון סטנדרטיות המתבצעות לאורך מספר חודשים, ומהווה את הדרך המהירה ביותר להשגת מידע על מנגנון החמצון. בעת ביצוע פרוצדורה זו, חשוב לזכור לאחסן את הדגימה המחושנת בתנאים המתאימים, ולוודא שהנפח המנותח באמצעות ספקטרוסקופיה באינפרא-אדום, GC או TAN הוא הומוגני ומייצג את אותה דגימה מחומצנת. ניתן להשתמש בשיטות נוספות כדי להבין את תכונות המשקעים, כגון ניתוח תרמו-גרבימטרי, המראה תוצרי משקל מולקולרי שונים.

בנוסף, מיקרוסקופיה אלקטרונית סורקת, המספקת מידע על המורפולוגיה וההרכב הכימי של המשקעים. מידע זה מאפשר לתקף את המגמות שנמדדו באמצעות FTIR ו-GCMS. לאחר צפייה בסרטון זה, תבואו לידי הבנה טובה של אופן ביצוע חמצון מואץ של דלק, וכיצד לנתח את הדגימות באמצעות ספקטרוסקופיה באינפרא-אדום, GCMS ו-TAN, כדי לזהות את תוצרי החמצון.

זכרו שעבודה עם דלקים בממס עלולה להיות מסוכנת ביותר, ויש לנקוט תמיד באמצעי זהירות כגון ציוד מגן, כולל כפפות, חלוקי מעבדה ומשקפי מגן, בעת ביצוע הליך זה.