Originele experimentele aanpak voor het beoordelen van Transport Fuel Stability

Brandstofdegradatie en afzettingsvorming zijn cruciale uitdagingen voor de ontwikkeling van toekomstige brandstoffen en biobrandstoffen. Dit protocol maakt het mogelijk om de oxidatie van brandstoffen onder gecontroleerde omstandigheden te bestuderen en kan nuttig zijn bij de ontwikkeling van nieuwe formuleringen en preventieve strategieën. Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van kernvragen op het gebied van brandstofkwaliteit, zoals de manier waarop de brandstopsamenstelling en bedrijfsomstandigheden de oxidatiemechanismen en het resulterende product beïnvloeden.

Het belangrijkste voordeel van deze techniek is het gebruik van commercieel beschikbare reactoren, gekoppeld aan krachtige analytische methoden om gecontroleerde oxidatie uit te voeren en de evolutie van het oxidatieproduct te monitoren. Deze methode kan inzicht bieden in het degradatiemechanisme van diesel- en biodieselbrandstoffen en is succesvol toegepast om het oxidatievermogen van deze brandstoffen en smeermiddelen te bestuderen. Personen die nieuw zijn met deze methode zullen mogelijk moeite hebben, omdat de interpretatie van de GCMS-resultaten uitdagend kan zijn.

De oxidatie vormt meerdere producten, en het chromatogram kan verschillende pieken bevatten. Verwijder ter voorbereiding van deze procedure stof of verontreinigingen uit de reactievaten met behulp van perslucht. Vul de reactievaten van Block A met een pipet met zeven milliliters van een vers brandstofmonster van methyloleaat.

Bevestig vervolgens de luchtslang aan de afdekking van het reactievat en plaats deze op het reactievat. Om de test te configureren, stelt u de ingestelde verwarmingstemperatuur van Blok A in op 110 degrees celsius. Stel vervolgens de luchtstroomsnelheid in die door het monster wordt gebubbeld op 10 liters per hour.

Stel de stopcriteria in op een geleidingsdrempel van 400 microsiemens per centimeter of een inductieperiode die door de software wordt bepaald. Voer vervolgens de naam en referentie van elk van de monsters in Blok A in de software in. Plaats daarna de reactievaten in verwarmingsblok A. Start de test door op de startknop in de gebruikersinterface van Reactor 1 te drukken en controleer of de reactor werkt door te kijken naar luchtbubbels.

Zodra de test is voltooid, haalt u de reactievaten uit het warmteblok. Aspireer voorzichtig de inhoud van elk reactievat met een pipet en breng elk geëxtraheerd monster over naar een glazen kolf van 10 milliliter. Plaats de kolven vervolgens verticaal in de koelkast.

Bepaal de gemiddelde inductieperiode van de vier monsters middels de methode van de raaklijnsnijpunten. Herhaal de vorige stappen met Blok B, waarbij het stopcriterium wordt aangepast door een eindtijd aan te geven die gelijk is aan vier keer de gemiddelde inductieperiode. Nadat de test is voltooid, wordt het eerste reactievat handmatig uit het verwarmingsblok gehaald, bij 0,5 keer de inductieperiode.

Het tweede reactievat tijdens de inductieperiode. Het derde reactievat bij twee keer de inductieperiode. En het vierde reactievat bij vier keer de inductieperiode.

Breng vervolgens de inhoud van elk reactievat over naar een glazen kolf van 10 milliliter. Plaats de monsters na het labelen verticaal in de koelkast. Om het TAN van methyloleaat, afgenomen bij toenemende oxidatiestadia, te bepalen, spoelt u eerst alle vaten en onderdelen die in contact komen met het monster met ultrapuur water, gevolgd door isopropanol.

Plaats vervolgens twee gram van het monster in het meetvat. Verdun het monster met 10 gram isopropanol. Voeg nu een glaselektrode toe en voeg geleidelijk een oplossing van 0,1 mol per liter kaliumhydroxide, verdund in isopropanol, toe tot het equivalentiepunt is bereikt.

Rapporteer het TAN van het monster in milligramen kaliumhydroxide per gram brandstof. Om methyloleaat te analyseren dat is bemonsterd in verschillende oxidatiestadia, injecteer dan één microliter van het monster in een GCMS-instrument uitgerust met een FFAP-kolom met een split-ratio van 1 op 75. Om de eerste oxidatiecyclus in Reactor 2 uit te voeren, stelt u de verwarmingstemperatuur in de software in op 150 °C.

Stel de druk in de testcel in op zeven bar en bepaal vervolgens het afsluitcriterium. Bereid de testcel voor door stof of verontreinigingen te verwijderen met laboratoriumpapier gedrenkt in aceton. Vul na het vervangen van de afdichtingsring de testcel met vijf milliliters van het brandstofmonster met behulp van een pipette.

Sluit de testcel met een schroefdop, gevolgd door een beveiligde vergrendelde afdekking. Start vervolgens de test door op de startknop in de gebruikersinterface van Reactor 2 te drukken en observeer de curve van de inductieperiode in de software. Nadat de cel automatisch is ontlast, opent u de beveiligde vergrendelde afdekking en de schroefdop.

Om x opeenvolgende oxidatiecycli uit te voeren, herhaalt u de vorige stappen het gewenste aantal keren. Aan het einde van x tests brengt u alle resterende geoxideerde brandstof in de cel over naar een glazen fles van vijf milliliter en plaatst u de glazen fles verticaal in de koelkast. Reinig de cel met laboratoriumpapier gedrenkt in aceton.

Om de gegenereerde monsters via FTIR-ATR te analyseren, dient u eerst de ATR-diamantcel te reinigen met laboratoriumpapier gedrenkt in ethanol. Stel vervolgens 100 scans in om het FTIR-spectrum op te bouwen, fixeer de resolutie op 4 cm⁻¹ en stel het spectrale bereik in van 600 tot 4.000 cm⁻¹. Nadat het brandstofmonster uit de koelkast is gehaald, dient u het grondig te schudden om de samenstelling van de brandstof te homogeniseren.

Neem met een pipet een monster van 10 µL brandstof uit de kolf en plaats de druppel op een horizontale ATR-diamantcel bij omgevingstemperatuur. Start vervolgens de analyse. De resultaten van de TAN-analyse suggereren dat de vorming van zure componenten traag verloopt tijdens het beginstadium van het oxidatieproces en significant wordt bij gemiddelde en gevorderde oxidatie.

Er is een toename in intensiteit waarneembaar voor verschillende pieken in de chromatogrammen van methyloleaat van nul IP tot vier IP, en sommige componenten die aanvankelijk niet aanwezig waren, werden gevormd bij gemiddelde tot hoge oxidatieniveaus met toenemende intensiteiten. Methyl-6-heptenoaat wordt geproduceerd tijdens het oxidatieproces. Daarnaast worden er verschillende kortketenige moleculen gevormd door moleculaire splitsing.

Aldehyden en methylesters worden gevormd door de reactie van moleculaire zuurstof met alcoholradicalen of hydroperoxiden. De kleur van de brandstof verandert tijdens de oxidatie van transparant naar gelig en vervolgens naar bruin, wat wordt veroorzaakt door de vorming van polaire verbindingen. Het molecuulgewicht van deze producten neemt toe naarmate het oxidatieniveau stijgt.

Geoxideerde B0-monsters vertonen de vorming van een donkere viskeuze fase bestaande uit polaire producten met een hoog molecuulgewicht. De carbonylpiek in de FTIR-spectra van de B0-monsters neemt toe met het oxidatieniveau en wordt toegeschreven aan aldehyden, ketonen en zuren. De piek in regio R3 vertoont de vorming van hydroxylgroepen, wat duidt op de aanwezigheid van alcoholen en zuren.

Zodra deze techniek onder de knie is, kan deze in enkele uren worden uitgevoerd, afhankelijk van de aard van de brandstof, de reactiviteit en de testcondities, wat korter is dan standaardopslagexperimenten die over meerdere maanden worden uitgevoerd, en de kortste methode is om informatie over het oxidatiemechanisme te verkrijgen. Bij het uitvoeren van deze procedure is het belangrijk om te onthouden de geoxideerde monsters onder geschikte condities te bewaren, en ervoor te zorgen dat het volume dat met infraroodspectroscopie, GC of TAN wordt geanalyseerd, homogeen is en representatief voor dat geoxideerde monster. Andere methoden kunnen worden toegepast om de eigenschappen van de afzettingen te begrijpen, zoals thermogravimetrische analyse, waarmee diverse producten met verschillende molecuulgewichten worden aangetoond.

Ook scanning elektronenmicroscopie, die informatie verschaft over de morfologie en chemische samenstelling van afzettingen. Dergelijke informatie maakt het mogelijk om de gemeten trends te valideren die met FTIR en GCMS zijn verkregen. Na het bekijken van deze video moet u een goed inzicht hebben in het uitvoeren van versnelde brandstofoxidatie en in het analyseren van de monsters met infraroodspectroscopie, GCMS en TAN om de oxidatieproducten te identificeren.

Vergeet niet dat het werken met brandstoffen in oplosmiddelen uiterst gevaarlijk kan zijn; neem daarom altijd voorzorgsmaatregelen zoals het gebruik van beschermende uitrusting, waaronder handschoenen, laboratoriumjassen en veiligheidsbrillen, bij het uitvoeren van deze procedure.