Аналогичные работы по изучению каталитических свойств наночастиц оксидов церия и циркония ведутся в Брукхейвенской национальной лаборатории Управления энергетических исследований и разработок США. В марте 2006 года на очередном Национальном семинаре Американского химического общества было показано, что наночастицы оксидов, попадая на поверхность каталитического конвертера, действуют как буфер, поддерживающий каталитическую эффективность на одном и том же уровне, независимо от режимов работы двигателя.
Наиболее эффективно применение антидымных присадок после комплексной обработки двигателя с помощью различного рода очистителей топливной системы комплексного действия с целью длительного поддержания и усиления эффекта восстановления технико — экономических параметров двигателя.
Для снижения содержания несгоревших твердых частиц в отработавших газах предлагается добавлять в дизельное топливо соли марганца в сочетании с солями меди, а для улучшения процесса горения — соли марганца, меди, свинца, кобальта, цинка, церия, никеля, а также поверхностно — активные вещества и парафины.
При применении солей железа их растворяют в воде до получения растворов с концентрацией катионов железа 10 %, а затем проводят осаждение. Полученный осадок отфильтровывают, тщательно промывают дистиллированной водой и сушат при температуре 105 °C.
Бактерицидные препараты и антиобледенители
Наличие в топливе влаги, вследствие нарушения условий его хранения и транспортировки, а также образование конденсата в топливной системе и нефтехранилищах приводят к биоповреждению топлива и, в результате, к нарушениям в работе двигателя — затруднению или невозможности его пуска, повышенной коррозии поверхностей (рис. 34) и увеличению нагарообразования.
Чистоту дизельного топлива определяют в лабораторных условиях по коэффициенту фильтруемости (ГОСТ 1906—73), который определяет эффективность и надежность работы двигателя, особенно его топливной системы. На фильтруемость топлива влияет наличие в нем механических примесей, воды, смолистых веществ, мыл нафтеновых кислот. Коэффициент фильтруемости находится как отношение времени фильтрования через фильтр из бумаги БФДТ при атмосферном давлении 1/10 доли фильтруемого топлива к первой. Дизельное топливо различных марок имеет коэффициент фильтруемости от 2 до 3.
Рис. 34. Металлическая сетка фильтрующего элемента: до (слева) и после (справа) коррозии
Топливо загрязняется водой в резервуарах и трубопроводах, которые часто используются для хранения различных нефтепродуктов. Микробное загрязнение топлива особенно часто происходит в резервуаре, на дне которого присутствует вода. Заражение топлива происходит путем проникновения бактерий и грибков извне с воздухом или водой, а также вследствие контакта с зараженным ранее топливом. Основное условие развития микрофлоры в топливе — наличие в нем воды со следами минеральных солей и положительная температура. Интенсивность и степень микробиологического окисления нефтепродуктов напрямую зависят от их углеводородного состава. Топливо, состоящее из линейных молекул углеводородов, разрушается интенсивнее, чем состоящее из более разветвленных изомеров. Углеводороды алифатического (парафинового) вида чаще менее биостойкие, чем ароматические, вследствие этого топливо, содержащее в основном парафиновые углеводороды, может разрушаться микроорганизмами быстрее, чем топливо с большим количеством ароматических соединений. Следовательно, легкие дистиллятные виды топлива (бензины) — более биостойкие по сравнению с дизельным топливом.
Бензины способны растворить при 20 °C от 0,01 до 0,04 % воды. Так как компоненты бензина являются неполярными соединениями, а вязкость их достаточно мала по сравнению с водой, то наблюдается рост микрокапель растворенной влаги также за счет более высокой плотности накапления ее в донной части резервуаров и баков.
В процессе хранения такого топлива содержание антиокислительных присадок в нем снижается за счет вымывания их водой. Она экстрагирует антиокислители, вследствие чего снижается октановое число бензина.
Если топливо абсолютно сухое, то развитие микроорганизмов в нем не наблюдается. Однако в реальных условиях эксплуатации, а также при транспортировке и хранении избежать попадания в него влаги практически невозможно. При этом наличия в топливе всего 0,01…0,02 % воды и даже так называемых «следов» влаги уже вполне достаточно для начала размножения микроорганизмов.
В топливе встречаются более 45 видов различных бактерий и около 20 видов различных грибков. Микроорганизмы распространяются вдоль поверхности раздела вода — топливо и живут в воде, питаясь топливом. Основными микроорганизмами, вызывающими биоповреждения топлива, являются бактерии родов Pseudomnas, Nicroсоссиs, Мiсоbacterium, а также грибы Сlаdosporium, Аsреrgillus, Репicillum, Аlternaria и др. При этом чаще других в нефтепродуктах обнаруживают бактерии Рs. aerugenosa и грибы Сlаdosporium. resinae («керосиновый гриб»).
Биоповреждения топлива связаны с микробиологическим ферментативным окислением углеводородов с образованием органических кислот, обладающих поверхностно-активными свойствами и эмульгирующих топливо. Внешне это проявляется в виде помутнения топлива вследствие образования побочных продуктов жизнедеятельности микробов, которые увеличивают растворимость воды в топливе (рис. 35).
Рис. 35. Внешний вид топлива до (слева) и после (справа) биоповреждения
Микробиологическая коррозия происходит в результате выделения бактериями сероводорода, который растворяется в топливе и вызывает сильную точечную коррозию топливных баков и трубопроводов. Микроорганизмы оседают на дне резервуаров и образуют слой, который способствует микробиологической коррозии. Осадок загрязняется жизнеспособными микробами и грибками и служит постоянным источником инфицирования. Различные добавки и присадки в дизельном топливе, особенно содержащие азот и фосфор, усваиваются микроорганизмами, и их эффективность снижается.
В зависимости от степени поражения топлива различают следующие проявления биоповреждений:
— скопление в нижней части топливных резервуаров воды с различными загрязнениями, включая бактериальную слизь;
— ухудшение качества топлива, включая образование стойких эмульсий типа «вода в масле», повышение кислотности, изменение внешнего вида (цвета и запаха) топлива, загрязнение взвешенными частицами мицелия и слизи, разложение присадок и добавок;
— образование отложений из осадков мицелия и колоний бактерий на внутренних стенках топливных систем и баков, блокирование загрязнениями трубопроводов и фильтров, в результате чего возможен отказ двигателей;
— интенсивное развитие коррозии металлов в донной части, в особенности на границе раздела топливо — вода, и в других местах, где скапливается водный шлам;
— разрушение и отслоение защитных покрытий в местах скопления колоний микроорганизмов, разрушение метаболитами уплотнительных устройств и др.;
— возникновение кожных, аллергических и других заболеваний у персонала, контактирующих с нефтепродуктами, зараженных микроорганизмами.
В общем случае, профилактика топлива от биоповреждений прежде всего, заключается в защите от попадания влаги — своевременное его осушение и удаление скопившейся воды из донной части баков и резервуаров, соблюдение санитарно — гигиенических мер хранения топлива и использование специальных антимикробных присадок (биоцидов). Защита топлива от обводнения состоит в максимальном исключении его контакта с атмосферным воздухом, особенно влажным, применении специальных адсорбирующих влагу препаратов типа силикагеля, регулярной фильтрации и т. д. Наилучшие результаты по очистке и обеззараживанию топлива обеспечивают сверхтонкие фильтры (мембраны, в том числе на основе нанотехнологий), термическая и радиационная пастеризация и стерилизация, отличающиеся интенсивностью применяемого излучения.
При этом наиболее распространенные химические средства защиты — бактерицидные присадки, не должны снижать качество горения и энергетические характеристики топлива. Вследствие этого антимикробные препараты, применяемые, например, для защиты от биоповреждений полимерных и органических материалов, не пригодны для защиты топлива. Среди многочисленных испытанных присадок наилучшими антимикробными свойствами обладает монометиловый эфир этиленгликоля с добавкой этиленгликоля в концентрации 0,1 %. Другой антимикробной присадкой является диметилалкилбензиламмоний хлорид (алкил С17—С20), относящийся к классу четвертичных аммониевых соединений и обладающий значительными поверхностно — активными свойствами. Этот препарат эффективно используется для обеззараживания топливных систем и хранилищ после слива топлива.
