Сборник материалов X юношеских чтений
Скачать 3.41 Mb.
|
Повышение эксплуатационных свойств биодизельного топливаРязанцева И. А., ТГУ им. Г.Р. Державина, Широкое применение тепловых двигателей, использующих нефтепродукты, привело к повышенному загрязнению воздуха, почвы и водоемов. Загрязнение окружающей среды стационарными и мобильными тепловыми двигателями происходит за счет выбросов вредных веществ с отработавшими газами и топливными испарениями. Вредные вещества способствуют нарушению газообмена в организме, появлению кислородного голодания и возникновению нарушения функционирования всех систем организма. Под воздействием атмосферных осадков, содержащих кислые соединения азота и серы, в почве происходят значительные изменения и, в некоторых случаях, могут происходить процессы необратимого подкисления. Жесткие законы по охране окружающей среды заставляют шире использовать биотопливо вместо нефтепродуктов для минимизации отрицательного влияния вредных выбросов на здоровье населения и окружающую среду. Биотопливо - это топливо для двигателей внутреннего сгорания, содержащее компоненты ненефтяного происхождения. Для карбюраторных двигателей биотопливом являются спирты, их смеси с бензином и водой, для дизельных двигателей – растительные масла, продукты их переработки, а также смеси с дизельным топливом. Биотопливо обладает многими преимуществами перед нефтяным топливом. Во-первых, применение жидкого топлива на основе биотоплива способствует сохранению природного энергетического баланса. Растительное сырьё в естественных условиях усваивается аэробными микроорганизмами – при этом биогенном процессе выделяется практически такое же количество энергии, как и в процессе техногенного окисления, в том числе сжигания топлива в двигателе. Во-вторых, при использовании биотоплива снижается концентрация вредных веществ в отработавших газах (оксидов серы и углерода). В-третьих, такое топливо получают из растительной биомассы, которая относится к числу постоянно возобновляемых источников органического сырья, что способствует расширению сырьевой энергетической базы. Еще одним преимуществом производства биотоплива является значительная экономия углеводородов нефти, являющихся ценным сырьем для химической промышленности (производство резины, пластика, полимеров, синтетических волокон, органических красителей и т. д.) В качестве биодизельного топлива в настоящее время, как правило, применяются продукты переработки растительных масел – эфиры, синтезируемые в процессе алкоголиза алифатическими спиртами (МЭРМ). Синтезируемые в настоящее время метиловые эфиры растительных масел (в основном, рапсового масла) не в полной мере соответствуют требованиям технических условий к дизельным топливам. Биотопливо не совпадает с нефтяным дизельным топливом по таким физико-химическим характеристикам, как вязкость, плотность, фракционный состав, коррозионная агрессивность Поэтому в настоящее время биотопливо используется только в качестве компонента дизельного топлива. Так, в соответствии с ГОСТ Р 52368-2005 (ЕН 590:2004) разрешается добавка к нефтяному дизельному топливу не более 5 % (об.) биотоплива. Характерной особенностью всех метиловых эфиров растительных масел является то, что температура начала кипения биотоплива превышает 260 оС, что намного больше температуры начала кипения для светлых нефтепродуктов. Высококипящие компоненты топлива способствуют отложению нагара на деталях двигателя и снижают его экономичность. Для дизельных двигателей оптимальным является применение топлив с широким фракционным и групповым составом. На практике это возможно при использовании композитного (смесевого) топлива. Расширение фракционного состава, снижение вязкости и плотности биотоплива возможно при добавлении к нему сложных эфиров меньшей молекулярной массы. Такие эфиры можно получить этерификацией алифатических кислот меньшей молекулярной массы С4 – С7 спиртами С5 – С10. Нами получены следующие сложные эфиры: изоамиловый эфир масляной кислоты С4Н9СООС5Н11, октиловый эфир масляной кислоты С3Н7СООС8Н17, гептиловый эфир валериановой кислоты С4Н9СООС7Н15, нониловый эфир валериановой кислоты С4Н9СООС9Н19, нониловый эфир капроновой кислоты С5Н11СООС9Н19. Спирты и кислоты, использованные в процессе синтеза, можно получать синтетическим путём из углеводородов и их функциональных производных, а можно и из возобновляемого растительного сырья. Нами исследованы различные эксплуатационные характеристики композитного топлива, состоящего из 50 % (об.) биотоплива и 50 % (об.) смеси синтетических эфиров. В таблице 1 приводятся значения различных физико-химических характеристик нефтяного дизельного топлива (ДТ), метиловых эфиров рапсового масла (биотопливо) и полученного нами композитного топлива. Как видно из полученных данных, композитное топливо, в отличие от биотоплива, полностью соответствует товарному нефтяному топливу по подавляющему числу показателей. Обращает на себя внимание и тот факт, что биотопливо без добавок проявляет довольно заметную коррозионную агрессивность. Такое топливо не выдерживает испытание на медной пластине. Композитное топливо свободно от этого недостатка. Таблица 1. Физико-химические характеристики различных видов топлива
Использование композитного топлива, физико-химические свойства которого не уступают характеристикам товарного нефтяного топлива, но обладают лучшими эксплуатационными и экологическими параметрами, позволит применять существующие тепловые двигатели без ущерба для состояния окружающей среды. Разработка перспективной технологии получения композитного биодизельного топлива из растительного сырья позволит трансформировать сельское хозяйство России из основного потребителя дизельного топлива нефтяного происхождения в главного производителя экологически чистого композитного биотоплива. Решение поставленной задачи имеет большое значение как для подъема экономики России, так и для существенного улучшения экологического состояния природной среды. Исследование органической составляющей горюче-смазочных материалов Николенко Д.В., ТГУ им. Г.Р. Державина Тамбовская лаборатория судебной экспертизы входит в систему судебно-экспертных учреждений Министерства Юстиции России. Отдел КЭМВИ занимается производством экспертиз и экспертных исследований материалов, веществ и изделий; обнаружением микрообъектов. Одним из объектов исследования лаборатории судебной экспертизы являются горюче-смазочные материалы (ГСМ). Основные методы, используемые при анализе ГСМ – хроматография, химический анализ, инфракрасная спектроскопия. Хроматография - физико-химический метод анализа и исследования веществ и смесей, основанный на разделении компонентов за счет распределения их при перемещении через слой неподвижной фазы потоком подвижной фазы. К достоинствам хроматографических методов относят: возможность работать с небольшими количествами веществ и небольшие затраты времени на анализ. Тонкослойная хроматография (ТСХ) является по существу твердо - жидкостной хроматографией. В последнее время ТСХ превратилась в хорошо оформленный инструментальный метод анализа и исследования. Вместе с тем и простые варианты позволяют получать интересные результаты с минимальными затратами средств и времени. Основной задачей тонкослойной хроматографии является разделение исследуемой смеси на отдельные компоненты. Идентификацию вещества на основании положения его пятна можно осуществить очень легко, если одновременно с пробой на той же пластинке для сравнения провести хроматографирование индивидуальных предполагаемых веществ (свидетелей). При этом должно совпасть не только положение пятен, но и их окраска. Газожидкостная хроматография (ГЖХ) – это один из типов распределительной хроматографии, при которой подвижной фазой является газ, а неподвижной – жидкость. В газо-жидкостной хроматографии жидкость наносится тонким слоем на твердый носитель. Общий вид хроматографа и его устройство представлены на рис. 1. С помощью устройства ввода (микрошприца и газового кран-дозатора) в хроматограф, в поток газа-носителя вводится определенное количество анализируемой смеси в газообразном состоянии (газ или пар). В хроматографической колонке осуществляется разделение смеси на отдельные компоненты. Вещества, слабо сорбируемые неподвижной фазой, будут продвигаться по колонке с большей скоростью и наоборот. Из колонки разделенные компоненты смеси вместе с газом-носителем попадают в детектор, который регистрирует вещества, отличающиеся по физическим или физико-химическим свойствам от газа-носителя, и преобразует их в электрический сигнал. Далее происходит усиление или преобразование сигнала в аналоговое напряжение, с последующим преобразованием его в цифровую форму. Регистрирующее устройство (персональный компьютер) строит график зависимости сигнала детектора от времени - хроматограмму. Инфракрасная спектроскопия является одним из старейших методов молекулярной спектроскопии. Все колебания в молекуле можно разделить на два типа – валентные и деформационные. Каждому типу колебаний соответствует собственная частота, которая зависит от массы связанных между собой атомов и прочности связей. Органические соединения поглощают ИК- излучение, частота которого совпадает с собственной частотой колебания атомов молекулы. При этом происходит усиление колебательного движения, энергия молекулы возрастает за счет превращения энергии излучения во внутреннюю энергию молекулы. Каждый тип связи поглощает излучение характерной для него частоты. ИК-спектры используются для идентификации, а также для качественного и количественного анализа смесей, содержащих несколько компонентов. Для получения ИК-спектров используют инфракрасный Фурье- спектрометр “Инфралюм ФТ-801» (рис. 2). По принципу действия спектрометр “Инфралюм ФТ-801” относится к классу модуляционных спектральных приборов. В таких приборах разделение исследуемого излучения на спектральные составляющие производится не оптическими диспергирующими элементами, а специальной модуляцией потока излучения оптическим подвижным элементом и дальнейшей электронно-математической обработкой сигнала детектора. Сначала снимают опорный спектр – таблетки из бромида калия, а затем - спектр таблетки с нанесенным на нее веществом. Компьютер по этим двум спектрам вычисляет и выводит на монитор ИК-спектр. Нами была проведена экспертиза полусинтетического автомобильного моторного масла «Castrol GTX Magnatec» 5W-40. Для тонкослойной хроматографии использовали пластинки “Sorbfil”. На хроматографическую пластину наносили гексановый раствор масла в соотношении 1:10; хроматографировали в системе октан:бензол в соотношении 5:1. После хроматографирования в УФ - свете проявились пятна с Rf1= 0.9; Rf2= 0.3; Rf3= 0.8. Четкое расслоение пятен с разными оттенками говорит, что масло многокомпонентное, с присутствием присадок. Для проведения химического анализа разрезали хроматографическую пластину на полоски. На полосках находится адсорбированное масло, с которым и будут реагировать реактивы. 1. Реакция с красной кровяной солью (3% водный раствор К3[Fe(CN)6]). Проявляются круглые пятна красно-синего цвета и сине-зеленый след длиной 3 сантиметра. Это свидетельствует об обнаружении присадки ВНИИ НП-354 и ВНИИ НП-360 («Ионол»), антиокислительных присадок алкилфенольного типа. 2. Реакция комплексообразования с дитизоном. Хроматографическую дорожку обработали 0,01% раствором дитизона в хлороформе. Проявились розовые пятна, что характерно для дитизона цинка. Также образовались комплексы дитизона красно-желтых оттенков с Вi, In, Cd, Ni, Pb. Кроме этого образовались неорганические соли Zn (ZnCl2), о чем свидетельствует переход окраски от красной до зеленой и желтой. 3. Обнаружение полимерных присадок. После обработки 0,5 % водным раствором прочной синей «В» выделился несмачиваемый след длиной 5.7 см, что свидетельствует о наличии полимерных присадок с концентрацией 8% от общего количества присадок. 4. Реакция с кислотно-основным индикатором. Алкилфеноляты и алкилсалицилаты являются щелочными соединениями, т.к. содержат гидроксиды и карбонаты металлов, проявляющие щелочные свойства. В связи с тем, что алкифеноляты и алкилсалицилаты нерастворимы в воде, то щелочность присадок определяется раствором бромфенолового-синего в бензоле. Проявляются синие синефиолетовые следы различной длины. Также след длиной 6 см свидетельствует о наличии полимерных присадок. Был получен ИК-спектр исследованного масла (рис. 3). Расшифровка ИК-спектра: 2924; 2055 – алифатические соединения –СН2;-СН3 1462 – деформационные колебания группы –СН2 1377 – симметрические колебания С-СН3 1308 – плоскостные и внеплоскостные колебания – -СН=СН- 721 – маятниковые колебания –СН2 1007 – циклогексан; 1,3,5 – производные ароматических циклов; колебания монозамещенных ароматических циклов 1103 – С-О-С – валентные колебания. Асимметрические и симметрические колебания в алифатических простых эфирах. 1605 – С=С – колебания в ароматических циклах. Состав масла «Castrol GTX Magnatec» 5W-40 исследовали также методом газожидкостной хроматографии. Расшифровка хроматограммы проводилась в пересчете на время выхода гексана. Были получены следующие результаты:
Таким образом, в исследуемом масле «Castrol GTX Magnatec» 5W-40 обнаружены антиокислительные, антикоррозионные, вязкостные, депрессорные и моюще-диспергирующие, а также полимерные присадки отечественного производства, надлежащего стандартом качества.  Рис. 1. Газожидкостной хроматограф а. Общий вид 1. Принтер 2. Блок аналитический с автоматическим дозатором жидкости 3. Клавиатура 4. Монитор персонального компьютера 5. Системный блок персонального компьютера 6. Манипулятор типа «мышь»  б. Схема устройства  Рис. 2. Оптическая схема ИК-спектрометра “Инфралюм ФТ”
 . Рис 3. ИК-спектр исследуемого масла Рис. 4. Хроматограмма исследуемого масла  |
Похожие:
 | Сборник статей и материалов, посвящённых изучению жизни и творчества... К 120-летию В. В. Каменского (1884-2004гг). Материалы областных юношеских чтений (16 апреля 2004года). Пермь, март 2004г. – стр | | Положение о районном этапе Областных детско-юношеских Елизаветинских чтений Великой княгини Елизаветы Федоровны и других святых, посвятивших свою жизнь делам милосердия |
| Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Предложенный сборник методических материалов является итогом семинара для преподавателей духовно-нравственных дисциплин «Праздник... |  | Музыкальное содержание: пути исследования: Сборник материалов научных... «Программы по русскому языку для 10-11 классов общеобразовательных учреждений» / А. И. Власенков // Программно-методические материалы.... |
| Сборник статей и материалов, посвящённых традиционной культуре Новосибирского... Песни, люди, традиции (из серии «Традиционная культура Новосибирского Приобья»): Сборник статей и материалов / Под ред. Н. В. Леоновой.... | | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... «Русский язык в Татарстане» на 2011-2015 годы и приказом Министерства образования и науки Республики Татарстан от 06. 03. 2013 г.... |
| Сборник Сборник методических материалов: Из опыта работы сотрудников системы образования Юго-Восточного образовательного округа/ Составители:... | | Внеклассное мероприятие по русскому языку «Своя игра» для учащихся 5-6 классов Сборник рмк «Труд и творчество педагогов. Сборник материалов педагогов Курагинского района» №11 |
| Республики Коми Коми республиканский центр детско-юношеского туризма и экскурсий сборник Составители: Акишина Е. С., Канева Т. Н. Сборник методических материалов для руководителей школьных музеев | | Детская литература сегодня Широкий социокультурный подход дополняется тщательным анализом художественной ткани отдельных произведений. Сборник адресован литературоведам,... |
| Федеральное агентство по физической культуре и спорту примерные программы... Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования | | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Детско-юношеских спортивных школ, специализированных детско-юношеских школ олимпийского резерва. Мини-футбол (Футзал). Коллектив... |
| Социальные аспекты работы с подростками и молодежью в библиотеках... Социальные аспекты работы с подростками и молодежью в библиотеках: сборник материалов Межрегиональной научно-практической конференции... | | 4. Программа Первых районных Малышевских чтений Настоящее Положение определяет порядок организации и проведения Первых районных Малышевских чтений на территории муниципального района... |
| Пояснительная записка в основу типовой программы были заложены правовые... Программа предназначена для специальных (коррекционных) образовательных учреждений, детско-юношеских спортивно-адаптивных школ, спортивных... | | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Программа составлена на основе Программы спортивной подготовки для детско-юношеских спортивных школ, специализированных детско-юношеских... |
