On the mechanism of influence of carbon nanoparticle additives on high-temperature oxidation of diesel fuels
The problem of increasing the energy efficiency of liquid motor fuels due to ultra-small amounts of nanoparticles is considered. The relationship between the completeness of fuel combustion in engines and the preliminary liquid-phase oxidation of hydrocarbons in atomized droplets is discussed. High-...
Збережено в:
| Дата: | 2025 |
|---|---|
| Автори: | , , , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Англійська |
| Опубліковано: |
V.P. Kukhar Institute of Bioorganic Chemistry and Petrochemistry of the National Academy of Sciences of Ukraine
2025
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://kataliz.org.ua/index.php/journal/article/view/131 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Catalysis and petrochemistry |
Репозитарії
Catalysis and petrochemistry| _version_ | 1859471932265594880 |
|---|---|
| author | Pylyavsky, Volodymyr S. Polunkin, Yevhen V. Yevdokymenko, Vitalii O. Kameneva, Tetyana M. Haidai, Olha O. Melnykova, Svitlana L. Bogomolov, Yuriy I. |
| author_facet | Pylyavsky, Volodymyr S. Polunkin, Yevhen V. Yevdokymenko, Vitalii O. Kameneva, Tetyana M. Haidai, Olha O. Melnykova, Svitlana L. Bogomolov, Yuriy I. |
| author_sort | Pylyavsky, Volodymyr S. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2025-12-28T17:23:30Z |
| description | The problem of increasing the energy efficiency of liquid motor fuels due to ultra-small amounts of nanoparticles is considered. The relationship between the completeness of fuel combustion in engines and the preliminary liquid-phase oxidation of hydrocarbons in atomized droplets is discussed. High-temperature oxidation at 150 °С with air oxygen of model diesel fuel components in a bubble-type reactor was carried out. The effect of carbon spheroidal nanoclusters on the dynamics of changes in the composition of the liquid phase during oxidation under the same conditions of n-decane and n-dodecane was studied by gas-liquid chromatography. It is shown that the effect of nanoparticles on the conversion of hydrocarbons in a liquid oxidate can vary depending on the proximity of the oxidation process temperature and the boiling point of the liquid. For high-boiling n-dodecane (216 °C) under oxidation conditions at 150 °C, the presence of nanoparticles in the solution slows down the change in the composition of the liquid oxidate. When oxidizing a more low-boiling n-decane (174 °C), nanocluster additives accelerate the reduction of the initial hydrocarbon content in the liquid mass. The obtained results are explained by the simultaneous interaction of hydrocarbon molecules with oxygen in the liquid-phase and gas-phase reaction regions. Carbon nanoclusters inhibit chain reactions of liquid-phase oxidation in the kinetic mode, but activate gas-phase oxidation by accelerating the diffusion stage. Acceleration of diffusion and evaporation of hydrocarbons from the liquid phase is explained by a change in the supramolecular structure of the solution under the influence of nanoparticles with a decrease in viscosity. It is shown that the non-monotonic nature of the change in the viscosity of n-decane from the content of nanoclusters in the solution correlates with the extreme non-monotonic dependence of the energy efficiency of diesel fuel on the concentration of such additives. A possible dependence between the duration of the stages of evaporation of low-boiling components from sprayed droplets and the completeness of combustion of mixed motor fuels is considered. |
| first_indexed | 2026-03-12T15:50:23Z |
| format | Article |
| id | oai:katalizorgua:article-131 |
| institution | Catalysis and petrochemistry |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | English |
| last_indexed | 2026-03-12T15:50:23Z |
| publishDate | 2025 |
| publisher | V.P. Kukhar Institute of Bioorganic Chemistry and Petrochemistry of the National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:katalizorgua:article-1312025-12-28T17:23:30Z On the mechanism of influence of carbon nanoparticle additives on high-temperature oxidation of diesel fuels On the mechanism of influence of carbon nanoparticle additives on high-temperature oxidation of diesel fuels Pylyavsky, Volodymyr S. Polunkin, Yevhen V. Yevdokymenko, Vitalii O. Kameneva, Tetyana M. Haidai, Olha O. Melnykova, Svitlana L. Bogomolov, Yuriy I. energy efficiency of motor fuels, liquid-phase oxidation of hydrocarbons with oxygen, additives to petroleum products, carbon nanoclusters енергетична ефективність моторних палив, рідкофазне окиснення вуглеводнів киснем, добавки до нафтопродуктів, карбонові нанокластери The problem of increasing the energy efficiency of liquid motor fuels due to ultra-small amounts of nanoparticles is considered. The relationship between the completeness of fuel combustion in engines and the preliminary liquid-phase oxidation of hydrocarbons in atomized droplets is discussed. High-temperature oxidation at 150 °С with air oxygen of model diesel fuel components in a bubble-type reactor was carried out. The effect of carbon spheroidal nanoclusters on the dynamics of changes in the composition of the liquid phase during oxidation under the same conditions of n-decane and n-dodecane was studied by gas-liquid chromatography. It is shown that the effect of nanoparticles on the conversion of hydrocarbons in a liquid oxidate can vary depending on the proximity of the oxidation process temperature and the boiling point of the liquid. For high-boiling n-dodecane (216 °C) under oxidation conditions at 150 °C, the presence of nanoparticles in the solution slows down the change in the composition of the liquid oxidate. When oxidizing a more low-boiling n-decane (174 °C), nanocluster additives accelerate the reduction of the initial hydrocarbon content in the liquid mass. The obtained results are explained by the simultaneous interaction of hydrocarbon molecules with oxygen in the liquid-phase and gas-phase reaction regions. Carbon nanoclusters inhibit chain reactions of liquid-phase oxidation in the kinetic mode, but activate gas-phase oxidation by accelerating the diffusion stage. Acceleration of diffusion and evaporation of hydrocarbons from the liquid phase is explained by a change in the supramolecular structure of the solution under the influence of nanoparticles with a decrease in viscosity. It is shown that the non-monotonic nature of the change in the viscosity of n-decane from the content of nanoclusters in the solution correlates with the extreme non-monotonic dependence of the energy efficiency of diesel fuel on the concentration of such additives. A possible dependence between the duration of the stages of evaporation of low-boiling components from sprayed droplets and the completeness of combustion of mixed motor fuels is considered. Розглянуто проблему підвищення енергетичної ефективності рідких моторних палив за рахунок надмалих кількостей наночастинок. Обговорюється взаємозв’язок між повнотою згоряння палив у двигунах і попереднім рідкофазним окисненням вуглеводнів у розпилених краплях. Проведено високотемпературне окиснення при 150 °С киснем повітря модельних компонентів дизельних палив в реакторі барботажного типу. Методом газорідинної хроматографії вивчено вплив вуглецевих сфероїдальних нанокластерів на динаміку зміни складу рідкої фази під час окиснення за однакових умов н-декану та н-додекану. Показано, що вплив наночастинок на перетворення вуглеводнів у рідкому оксидаті  може бути різним залежно від близькості температури процесу окиснення та температури кипіння рідини. Для висококиплячого н-додекану (216 °С) в умовах окиснення при 150 °С наявність наночастинок в розчині уповільнює зміну складу рідкого оксидату. При окисненні більш легкокиплячого н-декану (174 °С) добавки нанокластерів прискорюють зменшення вмісту вихідного вуглеводню в рідкій масі. Отримані результати пояснюються одночасною взаємодією молекул вуглеводнів з киснем в рідкофазній і газофазній реакційних областях. Вуглецеві нанокластери гальмують ланцюгові реакції рідкофазного окиснення в кінетичному режимі, але активують газофазне окиснення за рахунок прискорення стадії дифузії. Прискорення дифузії і випаровування вуглеводнів з рідкої фази пояснюється зміною супрамолекулярної структури розчину під впливом наночастинок зі зменшенням в’язкості. Показано, що немонотонний характер зміни в’язкості н-декану від вмісту нанокластерів у розчині корелює з екстремальною немонотонною залежністю енергетичної ефективності дизельного палива від концентрації таких добавок. Розглянуто можливу залежність між тривалістю стадій випаровування легкокиплячих компонентів з розпилених крапель і повнотою згоряння сумішевих моторних палив. V.P. Kukhar Institute of Bioorganic Chemistry and Petrochemistry of the National Academy of Sciences of Ukraine 2025-12-08 Article Article application/pdf https://kataliz.org.ua/index.php/journal/article/view/131 10.15407/kataliz2025.36.086 Catalysis and petrochemistry; No. 36 (2025): Catalysis and petrochemistry; 86-97 Каталіз та нафтохімія; № 36 (2025): Каталіз та нафтохімія; 86-97 2707-5796 2412-4176 10.15407/kataliz2025.36 en https://kataliz.org.ua/index.php/journal/article/view/131/115 Copyright (c) 2025 Catalysis and petrochemistry |
| spellingShingle | енергетична ефективність моторних палив рідкофазне окиснення вуглеводнів киснем добавки до нафтопродуктів карбонові нанокластери Pylyavsky, Volodymyr S. Polunkin, Yevhen V. Yevdokymenko, Vitalii O. Kameneva, Tetyana M. Haidai, Olha O. Melnykova, Svitlana L. Bogomolov, Yuriy I. On the mechanism of influence of carbon nanoparticle additives on high-temperature oxidation of diesel fuels |
| title | On the mechanism of influence of carbon nanoparticle additives on high-temperature oxidation of diesel fuels |
| title_alt | On the mechanism of influence of carbon nanoparticle additives on high-temperature oxidation of diesel fuels |
| title_full | On the mechanism of influence of carbon nanoparticle additives on high-temperature oxidation of diesel fuels |
| title_fullStr | On the mechanism of influence of carbon nanoparticle additives on high-temperature oxidation of diesel fuels |
| title_full_unstemmed | On the mechanism of influence of carbon nanoparticle additives on high-temperature oxidation of diesel fuels |
| title_short | On the mechanism of influence of carbon nanoparticle additives on high-temperature oxidation of diesel fuels |
| title_sort | on the mechanism of influence of carbon nanoparticle additives on high-temperature oxidation of diesel fuels |
| topic | енергетична ефективність моторних палив рідкофазне окиснення вуглеводнів киснем добавки до нафтопродуктів карбонові нанокластери |
| topic_facet | energy efficiency of motor fuels liquid-phase oxidation of hydrocarbons with oxygen additives to petroleum products carbon nanoclusters енергетична ефективність моторних палив рідкофазне окиснення вуглеводнів киснем добавки до нафтопродуктів карбонові нанокластери |
| url | https://kataliz.org.ua/index.php/journal/article/view/131 |
| work_keys_str_mv | AT pylyavskyvolodymyrs onthemechanismofinfluenceofcarbonnanoparticleadditivesonhightemperatureoxidationofdieselfuels AT polunkinyevhenv onthemechanismofinfluenceofcarbonnanoparticleadditivesonhightemperatureoxidationofdieselfuels AT yevdokymenkovitaliio onthemechanismofinfluenceofcarbonnanoparticleadditivesonhightemperatureoxidationofdieselfuels AT kamenevatetyanam onthemechanismofinfluenceofcarbonnanoparticleadditivesonhightemperatureoxidationofdieselfuels AT haidaiolhao onthemechanismofinfluenceofcarbonnanoparticleadditivesonhightemperatureoxidationofdieselfuels AT melnykovasvitlanal onthemechanismofinfluenceofcarbonnanoparticleadditivesonhightemperatureoxidationofdieselfuels AT bogomolovyuriyi onthemechanismofinfluenceofcarbonnanoparticleadditivesonhightemperatureoxidationofdieselfuels |