Температурна інверсія дії багатошарових фулереноподібних структур в окисненні н-декану молекулярним киснем
Роботу присвячено актуальній проблемі підвищення енергоефективності використання рідких моторних палив (бензинів, дизельних та реактивних палив) в транспортних енергетичних установках. Одним з найбільш прийнятних шляхів вирішення цієї проблеми на сучасному етапі, що не потребує капітальних витрат, є...
Gespeichert in:
| Datum: | 2021 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainisch |
| Veröffentlicht: |
V.P. Kukhar Institute of Bioorganic Chemistry and Petrochemistry of the National Academy of Sciences of Ukraine
2021
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://kataliz.org.ua/index.php/journal/article/view/67 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Catalysis and petrochemistry |
| Завантажити файл: |  |
Institution
Catalysis and petrochemistry| _version_ | 1872009028937187328 |
|---|---|
| author | Polunkin, Ie.V. Pilyavsky, V.S. Kamenieva, T.M. Melnykova, S.L. Gajdaj, О.О. Bogomolov, Yu.I. |
| author_facet | Polunkin, Ie.V. Pilyavsky, V.S. Kamenieva, T.M. Melnykova, S.L. Gajdaj, О.О. Bogomolov, Yu.I. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "Ie.V. Polunkin",
"institution": "Інститут біоорганічної хімії та нафтохімії ім. В.П.Кухаря НАН України, 50, Харківське шосе, 02160 Київ"
},
{
"author": "V.S. Pilyavsky",
"institution": "Інститут біоорганічної хімії та нафтохімії ім. В.П.Кухаря НАН України, 50, Харківське шосе, 02160 Київ"
},
{
"author": "T.M. Kamenieva",
"institution": "Інститут біоорганічної хімії та нафтохімії ім. В.П.Кухаря НАН України, 50, Харківське шосе, 02160 Київ"
},
{
"author": "S.L. Melnykova",
"institution": "Інститут біоорганічної хімії та нафтохімії ім. В.П.Кухаря НАН України, 50, Харківське шосе, 02160 Київ"
},
{
"author": "О.О. Gajdaj",
"institution": "Інститут біоорганічної хімії та нафтохімії ім. В.П.Кухаря НАН України, 50, Харківське шосе, 02160 Київ"
},
{
"author": "Yu.I. Bogomolov",
"institution": "Інститут біоорганічної хімії та нафтохімії ім. В.П.Кухаря НАН України, 50, Харківське шосе, 02160 Київ"
}
] |
| author_sort | Polunkin, Ie.V. |
| baseUrl_str | https://kataliz.org.ua/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2023-09-28T12:23:37Z |
| description | Роботу присвячено актуальній проблемі підвищення енергоефективності використання рідких моторних палив (бензинів, дизельних та реактивних палив) в транспортних енергетичних установках. Одним з найбільш прийнятних шляхів вирішення цієї проблеми на сучасному етапі, що не потребує капітальних витрат, є покращення процесів хімічних перетворень молекул палива в двигунах під дією присадок. Запропоновано використання багатошарових фулереноподібних структур (БФС) як присадки до моторних палив. Досліджено вплив добавок модифікованих БФС на конверсію реагентів в процесах рідкофазного окиснення н-декану молекулярним киснем за невисоких (70оС) і високих (150оС) температур. Експериментально виявлено зміну напрямку дії БФС на хімічні перетворення вихідних реагентів в залежності від температури процесу. Встановлено, що за невисоких температур БФС інгібують окиснення н-декану, а за температур, близьких до температури кипіння вуглеводню, навпаки, прискорюють трансформацію вихідних молекул алкану. Методом газорідинної хроматографії проаналізовано склад продуктів перетворень алкану при високотемпературному двофазному (газорідинному) режимі окиснення. Показано, що перетворення молекул н-декану відбувається за однаковими схемами як у випадку окиснення без добавки БФС, так і за наявності в складі рідини цих сполук. Інверсійну дію БФС на окиснення вуглеводнів в залежності від температурних умов пояснено зміною під впливом наночастинок БФС надмолекулярної структури, яку утворюють у рідкий вуглеводневій матриці полярні продукти неповного окиснення. |
| doi_str_mv | 10.15407/kataliz2021.32.099 |
| first_indexed | 2026-03-12T15:50:11Z |
| format | Article |
| fulltext |
Каталіз та нафтохімія, 2021, №32 99
ISSN 2707-5796. Kataliz ta naftohimia. 2021, 32
УДК 662.758.2:665.7.038
https://doi.org/10.15407/kataliz2021.32.099
Температурна інверсія дії багатошарових фулереноподібних структур в
окисненні н-декану молекулярним киснем
Є.В. Полункін, В.С. Пилявський, Т.М. Каменєва , С.Л. Мельникова, О.О. Гайдай,
Ю.І. Богомолов
Інститут біоорганічної хімії та нафтохімії ім. В.П.Кухаря НАН України, 50, Харківське шосе,
02160 Київ, Україна, тел./факc: 044 292-30-88, Е-mail: polunkin@i.ua
Роботу присвячено актуальній проблемі підвищення енергоефективності використання рідких
моторних палив (бензинів, дизельних та реактивних палив) в транспортних енергетичних установках. Одним з
найбільш прийнятних шляхів вирішення цієї проблеми на сучасному етапі, що не потребує капітальних
витрат, є покращення процесів хімічних перетворень молекул палива в двигунах під дією присадок.
Запропоновано використання багатошарових фулереноподібних структур (БФС) як присадки до моторних
палив. Досліджено вплив добавок модифікованих БФС на конверсію реагентів в процесах рідкофазного
окиснення н-декану молекулярним киснем за невисоких (70 оС) і високих (150 оС) температур.
Експериментально виявлено зміну напрямку дії БФС на хімічні перетворення вихідних реагентів в залежності
від температури процесу. Встановлено, що за невисоких температур БФС інгібують окиснення н-декану, а за
температур, близьких до температури кипіння вуглеводню, навпаки, прискорюють трансформацію вихідних
молекул алкану. Методом газорідинної хроматографії проаналізовано склад продуктів перетворень алкану
при високотемпературному двофазному (газорідинному) режимі окиснення. Показано, що перетворення
молекул н-декану відбувається за однаковими схемами як у випадку окиснення без добавки БФС, так і за
наявності в складі рідини цих сполук. Інверсійну дію БФС на окиснення вуглеводнів в залежності від
температурних умов пояснено зміною під впливом наночастинок БФС надмолекулярної структури, яку
утворюють у рідкий вуглеводневій матриці полярні продукти неповного окиснення.
Ключові слова: моторне паливо, багатошарові фулереноподібні структури, окиснення вуглеводнів
молекулярним киснем, енергоефективність використання палив
____________________________________________________________________________________________________
Вступ
Основна доля нафтових ресурсів Землі
витрачається зараз в енергоагрегатах, до яких
відносяться, зокрема, двигуни внутрішнього
згоряння транспортних засобів. Поряд зі
споживанням великої кількості ресурсів,
енергоагрегати є також головними забруднювачами
оточуючого середовища. Загрозлива техногенна
ситуація, яку створила експлуатація сучасного
енергетичного обладнання, обумовлена, в великій
мірі, малою енергоефективністю використання палив
в таких агрегатах. Відомо, що коефіцієнт корисної дії
бензинових двигунів досягає 30–35 %, а дизельних
не перевищує 45% [1, 2].
Енергоефективність використання палив
залежить від повноти їх згоряння. З хімічної точки
зору, під повним згорянням палива розуміють
хімічну трансформацію молекул до кінцевих
продуктів окиснення – СО2 і Н2О. При неповному
окисненні палив утворюються токсичні сполуки –
проміжні продукти перетворень вуглеводнів
(альдегіди, кетони, спирти, кислоти тощо) [3, 4].
Тому підвищення повноти згоряння палив в двигунах
є актуальною проблемою для ресурсозбереження та
покращення екологічного стану. На сучасному етапі
найбільш прийнятним шляхом підвищення повноти
згоряння палив, що не потребує капітальних витрат,
слід вважати пошук та використання ефективних
присадок – каталізаторів горіння палив [4].
Нові хімічні просторові сполуки на основі
вуглецю (фулерени, їх похідні, багатошарові фуле-
реноподібні структури) зараз широко досліджуються.
Оцінюються перспективи застосування таких
матеріалів у різних галузях науки і техніки:
електроніці, лазерній техніці, медицині та ін. [5–9].
Встановлено, що фулерени активні як інгібітори
термоокиснювальної деструкції полімерів, перекисного
окиснювання ліпідів, ініційованого окиснення
вуглеводнів та ряду інших окиснювальних хімічних та
біохімічних процесів [8–10].
Відомо, що на початкових стадіях окиснення
вуглеводнів утворюються два типи вільних радикалів
mailto:polunkin
mailto:pilvs@ukr.net
100 Каталіз та нафтохімія, 2021, №32
ISSN 2707-5796. Kataliz ta naftohimia. 2021, 32
– алкільні (R•) та пероксидні (ROO•). Такі радикали є
активними центрами зародження ланцюгових
реакцій перетворень вуглеводнів при взаємодії з
молекулярним киснем.
Інгібуюча дія фулеренів обумовлена захватом
пероксидних та алкільніх вільних радикалів
ненасиченими подвійними зв’язками вуглецевого
остова багатошарових фулеренів з утворенням
стабільних радикалів [11, 12]. Стабілізація активних
вільних радикалів фулеренами за класичною схемою
відбувається, як правило, стехіометрично і
характеризується часом, протягом якого спосте-
рігається ефект гальмування окиснення під впливом
інгібітора [13].
Дослідження інгібуючої дії фулеренів при
окисненні рідких органічних речовин було
проведено здебільшого за невисоких температур в
гомогенних системах, де взаємодія відбувалась за
участю молекулярного кисню, розчиненого в рідкій
фазі окиснюваного субстрату. Тестові експерименти
з виявлення активності багатошарових фулеренів в
таких дослідженнях здійснюють, як правило, з
використанням газометричної установки методом
волюмометрії [13–18].
Якщо спиратись на результати оцінки
інгібуючих властивостей фулеренів за невисоких
температур і поширювати їх на область
високотемпературного окиснення (та горіння)
вуглеводнів, то слід було б чекати, що добавка
фулеренів в палива повинна гальмувати швидкість
процесів окиснення компонентів моторних палив і
знижувати їх повноту згоряння.
Але в роботі [19] нами показано, що при
додаванні в дизельне паливо декількох ppm
багатошарових фулереноподібних структур (БФС)
питомі витрати палива (витрати палива для
отримання одиниці корисної потужності)
зменшились на 10–15% при одночасному зменшенні
кількості викидів проміжних токсичних сполук у
відпрацьованих газах двигуна. За результатами
вимірювання індикаторної діаграми двигуна [20],
нами було виявлено підвищення максимального
тиску в камері згоряння за наявності в паливі
добавки цих сполук. Отримані результати пояснено
збільшенням повноти згоряння палива під впливом
фулереноподібних наночастинок [19].
Метою роботи є виявлення та обґрунтування
умов, за яких інгібуюча дія БФС на окиснення
компонентів рідких моторних палив молекулярним
киснем може змінюватись на протилежну –
поглиблення конверсії вихідних молекул
вуглеводнів.
Матеріали та методи дослідження
Як модельну систему окиснення
використовували аліфатичний вуглеводень н-декан,
що є одним з характерних компонентів рідких
моторних палив. Дослідження проводили з однієї
партії н-декану (виробництво фірми “Merck”,
Німеччина, з вмістом основного компоненту
99,56%).
Багатошарові фулереноподібні структури було
напрацьовано високочастотним розрядно-імпульс-
ним синтезом з використанням залізних електродів і
легких вуглеводнів (пропан-бутанова фракція) як
вихідного матеріалу за методикою, викладеною в
[21].
Хімічну модифікацію отриманих БФС
проводили бромуванням за кімнатної температури
(20 °С) в надлишку рідкого брому. Залишковий
бром відгоняли у вакуумі при 20 °С. Виділення
наночастинок та фракціонування їх за розмірами
проводили шляхом екстрагування абсолютним
етанолом. За результатами хімічного аналізу, вміст
брому в синтезованому продукті становив
приблизно 60%, мас. Середній розмір відібраних
БФС за оцінками, проведеними методами
електронної та атомно-силової мікроскопії, складав
10–15 нм.
Інгібуючі властивості бромованих похідних
БФС оцінювали волюмометричним методом на
газометричній установці в умовах ініційованого
2,2΄-азо-біс-ізобутиронітрилом (АІБН, 1,83 ∙ 10-2
М) окиснення н-декану за температури 70 °С по
поглинанню кисню повітря [22]. АІБН очищали
методом перекристалізації з етанолу.
Перемішування рідкої фази відбувалось за
рахунок безперервного струшування за допомогою
спеціального пристрою. На практиці частота
струшування складає 5–10 сек-1. При цьому
досягається кінетичний режим процесу.
Вплив БФС на кінетику окиснення н-декану
за підвищених температур (150 °С) досліджували
за методом оцінки термоокиснювальної стабіль-
ності нафтопродуктів, ідентичним стандартному
методу АСТМ Д 943 "Standard Test Method for
Oxidation Characteristics of Inhibited Mineral Oils".
Газохроматографічний аналіз продуктів
окиснення було виконано на хроматографі “Agilent
Technologies 7890А” з полум’яно-іонізаційним
детектором з використанням кварцової капілярної
колонки довжиною 60 м, внутрішнім діаметром
0,320 мм з середньополярною ціанопропілметилсилі-
коновою (6% ціанопропіл-, 94% метилполісилоксан)
нерухомою фазою DB-624 UI (товщина шару
1,8 мкм) в ізотермічному режимі. Температура
аналізу становила 210 оС, температура випарника –
270 оС, детектора – 250 оС. Проби вводились в колонку
мікро-шприцем ємністю 10,0 мкл. Об’єм проби: 0,4–
0,6 мкл. Обробку результатів проводили з
використанням аналітичної програми СhemStation.
Каталіз та нафтохімія, 2021, №32 101
ISSN 2707-5796. Kataliz ta naftohimia. 2021, 32
Результати досліджень та їх обговорення
Результати оцінки впливу добавки БФС на
швидкість ініційованого окиснення н-декану за
невисоких температур наведено на рис. 1.
-0.8 0.2 1.2
2
2.05
2.1
2.15
2.2
2.25
2.3
2.35
2.4
2.45
2.5
Концентрація БФС, % мас.
Ш
ви
д
кі
ст
ь
о
ки
сн
ен
н
я
,W
·1
0
-6
, M
·c
-1
`
Рис. 1. Вплив концентрації БФС на швидкість
ініційованого окиснення н-декану при 70 °С.
Отримані результати свідчать, що
бромовані БФС при ініційованому окисненні
вуглеводнів за умов невисоких температур дійсно є
інгібіторами слабкої дії. Згідно з експери-
ментальними даними, швидкість неінгібованого
ініційованого окиснення н-декану (W0) становила
2,47 · 10-6 М · с-1. Введення в окиснювальну
систему бромованих БФС уповільнює поглинання
кисню н-деканом, швидкість окиснення
вуглеводню знижується на 20% в діапазоні
концентрацій добавки 0,5·10-3–1,2% мас. (рис. 1).
Найбільш стрімке зниження швидкості окиснення
спостерігалось при внесенні малих кількостей
добавки БФС (менше 10-3% мас.), а при
подальшому додаванні бромованих БФС в
окиснюваний н-декан швидкість окиснювання
слабо змінюється зі зростанням концентрації
добавки.
За умов проведення експериментів швид-
кість окиснення н-декану не залежала від парціаль-
ного тиску кисню в інтервалі 0,02−0,1 МПа, тобто
обрив ланцюгів відбувається переважно за
реакцією БФС з пероксильними радикалами [13].
На рис. 2 наведено результати дослідження
конверсії чистого н-декану та н-декану з добавкою
1·10-3 г/л бромованих БФС у часі при
автоокисненні в барботажному реакторі у потоці
повітря 10 дм3/год за температури 150 оС.
З кінетичних залежностей, наведених на
рис. 2, видно зменшення концентрації н-декану та
зростання концентрації основних продуктів
окиснення – ізомерних кетонів С10 з різним
розміщенням карбонільної групи вздовж
вуглеводневого ланцюга (деканон-5, деканон-4,
деканон-3 та деканон-2). Вміст ізомерних деканонів в
оксидаті становить ~50% від суми усіх продуктів
окиснення.
Серед інших оксигенатів знайдено деяку
кількість аліфатичних кислот С1–С9 та залишки
альдегідів. З поглибленням процесу окиснення у
часі понад 2,0–2,5 години в продуктах окиснення
з’являються сполуки з температурою кипіння
понад 260 оС, які можна віднести до естерних
сполук. Вміст їх невеликий, але в системі з
добавкою він в 3,5–5 разів вищий, ніж для
вихідного н-декану (рис. 2, в). Характер кривих
окиснення н-декану у часі відповідає кінетиці
накопичення гідропероксидів: спостерігається
повільний розвиток реакції (період індукції) на
початку процесу, який змінюється періодом
автоприскореного розвитку. Така закономірність
корелює зі швидкістю розкладу гідропероксиду,
яка зростає з утворенням кисневмісних сполук в
оксидаті. Послідовність утворення продуктів
окиснення н-декану описується схемою [22, 23]
Враховуючи наявність в молекулі бромованих
БФС, поряд з электронодефіцитною системою з
кратними зв’язками між атомами вуглецю, також
атомів брому, які поляризують молекулу, можна
припустити, що у відсутності ініціатора за
підвищених температур швидкість реакції кисню з
молекулами добавки за схемою:
> C = C Br – CH2 – Br + O2 →
> C = C Br – CН2 – Br (O2)→
> C = C Br – CН∙– Br + HOO∙
буде вищою, ніж з молекулами субстрату і що
ланцюгову реакцію окиснення н-декану, в першу
чергу, ініціюють саме радикали НОО
∙
, утворені за
наведеною схемою. Дійсно, за згаданих умов,
період індукції для чистого вуглеводню, суттєво
перевищує відповідні дані для системи з добавкою
бромованих БФС (~120 хв для н-декану і ~ 90 хв
для н-декану з добавкою), а швидкість окиснення
н-декану в другому випадку значно перевищує
відповідні дані для вихідного вуглеводню.
Конверсія н-декану в присутності добавки при
п’ятигодинному окисненні становила 19,3%, в той
час, як чистого н-декану – лише 4,8% (рис. 2).
102 Каталіз та нафтохімія, 2021, №32
ISSN 2707-5796. Kataliz ta naftohimia. 2021, 32
0 40 80 120 160 200 240 280
80
84
88
92
96
100
Час окиснення, хв
К
о
н
ц
ен
тр
ац
ія
н
-д
ек
ан
у
, %
м
ас
.
а
0 50 100 150 200 250 300
0
2
4
6
8
10
Час окиснення, хв
К
о
н
ц
ен
тр
ац
ія
із
о
м
ер
н
и
х
д
ек
ан
о
н
ів
,
%
м
ас
.
б
0 50 100 150 200 250 300
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
Час окиснення, хв
К
о
н
ц
ен
тр
ац
ія
ви
со
ко
м
о
ле
ку
ля
р
н
и
х
ес
те
р
н
и
х
с
п
о
лу
к,
%
м
ас
.
в
Рис. 2. Зміна у часі концентрації н-декану (а), основних продуктів його автоокиснення – ізомерних
деканонів (б), а також високомолекулярних естерних сполук (в) у рідких модельних системах (температура 150 оС,
швидкість потоку повітря 10 дм3/год.).
За результатами газохроматографічного
аналізу, на фоні зростання вмісту продуктів
окиснення у часі, компонентний склад
досліджуваних систем практично не змінюється з
переходом від вихідного н-декану до композицій з
добавкою бромованих БФС. Це є свідченням того,
що додані наночастинки виконують роль
каталізатора окиснення, але не змінюють механізм
реакції. Саме властивістю бромованих
фулереноподібних матеріалів за підвищених
температур ініціювати радикально-ланцюгові
реакції автоокиснення вуглеводнів можна
пояснити прискорення і поглиблення процесів
згоряння палив в двигунах внутрішнього згоряння,
підвищення повноти згоряння та зменшення витрат
палива, що було показано нами в попередніх
дослідженнях [19].
Каталіз та нафтохімія, 2021, №32 103
ISSN 2707-5796. Kataliz ta naftohimia. 2021, 32
Висновки
Встановлено різноспрямований вплив
бромованих багатошарових фулереноподібних
структур на окиснення алканів в різних умовах: за
невисоких температур бромовані БФС інгібують
вільно-радикальне перетворення органічних
речовин, а за температур, наближених до
температури кипіння рідкого субстрату,
прискорюють процес та поглиблюють конверсію
вуглеводнів, але не змінюють механізм
радикально-ланцюгових перетворень, продукти
окиснення відрізняються лише кількісним
співвідношенням компонентів.
Виявлений інверсний характер впливу БФС
на окиснення алканів в залежності від температури
дозволяє рекомендувати їх як перспективну
активну основу присадок подвійної дії для
вуглеводневих рідких моторних палив
(антиоксиданти при зберіганні та каталізатори при
використанні в двигунах).
Література
1. Галышев Ю.В., Магидович Л.Е., Румянцев
В.В. Топливные проблемы транспортной
энергетики. Санкт-Петербург, Изд-во Санкт-
Петербургского Политехнического
университета, 2005. 235.
2. Гусаров А.П. Потребление топлива и выбросы
СО2 автомобилями. Журнал автомобильных
инженеров. 2009. 5. 48–53.
3. Сафонов А.С., Ушаков А.И., Гришин В.В.
Химмотология горюче-смазочных мате-
риалов. Санкт-Петербург. НПИКЦ. 2007. 488.
4. Данилов А.М. Применение присадок в
топливах. Москва. Химиздат. 2010. 368.
5. Трошин П.А., Трошина О.А., Любовская Р.Н.,
Разумов В.Ф. Функциональные производные
фуллеренов: методы синтеза и перспективы
использования в органической электронике и
биомедицине. Иваново. Ивановский
государственный университет. 2008. 310.
6. Пиотровский Л.Б., Киселев О.И. Фуллерены в
биологии. Санкт-Петербург. Росток. 2006.
336.
7. Сидоров Л.Н., Юровская М.А., Борщевский
А.Я., Трушков И.В., Иоффе И.Н. Фуллерены.
Москва. Экзамен. 2005. 688.
8. Фуллерены и фуллереноподобные структуры
в конденсированных средах: Сб. тез. докл.
Мн. УП «Технопринт». 2002. 224.
9. Zeynalov E.B., Koβmehl G. Fullerene C60 as an
antioxidant for polymers. Polym. Degrad. Stabil.
2001. 71. 197–202.
10. Денисов Е.Т., Саркисов О.М., Лихтенштейн
Г.И. Химическая кинетика. Москва. Химия.
2000. 568.
11. Krusic P.J., Wasserman E., Keizer P.N., Morton
J.R., Preston K.F. Radical reactions of C60.
Science. 1991. 254. 1223–1225.
12. Morton J.R., Negri F., Preston K.F. Addition of
free radicals to C60. Acc. Chem. Res. 1998. 31.
63–69.
13. Ковтун Г.О., Жила Р.С., Каменєва Т.М.
Кінетична модель інгібуючої дії фулерену С60
при окисненні бензилового спирту. Катализ и
нефтехимия. 2007. №15. 97–99.
14. Ковтун, Г.А., Каменева Т.М., Кочканян Р.О.
Фуллерен С60 в обрыве цепей окисления
органических соединений. Катализ и
нефтехимия. 2003. №11. 36–38.
15. Zeynalov E.B., Koβmehl G. Fullerene C60 as an
antioxidant for polymers. Polym. Degrad. Stabil.
2001. 71. 197–202.
16. Zeynalov E.B., Allen N.S., Salmanova N.I.
Radical scavenging efficiency of different
fullerenes C60–C70 and fullerene soot. Polym.
Degrad. Stabil. 2009. 94. 1183–1189.
17. Якупова Л.Р., Сахаутдинов И.М., Маликова
Р.Н., Сафиуллин Р.Л. Влияние фуллерена,
содержащего малеопимариимидный
заместитель, на кинетику жидкофазного
радикально-цепного окисления этилбензола.
Кинетика и катализ. 2019. 60(1). 25–32.
18. Сафарова И.В., Шарипова Г.М., Нугуманова
Э.Ф., Герчиков А.Я. Кинетические
характеристики фуллерена C60 в качестве
антиоксиданта в реакции инициированного
окисления этилбензола. Вест. БГУ. 2016.
21(1). 37–40.
19. Полункін Є.В., Пилявський В.С., Березницький
Я.О., Каменєва Т.М., Левтеров А.М., Авраменко
А.М. Покращення хіммотологічних
властивостей дизельного палива мікродобавкою
вуглецевих сфероїдальних наночасток. Каталіз
та нафтохімія. 2020. №29. 59–64.
20. Колчин А.И., Демидов В.П. Расчет
автомобильных и тракторных двигателей.
Москва. Высшая школа. 2008. 496.
21. Рудь А.Д., Кускова Н.И., Богуславский Л.З.,
Кирьян И.М., Зелинская Г.М., Белый Н.М.
Структурно-энергетические аспекты синтеза
углеродных наноматериалов высоко-
вольтными электроразрядными методами.
Химия и химическая технология. 2013. 56(7).
99–104.
22. Денисов Е.Т., Азатян В.В. Ингибиро-
вание цепных реакций. Черноголовка. Изд-
е РАН. 1997. 288 с.
23. Эмануэль Н.М., Денисов Е.Т., Майзус З.К.
Цепные реакции окисления углеводородов в
жидкой фазе. М.: Наука, 1965. 375 с.
104 Каталіз та нафтохімія, 2021, №32
ISSN 2707-5796. Kataliz ta naftohimia. 2021, 32
References
1. Galyshev Yu.V., Magidovich L.E., Rumyantsev
V.V. Toplivnyye problemy transportnoy
energetiki. Sankt-Peterburg. Izd-vo Sankt-
Peterburgskogo Politekhnicheskogo universiteta.
2005. 235. [In Russian].
2. Gusarov A.P. Potrebleniye topliva i vybrosy СO2
avtomobilyami. Zhurnal avtomobilnykh
inzhenerov. 2009. 5. 48-53. [In Russian].
3. Safonov A.S., Ushakov A.I., Grishin V.V.
Khimmotologiya goryuche-smazochnykh
materialov. Sankt-Peterburg. NPIKTs. 2007. 488.
[In Russian].
4. Danilov A.M. Primeneniye prisadok v toplivakh.
Moskva. Khimizdat. 2010. 368. [In Russian].
5. Troshin P.A., Troshina O.A., Lyubovskaya R.N.,
Razumov V.F. Funktsionalnyye proizvodnyye
fullerenov: metody sinteza i perspektivy
ispolzovaniya v organicheskoy elektronike i
biomeditsine. Ivanovo. Ivanovskiy
gosudarstvennyy universitet. 2008. 310. [In
Russian].
6. Piotrovskiy L.B., Kiselev O.I. Fullereny v biologii.
Sankt-Peterburg. Rostok. 2006. 33. (In Russian).
7. Sidorov L.N., Yurovskaya M.A., Borshchevskiy
A.Ya., Trushkov I.V., Ioffe I.N. Fullereny.
Moskva. Ekzamen. 2005. 688. [In Russian].
8. Fullereny i fullerenopodobnyye struktury v
kondensirovannykh sredakh: Sb. tez. dokl. Mn. UP
«Tekhnoprint». 2002. 224. (In Russian).
9. Zeynalov E.B., Koβmehl G. Fullerene C60 as an
antioxidant for polymers. Polym. Degrad. Stabil.
2001. 71. 197-202.
10. Denisov E.T., Sarkisov O.M., Likhtenshteyn G.I.
Khimicheskaya kinetika. Moskva. Khimiya. 2000.
568. [In Russian].
11. Krusic P.J., Wasserman E., Keizer P.N., Morton
J.R., Preston K.F. Radical reactions of C60.
Science. 1991. 254. 1223-1225.
12. Morton J.R., Negri F., Preston K.F. Addition of
free radicals to C60. Acc. Chem. Res. 1998. 31. 63-
69.
13. Kovtun G.O., Zhila R.S., Kamenyeva T.M.
Kinetichna model ingibuyuchoyi diyi fulerenu S60
pri okisnenni benzilovogo spirtu. Kataliz i
neftehimiya. 2007. 15. 97-99. [In Ukrainian].
14. Kovtun. G.A., Kameneva T.M., Kochkanyan R.O.
Fulleren С60 v obryve tsepey okisleniya
organicheskikh soyedineniy. Kataliz i
neftekhimiya. 2003. 11. 36-38. [In Russian].
15. Zeynalov E.B., Koβmehl G. Fullerene C60 as an
antioxidant for polymers. Polym. Degrad. Stabil.
2001. 71. 197-202.
16. Zeynalov E.B., Allen N.S., Salmanova N.I.
Radical scavenging efficiency of different
fullerenes C60–C70 and fullerene soot. Polym.
Degrad. Stabil. 2009. 94. 1183-1189.
17. Yakupova L.R., Sakhautdinov I.M., Malikova
R.N., Safiullin R.L. Vliyaniye fullerena.
soderzhashchego maleopimariimidnyy
zamestitel. na kinetiku zhidkofaznogo radikalno-
tsepnogo okisleniya etilbenzola. Kinetika i
kataliz. 2019. 60(1). 25-32. [In Russian].
18. Safarova I.V., Sharipova G.M., Nugumanova
E.F., Gerchikov A.Ya. Kineticheskiye
kharakteristiki fullerena C60 v kachestve
antioksidanta v reaktsii initsiirovannogo
okisleniya etilbenzola. Vest. BGU. 2016. 21(1).
37-40. [In Russian].
19. Polunkin Ye.V., Pilyavskij V.S., Bereznickij
Ya.O., Kamenyeva T.M., Levterov A.M.,
Avramenko A.M. Pokrashennya
himmotologichnih vlastivostej dizelnogo paliva
mikrodobavkoyu vuglecevih sferoyidalnih
nanochastok. Kataliz ta naftohimiya. 2020. 29.
59-64. [In Ukrainian].
20. Kolchin A.I., Demidov V.P. Raschet
avtomobilnykh i traktornykh dvigateley. Moskva.
Vysshaya shkola. 2008. 496. [In Russian].
21. Rud A.D., Kuskova N.I., Boguslavskiy L.Z.,
Kirian I.M., Zelinskaya G.M, Belyy N.M.
Strukturno-energeticheskiye aspekty sinteza
uglerodnykh nanomaterialov vysokovoltnymi
elektrorazryadnymi metodami. Khimiya i
khimicheskaya tekhnologiya. 2013. 56(7). 99-
104. [In Russian].
22. Denisov E.T., Azatyan V.V. Ingibirovaniye
tsepnykh reaktsiy. Chernogolovka. Izd-e RAN.
1997. 288. [In Russian].
23. Emanuel N.M., Denisov E.T., Majzus Z.K.
Tsepnyye reaktsii okisleniya uglevodorodov v
zhidkoy faze. М.: Nauka, 1965. 375 с. [In
Russian].
Надійшла до редакції 18.11.2021р.
Каталіз та нафтохімія, 2021, №32 105
ISSN 2707-5796. Kataliz ta naftohimia. 2021, 32
Temperature inversion of the action of multilayer fullerenoid structures in the
oxidation of N-decan by molecular oxygen
Ie.V. Polunkin, V.S. Pilyavsky, T.M. Kamenieva, S.L. Melnykova, О.О. Gajdaj, Yu.I. Bogomolov
1 V.P. Kukhar Institute of Bioorganic Chemistry and Petrochemistry of the National Academy of Sciences of Ukraine,
Ukraine, 02160, Kyiv, 50, Kharkivske shausse, tel./fax: 044 292-30-88,
Е-mail: polunkin@i.ua
It was established that at low temperatures MFS inhibit the oxidation of n-decan, and at temperatures close to
the boiling point of the hydrocarbon, on the contrary, accelerate the transformation of the original alkane molecules.
The composition of alkane transformation products in the high-temperature two-phase (gas-liquid) oxidation regime
was analyzed by gas-liquid chromatography. It is shown that the transformation of n-decan molecules occurs
according to the same schemes both in the case of oxidation without the additive of MFS, and in the presence of these
compounds in a liquid. The work is devoted to the actual problem of increasing the energy efficiency of liquid motor
fuels (gasoline, diesel and jet fuels) in transport power plants. One of the most acceptable ways to solve this problem
at the present stage, which does not require capital expenditure, is to improve the processes of chemical
transformations of fuel molecules in engines under the action of additives. The use of multilayer fullerene-like
structures (MFS) as additives to motor fuels is proposed. The influence of additives modified MFS on the conversion
of reagents in the processes of liquid-phase oxidation of n-decan by molecular oxygen at low (70 °C) and high
(150 °C) temperatures has been studied. The change in the direction of the MFS action on chemical transformation of
initial reagents depending on process temperature is experimentally revealed. It was established that at low
temperatures MFS inhibit the oxidation of n-decan, and at temperatures close to the boiling point of hydrocarbons, on
the contrary, accelerate the transformation of the original alkane molecules. The composition of alkane transformation
products at high-temperature two-phase (gas-liquid) oxidation regime was analyzed by gas-liquid chromatography. It
is shown that the transformation of n-decan molecules occurs according to the same schemes both in the case of
oxidation without the additive of MFS, and in the presence of these compounds in a liquid.
Keywords: motor fuel, multilayer fullerene structures, oxidation of hydrocarbons with molecular oxygen,
energy efficiency of fuel use
mailto:polunkin@i.ua
|
| id | oai:katalizorgua:article-67 |
| institution | Catalysis and petrochemistry |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-03-12T15:50:11Z |
| publishDate | 2021 |
| publisher | V.P. Kukhar Institute of Bioorganic Chemistry and Petrochemistry of the National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | katalizorgua/b8/00daea8869dd0382444d2a2fa82716b8.pdf |
| spelling | oai:katalizorgua:article-672023-09-28T12:23:37Z Температурна інверсія дії багатошарових фулереноподібних структур в окисненні н-декану молекулярним киснем Temperature inversion of the action of multilayer fullerenoid structures in the oxidation of N-decan by molecular oxygen Polunkin, Ie.V. Pilyavsky, V.S. Kamenieva, T.M. Melnykova, S.L. Gajdaj, О.О. Bogomolov, Yu.I. motor fuel multilayer fullerene structures oxidation of hydrocarbons with molecular oxygen energy efficiency of fuel use моторне паливо багатошарові фулереноподібні структури окиснення вуглеводнів молекулярним киснем енергоефективність використання палив Роботу присвячено актуальній проблемі підвищення енергоефективності використання рідких моторних палив (бензинів, дизельних та реактивних палив) в транспортних енергетичних установках. Одним з найбільш прийнятних шляхів вирішення цієї проблеми на сучасному етапі, що не потребує капітальних витрат, є покращення процесів хімічних перетворень молекул палива в двигунах під дією присадок. Запропоновано використання багатошарових фулереноподібних структур (БФС) як присадки до моторних палив. Досліджено вплив добавок модифікованих БФС на конверсію реагентів в процесах рідкофазного окиснення н-декану молекулярним киснем за невисоких (70оС) і високих (150оС) температур. Експериментально виявлено зміну напрямку дії БФС на хімічні перетворення вихідних реагентів в залежності від температури процесу. Встановлено, що за невисоких температур БФС інгібують окиснення н-декану, а за температур, близьких до температури кипіння вуглеводню, навпаки, прискорюють трансформацію вихідних молекул алкану. Методом газорідинної хроматографії проаналізовано склад продуктів перетворень алкану при високотемпературному двофазному (газорідинному) режимі окиснення. Показано, що перетворення молекул н-декану відбувається за однаковими схемами як у випадку окиснення без добавки БФС, так і за наявності в складі рідини цих сполук. Інверсійну дію БФС на окиснення вуглеводнів в залежності від температурних умов пояснено зміною під впливом наночастинок БФС надмолекулярної структури, яку утворюють у рідкий вуглеводневій матриці полярні продукти неповного окиснення. It was established that at low temperatures MFS inhibit the oxidation of n-decan, and at temperatures close to the boiling point of the hydrocarbon, on the contrary, accelerate the transformation of the original alkane molecules. The composition of alkane transformation products in the high-temperature two-phase (gas-liquid) oxidation regime was analyzed by gas-liquid chromatography. It is shown that the transformation of n-decan molecules occurs according to the same schemes both in the case of oxidation without the additive of MFS, and in the presence of these compounds in a liquid. The work is devoted to the actual problem of increasing the energy efficiency of liquid motor fuels (gasoline, diesel and jet fuels) in transport power plants. One of the most acceptable ways to solve this problem at the present stage, which does not require capital expenditure, is to improve the processes of chemical transformations of fuel molecules in engines under the action of additives. The use of multilayer fullerene-like structures (MFS) as additives to motor fuels is proposed. The influence of additives modified MFS on the conversion of reagents in the processes of liquid-phase oxidation of n-decan by molecular oxygen at low (70°C) and high (150°C) temperatures has been studied. The change in the direction of the MFS action on chemical transformation of initial reagents depending on process temperature is experimentally revealed. It was established that at low temperatures MFS inhibit the oxidation of n-decan, and at temperatures close to the boiling point of hydrocarbons, on the contrary, accelerate the transformation of the original alkane molecules. The composition of alkane transformation products at high-temperature two-phase (gas-liquid) oxidation regime was analyzed by gas-liquid chromatography. It is shown that the transformation of n-decan molecules occurs according to the same schemes both in the case of oxidation without the additive of MFS, and in the presence of these compounds in a liquid. V.P. Kukhar Institute of Bioorganic Chemistry and Petrochemistry of the National Academy of Sciences of Ukraine 2021-12-28 Article Article application/pdf https://kataliz.org.ua/index.php/journal/article/view/67 10.15407/kataliz2021.32.099 Catalysis and petrochemistry; No. 32 (2021): Catalysis and petrochemistry; 99-105 Каталіз та нафтохімія; № 32 (2021): Каталіз та нафтохімія; 99-105 2707-5796 2412-4176 10.15407/kataliz2021.32 uk https://kataliz.org.ua/index.php/journal/article/view/67/57 Copyright (c) 2021 Catalysis and petrochemistry |
| spellingShingle | моторне паливо багатошарові фулереноподібні структури окиснення вуглеводнів молекулярним киснем енергоефективність використання палив Polunkin, Ie.V. Pilyavsky, V.S. Kamenieva, T.M. Melnykova, S.L. Gajdaj, О.О. Bogomolov, Yu.I. Температурна інверсія дії багатошарових фулереноподібних структур в окисненні н-декану молекулярним киснем |
| title | Температурна інверсія дії багатошарових фулереноподібних структур в окисненні н-декану молекулярним киснем |
| title_alt | Temperature inversion of the action of multilayer fullerenoid structures in the oxidation of N-decan by molecular oxygen |
| title_full | Температурна інверсія дії багатошарових фулереноподібних структур в окисненні н-декану молекулярним киснем |
| title_fullStr | Температурна інверсія дії багатошарових фулереноподібних структур в окисненні н-декану молекулярним киснем |
| title_full_unstemmed | Температурна інверсія дії багатошарових фулереноподібних структур в окисненні н-декану молекулярним киснем |
| title_short | Температурна інверсія дії багатошарових фулереноподібних структур в окисненні н-декану молекулярним киснем |
| title_sort | температурна інверсія дії багатошарових фулереноподібних структур в окисненні н-декану молекулярним киснем |
| topic | моторне паливо багатошарові фулереноподібні структури окиснення вуглеводнів молекулярним киснем енергоефективність використання палив |
| topic_facet | motor fuel multilayer fullerene structures oxidation of hydrocarbons with molecular oxygen energy efficiency of fuel use моторне паливо багатошарові фулереноподібні структури окиснення вуглеводнів молекулярним киснем енергоефективність використання палив |
| url | https://kataliz.org.ua/index.php/journal/article/view/67 |
| work_keys_str_mv | AT polunkiniev temperaturnaínversíâdííbagatošarovihfulerenopodíbnihstrukturvokisnenníndekanumolekulârnimkisnem AT pilyavskyvs temperaturnaínversíâdííbagatošarovihfulerenopodíbnihstrukturvokisnenníndekanumolekulârnimkisnem AT kamenievatm temperaturnaínversíâdííbagatošarovihfulerenopodíbnihstrukturvokisnenníndekanumolekulârnimkisnem AT melnykovasl temperaturnaínversíâdííbagatošarovihfulerenopodíbnihstrukturvokisnenníndekanumolekulârnimkisnem AT gajdajoo temperaturnaínversíâdííbagatošarovihfulerenopodíbnihstrukturvokisnenníndekanumolekulârnimkisnem AT bogomolovyui temperaturnaínversíâdííbagatošarovihfulerenopodíbnihstrukturvokisnenníndekanumolekulârnimkisnem AT polunkiniev temperatureinversionoftheactionofmultilayerfullerenoidstructuresintheoxidationofndecanbymolecularoxygen AT pilyavskyvs temperatureinversionoftheactionofmultilayerfullerenoidstructuresintheoxidationofndecanbymolecularoxygen AT kamenievatm temperatureinversionoftheactionofmultilayerfullerenoidstructuresintheoxidationofndecanbymolecularoxygen AT melnykovasl temperatureinversionoftheactionofmultilayerfullerenoidstructuresintheoxidationofndecanbymolecularoxygen AT gajdajoo temperatureinversionoftheactionofmultilayerfullerenoidstructuresintheoxidationofndecanbymolecularoxygen AT bogomolovyui temperatureinversionoftheactionofmultilayerfullerenoidstructuresintheoxidationofndecanbymolecularoxygen |