Химия и химические технологии/5

Химия и химические технологии/5.Фундаментальные проблемы создания новых материалов и технологий

Небратенков П.А., Очередко Ю.А., Бычкова А.А.

ФГБОУ ВПО «Астраханский государственный университет», Россия

Определение железосодержащей присадки в моторном топливе

В течение длительного периода эксплуатации двигателей внутреннего сгорания (ДВС) на различных видах техники - автомобилях, морских и речных судах, воздушных аппаратах, промышленных и сельскохозяйственных тракторах и т. д. - сформировались определенные требования к качеству моторных топлив в зависимости от их назначения и условий применения. Эти требования непрерывно менялись под влиянием совершенствования ДВС, расширения сфер их применения, наличия ресурсов нефти и оказывали определенное, часто решающее значение на развитие процессов и схем переработки нефти.

Одним из требований, предъявляемых к моторным топливам, является высокая стойкость к детонации. Детонация - это процесс очень быстрого завершения процесса сгорания в результате самовоспламенения части рабочей смеси и образования ударных волн, распространяющихся со сверхзвуковой скоростью (1500 - 2000 м/с), в то время как при нормальном сгорании смеси средняя скорость распространения пламени составляет 10 - 40 м/с.

В топлива, антидетонационные свойства которых не соответствуют эксплуатационным требованиям, добавляют высокооктановые компоненты (бензол, этиловый спирт) или антидетонаторы [1].

В качестве антидетонационных присадок применяют составы, содержащие марганец или железо. Такие присадки имеют высокие антидетонационные свойства и менее токсичны по сравнению с ранее используемым ТЭС.

Большое распространение получили присадки на основе ферроцена. Ферроцен и его производные получили допуск к применению в составе бензинов всех марок в концентрации, соответствующей содержанию железа не более 37 мг/л.

Основными причинами ограничения концентрации являются:

• образование при сгорании окислов железа, которые отлагаются в камере сгорания в виде нагара, снижают работоспособность свечей зажигания, накапливаются в масле и на трущихся поверхностях, вызывая повышенный износ деталей двигателя;

• повышение склонности бензина к смолообразованию и окислению.

При концентрации (в пересчете на железо) до 37 мг Fе/л (порядка 180 г/тонну бензина) эти влияния уменьшается до уровня, наблюдаемого при применении товарных бензинов, т. е. при таких концентрациях практически не сказывается на износе двигателя [2].

Многие методы определения железа в моторном топливе, являясь многостадийными, требующими использования повышенных температур, агрессивных химических реагентов, а также специального аппаратурного оформления, требуют привлечения высококвалифицированных специалистов и могут быть использованы только в лабораторных условиях [3, 4, 5].

Поэтому целью настоящей работы явилось создание метода, позволяющего с высокой точностью определять железо в моторных топливах, но при этом простого в исполнении и не требующего особого аппаратурного оформления.

Предложенный экспресс-определитель представляет собой стеклянную трубку диаметром 5 мм и длинной 100 мм, наполненную индикатором на твердом насителе. В качестве твердого носителя используется мелкодисперсный сорбент силикагель, а в качестве индикатора - нековалентно иммобилизованный твердым носителем о-фенантролин Phen, который образует с железом (II) красный комплекс FePhen₃.

Экспресс-метод определения содержания железа в автомобильных бензинах обеспечивает достаточно точный и надежный результат за счет сорбционного концентрирования определяемого компонента, обеспечения протекания необходимых реакций и визуальной констатации процесса комплексообразования. Все процессы, необходимые для аналитического определения железа, протекают с такой скоростью, что аналитический сигнал получают сразу после контакта анализируемой пробы бензина с индикаторным составом. Окрашенная зона проявляется по мере пропускания пробы бензина через трубку-определитель.

Экспресс-определитель получали следующим образом.

В химический стакан приливали 200 см³ 6 М соляной кислоты и при постоянном перемешивании добавляли 100 см³ силикатного клея. Затем добавляли 100 см³ 1% раствора фенантролина в этиловом спирте.

Полученную суспензию перемешивали в течение 2-х часов, после чего раствор отфильтровывали и фильтр с модифицированным силикагелем помещали в сушильный шкаф с температурой 105^оС на 2 часа. Высушенный модифицированный силикагель растирали в фарфоровой ступке фарфоровым пестиком и просеивали через контрольные сита, получая фракцию с зернением 0,2 − 0,4 мм.

Полученным реагентом заполняли стеклянные трубки с внутренним диаметром 5 мм на 100 мм по высоте.

Для построения калибровочного графика готовили растворы, содержащие ион железа (II). 1 см³ раствора пропускали через трубку, наполненную модифицированным фенантролином селикагелем. Спустя 2 минуты линейкой измеряли окрашенную длину. Концентрации железа (II) в растворах, используемые для построения калибровочной прямой, и полученные при анализе длины окрашенной зоны приведены в табл. 1.

Таблица 1.

Концентрация Fe²⁺ и получаемая длина окрашенной зоны

Концентрация Fe²⁺ в растворе, мг/дм³	10	15	20	25	30	35	37	40	45	50	55
Длина окрашенной зоны, мм	26	32	41	45	49	51	53	55	61	67	71

По полученным данным построили калибровочный график, приведенный на рис. 1.

Рис. 1. Калибровочный график зависимости длины окрашенной зоны предложенного индикатора от концентрации железа (II) в растворе

Для проведения анализа использовали несколько бензинов Аи-92, ранее исследуемых на содержание железа по ГОСТ Р 52530-2006 в ЗАО «ЦИВССМ». В таблице 2 приведены значения концентрации железа в бензинах, полученные предложенным нами методом и по ГОСТ Р 52530-2006.

Таблица 2.

Анализ бензинов на содержание железа

№ п\п	Концентрация Fe²⁺, определенная по предложенному методу, мг/дм³	Концентрация Fe²⁺, определенная по ГОСТ Р 52530-2006, мг/дм³
1	5,5	5,8
2	6,2	6,2
3	8,0	8,2
4	8,3	8,5

Как видно из табл.2, данные, полученные по предложенному методу, согласуются с данными, полученными в лаборатории по ГОСТ Р 52530-2006.

Таким образом, предложенный метод позволяет определять содержание железа в моторных топливах вне лабораторных условий, то есть «на местах»: на автозаправочных станциях, базах, хранилищах и других предприятиях, производящих и потребляющих моторные топлива.

Список литературы

1. Сафонов Л.С., Ушаков А.И., Чечкенев И.В. Автомобильные топлива: Химмотология. Эксплуатационные свойства. – Спб.: НПИКЦ, 2002. – 264 с.

2. Данилов А.М. Применение присадок в топливах. – М.: Мир, 2005. – 767 с.

3. ГОСТ Р 52530-2006. Бензины автомобильные. Фотоколориметрический метод определения железа.

4. Панадий О.М., Емельянов В.Е., Александрова Е.В., Онойченко С.Н. Определение железа в автомобильном бензине // Химия и технология топлив и масел – 1996 - №5 - С.51

5. Замилова Л.М., Соколова В.И., Биктимирова Т.Г., Рыженко И.И. Атомно-абсорбционное определение железа в нефтепродуктах // Химия и технология топлив и масел – 1990 - №10 – С.31