운송 연료 안정성 평가에 대한 기존 실험 접근

연료 열화와 침전물 형성은 미래 연료 및 바이오 연료 개발의 주요 과제입니다. 본 프로토콜을 통해 제어된 조건 하에서 연료의 산화를 연구할 수 있으며, 이는 새로운 배합 및 예방 전략을 개발하는 데 유용할 수 있습니다. 이 방법은 연료 조성과 작동 조건이 산화 메커니즘 및 생성물에 어떤 영향을 미치는지와 같은 연료 품질 분야의 핵심 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다.

이 기술의 주요 장점은 시판되는 반응기를 사용하여 강력한 분석 방법과 결합함으로써 제어된 산화를 수행하고 산화 생성물의 변화를 모니터링할 수 있다는 점입니다. 이 방법은 디젤 및 바이오디젤 연료의 분해 메커니즘에 대한 통찰력을 제공할 수 있으며, 해당 연료 및 윤활유의 산화 능력을 연구하는 데 성공적으로 적용되었습니다. 이 방법이 처음인 사용자는 GCMS 결과의 해석이 까다로울 수 있어 어려움을 겪을 수 있습니다.

산화 과정에서는 여러 생성물이 형성되므로 크로마토그램에 여러 개의 피크가 나타날 수 있습니다. 본 절차를 시작하기 위해 압축 공기를 사용하여 반응 용기의 먼지나 오염 물질을 제거하십시오. 피펫을 사용하여 Block A의 반응 용기에 7 mL의 신선한 methyl oleate 연료 시료를 채웁니다.

그런 다음 공기 튜브를 반응 용기 덮개에 고정하고, 이를 반응 용기 위에 올립니다. 테스트를 구성하기 위해 Block A의 가열 설정 온도를 110 °C로 설정합니다. 이어서 시료를 통해 버블링될 공기 유량을 10 L/h로 설정합니다.

정지 기준을 400 µS/cm의 전도도 임계값 또는 소프트웨어에서 결정한 유도 기간으로 설정하십시오. 다음으로 소프트웨어에 Block A 샘플 각각의 이름과 참조 정보를 입력하십시오. 반응 용기를 가열 Block A에 배치합니다. Reactor 1의 사용자 인터페이스에서 시작 버튼을 눌러 테스트를 실행하고, 기포가 발생하는지 확인하여 리액터가 작동하는지 점검하십시오.

테스트가 완료되면 가열 블록에서 반응 용기를 꺼냅니다. 피펫을 사용하여 각 반응 용기의 내용물을 조심스럽게 흡입하고, 추출한 각 샘플을 10 milliliter 유리 플라스크로 옮깁니다. 그런 다음 플라스크를 냉장고에 수직으로 세워 보관합니다.

접선 교차법을 통해 4개 샘플의 평균 유도 기간을 결정하십시오. 블록 B를 사용하여 이전 단계들을 반복하되, 종료 시간을 평균 유도 기간의 4배로 설정하여 종료 기준을 수정하십시오. 테스트가 완료되면, 유도 기간의 0.5배 시점에 가열 블록에서 첫 번째 반응 용기를 수동으로 추출하십시오.

유도기의 두 번째 반응 용기. 유도기 2배 시간의 세 번째 반응 용기. 그리고 유도기 4배 시간의 네 번째 반응 용기.

그런 다음 각 반응 용기의 내용물을 10 milliliter 유리 플라스크로 옮깁니다. 각 샘플에 라벨을 부착한 후, 냉장고에 수직으로 세워 보관합니다. 산화 단계가 진행됨에 따라 채취한 methyl oleate의 TAN을 측정하려면, 먼저 샘플과 접촉한 모든 용기와 부품을 초순수로 헹군 다음 isopropanol로 헹굽니다.

다음으로 시료 2 g을 측정 용기에 넣습니다. 시료를 10 g의 이소프로판올로 희석합니다. 이제 유리 전극을 삽입하고 당량점에 도달할 때까지 이소프로판올에 희석한 0.1 mol/L 수산화칼륨 용액을 서서히 첨가합니다.

시료의 TAN을 연료 1g당 수산화칼륨 밀리그램 단위로 보고하십시오. 산화 단계가 진행됨에 따라 채취한 메틸 올리에이트를 분석하려면, split ratio 1:75로 설정된 FFAP 컬럼 장착 GCMS 기기에 시료 1µL를 주입하십시오. Reactor 2에서 첫 번째 산화 사이클을 수행하려면, 소프트웨어에서 가열 온도를 150°C로 설정하십시오.

테스트 셀의 압력을 7 bar로 설정한 후, 차단 기준을 설정하십시오. 아세톤을 적신 실험실용 페이퍼를 사용하여 먼지나 오염 물질을 제거함으로써 테스트 셀을 준비합니다. 씰링 링을 교체한 후, 피펫을 사용하여 테스트 셀에 연료 샘플 5 mL를 채웁니다.

스크루 캡과 보호 잠금 커버로 테스트 셀을 닫습니다. 다음으로 Reactor 2의 사용자 인터페이스에서 실행 버튼을 눌러 테스트를 시작하고, 소프트웨어에서 유도기 곡선을 관찰합니다. 셀의 압력이 자동으로 낮아지면, 보호 잠금 커버와 스크루 캡을 엽니다.

x회의 연속적인 산화 사이클을 수행하려면, 이전 단계들을 원하는 횟수만큼 반복하십시오. x번의 테스트가 끝나면, 셀에 남아 있는 모든 산화된 연료를 5 mL 유리 플라스크로 옮긴 다음, 유리 플라스크를 냉장고에 수직으로 세워 보관하십시오. 아세톤에 적신 실험실용 페이퍼를 사용하여 셀을 세척하십시오.

FTIR-ATR로 생성된 시료를 분석하려면, 먼저 에탄올을 적신 실험실용 페이퍼로 ATR 다이아몬드 셀을 세척하십시오. 그 다음, FTIR 스펙트럼을 생성하기 위해 스캔 횟수를 100회로 설정하고, 분해능은 4 cm⁻¹로 고정한 뒤, 스펙트럼 범위를 600에서 4,000 cm⁻¹까지로 설정하십시오. 냉장고에서 연료 시료를 꺼낸 후, 연료 조성이 균질해지도록 충분히 흔들어 섞어주십시오.

피펫을 사용하여 플라스크에서 연료 10 µL를 채취하고, 상온의 수평 ATR 다이아몬드 셀 위에 액적을 떨어뜨립니다. 마지막으로 분석을 시작합니다. TAN 분석 결과, 초기 산화 과정 중에는 산성 성분의 형성이 느리며, 중간 및 고급 산화 단계에서 유의미해지는 것으로 나타납니다.

0 IP에서 4 IP로 갈수록 메틸 올리에이트 크로마토그램의 여러 피크 강도가 증가하며, 초기에는 존재하지 않았던 일부 종들이 산화 수준이 중간 및 높음 단계로 올라감에 따라 강도가 증가하며 형성되었습니다. 산화 과정 동안 메틸 6-헵텐오에이트가 생성됩니다. 또한, 분자 절단을 통해 여러 짧은 사슬 분자들이 형성됩니다.

알데하이드와 메틸 에스테르는 분자 산소가 알코올 라디칼 또는 하이드로퍼옥사이드와 반응하여 형성됩니다. 산화 과정 동안 연료의 색상은 투명한 상태에서 황색, 이후 갈색으로 변하며, 이는 극성 화합물의 형성에 기인합니다. 이러한 생성물의 분자량은 산화 수준이 높아짐에 따라 증가합니다.

산화된 B0 샘플에서는 고분자량의 극성 생성물로 구성된 어두운 점성 상의 형성이 나타납니다. B0 샘플의 FTIR 스펙트럼에서 카르보닐 피크는 산화 수준에 따라 증가하며, 이는 알데하이드, 케톤 및 산에 의한 것입니다. R3 영역의 피크는 하이드록시기의 형성을 보여주며, 이는 알코올과 산의 존재를 나타냅니다.

이 기술을 숙달하면 연료의 성질, 반응성 및 테스트 조건에 따라 몇 시간 내에 완료할 수 있으며, 이는 수개월에 걸쳐 수행되는 표준 저장성 테스트보다 짧으며 산화 메커니즘에 관한 정보를 얻을 수 있는 가장 빠른 방법입니다. 이 절차를 시도할 때 산화된 시료를 적절한 조건에서 보관하는 것이 중요하며, 적외선 분광법, GC 또는 TAN으로 분석하는 부피가 해당 산화 시료를 대표하는 균질한 상태인지 확인해야 합니다. 침전물 특성을 이해하기 위해 열중량 분석과 같은 다른 방법을 적용할 수 있으며, 이를 통해 다양한 분자량의 생성물을 확인할 수 있습니다.

또한, 퇴적물의 형태 및 화학적 조성에 관한 정보를 제공하는 주사 전자 현미경도 사용합니다. 이러한 정보는 FTIR 및 GCMS로 얻은 측정 경향을 검증하는 데 유용합니다. 이 영상을 시청한 후에는 가속 연료 산화를 수행하는 방법과 적외선 분광법, GCMS 및 TAN을 통해 시료를 분석하여 산화 생성물을 식별하는 방법에 대해 충분히 이해하게 될 것입니다.

용매 내의 연료를 다루는 것은 매우 위험할 수 있으므로, 본 절차를 수행할 때는 장갑, 실험복, 고글을 포함한 보호 장비와 같은 예방 조치를 항상 취해야 함을 잊지 마십시오.