vestichИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия химических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus, Chemical Series1561-83312524-2342The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8331-2022-58-2-169-177vestich-719Research ArticleКОЛЛОИДНАЯ ХИМИЯCOLLOIDAL CHEMISTRYПолучение стабилизированных концентрированных топливных эмульсий со смешанной органической фазойObtaining stabilized concentrated fuel emulsions with a mixed organic phaseЯковецН. В.YakavetsN. V.

Яковец Наталья Вячеславовна - кандидат химических наук, старший научный сотрудник.

ул. Сурганова, 9/1, 220072, Минск.

Natallia V. Yakavets - Ph. D (Chemistry), Senior Researcher, Institute of General and Inorganic Chemistry of the National Academy of Sciences of Belarus.

9/1, Surganov Str., 220072, Minsk.

yakovetsnataly@gmail.comКрутькоН. П.Krut’koN. P.

Крутько Николай Павлович - академик НАН Беларуси, доктор химических наук, заведующий отделом.

ул. Сурганова, 9/1, 220072, Минск.

Nikolai P. Krut’ko - Academician of the National Academy of Sciences of Belarus, D. Sc. (Chemistry), Head of the Department, Institute of General and Inorganic Chemistry of the National Academy of Sciences of Belarus.

9/1, Surganov Str., 220072, Minsk.

krutko@igic.bas-net.byИнститут общей и неорганической химии Национальной академии наук БеларусиInstitute of General and Inorganic Chemistry of the National Academy of Sciences of Belarus202208062022582169177Copyright © Яковец Н.В., Крутько Н.П., 20222022Яковец Н.В., Крутько Н.П.Yakavets N.V., Krut’ko N.P.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestichem.belnauka.by/jour/article/view/719

Работа посвящена получению концентрированных топливных эмульсий типа «вода в масле» (эмульсий II рода, обратных эмульсий) со смешанной органической фазой (углеводороды из дизельного топлива и сивушного масла), стабилизированных поверхностно-активными композициями на основе карбоновых кислот и аминосодержащих соединений. Использование водотопливных эмульсий на основе жидких углеводородов перспективно для снижения расходов в нефтехимической отрасли, повышения энергосбережения и улучшения экологии путем утилизации отходов ректификации спиртов. Эмульсии не теряют качества при длительном хранении и способны сгорать с высокой тепловой эффективностью. Синтезированные поверхностно-активные реагенты, которые используются в качестве стабилизаторов эмульсий, исследованы методом ИК-спектроскопии. Для них тензиометрическим методом получены изотермы поверхностного натяжения, определены их коллоидно-химические характеристики (критическая концентрация мицеллообразования и соответствующее ей поверхностное натяжение водного раствора, максимальная адсорбция на границе раздела раствор-воздух, свободная энергия адсорбции Гиббса, площадь, приходящаяся на молекулу или ион в поверхностном слое, гидрофильно-липофильный баланс), оценена их эмульгирующая способность. Проведено визуальное микроскопическое наблюдение за структурой полученных эмульсий. Изучена стабильность эмульсий при различных температурах и длительном хранении.

The work is devoted to obtaining concentrated water-in-oil emulsions (emulsions of II type, inverse emulsions) with a mixed organic phase (hydrocarbons from diesel fuel and fusel oil), stabilized by surface-active compositions based on carboxylic acids and amine-containing compounds. The use of water-fuel emulsions based on liquid hydrocarbons is promising for reduction of costs in the petrochemical industry, energy saving increase and improvement of the environment by disposing of waste from alcohols distillation. The emulsions do not lose quality during long-term storage and are able to burn with high thermal efficiency. The synthesized surfactants used as emulsion stabilizers were studied by IR spectroscopy. For them, the surface tension isotherms were obtained by the tensiometric method, their colloid-chemical characteristics were determined (the critical concentration of micellization and the corresponding surface tension of an aqueous solution, the maximum adsorption at the solution-air interface, the Gibbs free energy of adsorption, the area per molecule or ion in the surface layer, hydrophilic-lipophilic balance), their emulsifying ability was evaluated. Visual microscopic observation of the structure of the obtained emulsions was carried out. The stability of emulsions at various temperatures and during long-term storage has been studied.

концентрированные топливные эмульсиидизельное топливосивушное маслоповерхностно-активные веществаизотермы поверхностного натяженияэмульгированиестабильностьconcentrated fuel emulsionsdiesel fuelfusel oilsurfactantssurface tension isothermsemulsificationstabilityReferencesВаганов, К. В. Разработка способов снижения выбросов загрязняющих веществ в атмосферу путем модифицирования дизельных топлив: автореф. дис. ... канд. техн. наук : 03.00.16 / К. В. Ваганов ; Пермский гос. техн. ун-т. -Пермь, 2010. - 16 с.Vaganov K. V. Development of ways to reduce emissions of pollutants into the atmosphere by modifying diesel fuels. Perm, 2010. 16 p. (in Russian).Current Trends in Water-in-Diesel Emulsion as a Fuel / M. Y. Khan [et al.] // Sci. World J. - 2014. - Article ID 527472. -15 pages. http://doi.org/10.1155/2014/527472Khan M. Y., Abdul Karim Z. A., Hagos F. Y., Aziz A. R. A., Tan I. M. Current Trends in Water-in-Diesel Emulsion as a Fuel. The Scientific World Journal, 2014, Article ID 527472. http://doi.org/10.1155/2014/527472Применение водно-топливных эмульсий (ВТЭ) в топливных технологиях [Электронный ресурс]. - 2010. -Режим доступа: https://neftegaz.ru/science/Energetika/332105-primenenie-vodno-toplivnykh-emulsiy-vte-v-toplivnykh-tekhnologiyakh. - Дата доступа: 18.02.2022.The use of water-fuel emulsions (WFE) in fuel technologies. 2010. Available at: https://neftegaz.ru/science/Energetika/332105-primenenie-vodno-toplivnykh-emulsiy-vte-v-toplivnykh-tekhnologiyakh/ (accessed 19 February 2021) (in Russian).Ghojel, J. Heat release model for the combustion of diesel oil emulsions in DI diesel engines / J. Ghojel, D. Honnery // Appl. Therm. Eng. - 2005. - Vol. 25, iss. 14-15. - P. 2072-2085. http://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2005.01.016Ghojel J., Honnery D. Heat release model for the combustion of diesel oil emulsions in DI diesel engines. Applied Thermal Engineering, 2005, vol. 25, iss. 14-15. pp. 2072-2085. http://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2005.01.016Uslum, S. Combustion and emission characteristics of isoamyl alcohol-gasoline blends in spark ignition engine / S. Uslum, C. Bahattin // Fuel. - 2020. - Vol. 262. - P. 116496. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2019.116496Uslum S., Bahattin C. Combustion and emission characteristics of isoamyl alcohol-gasoline blends in spark ignition engine. Fuel,2020, vol. 262, pp. 116496. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2019.116496Alternative fuels composed by blends of nonionic surfactant with diesel an water: engine performance and emissions / A. A. Dantas Neto [et al.] // Braz. J. Chem. Eng. - 2011. - Vol. 28, N 3. - P. 521-531. https://doi.org/10.1590/S0104-66322011000300017Dantas Neto A. A., Fernandes M. R., Barros Neto E. L., Castro Dantas T. N., Moura M. C. P. A. Alternative fuels composed by blends of nonionic surfactant with diesel an water: engine performance and emissions. Brazilian Journal of Chemical Engineering, 2011, vol. 28, no. 3, pp. 521-531. https://doi.org/10.1590/S0104-66322011000300017Babak, V. G. Highly concentrated emulsions. Physicochemical principles of the preparation and stability / V. G. Babak // Russ. Chem. Rev. - 2008. - Vol. 77, N 8. - P. 683-708. https://doi.org/10.1070/RC2008v077n08ABEH003794Babak V. G. Highly concentrated emulsions. Physicochemical principles of the preparation and stability. Russian ChemicalReviews, 2008, vol. 77, no. 8, pp. 683-708. https://doi.org/10.1070/RC2008v077n08ABEH003794Highly concentrated (gel) emulsions: formation and properties (Chapter 13) / C. Solans [et al.] // Interface Science and Technology. - 2004. - Vol. 4. - P. 511-555. https://doi.org/10.1016/s1573-4285(04)80015-2Solans C., Esquena J., Azemar N., Rodriguez C., Kunieda H. Highly concentrated (gel) emulsions: formation and properties (Chapter 13). Interface Science and Technology, 2004, vol. 4, pp. 511-555. https://doi.org/10.1016/s1573-4285(04)80015-2Zinchenko, A. Z. Hydrodynamical interaction of deformable drops (Chapter 10) / A. Z. Zinchenko, R. H. Davis // Interface Science and Technology. - 2004. - Vol. 4. - P. 391-447. https://doi.org/10.1016/S1573-4285(04)80012-7Zinchenko A. Z., Davis R. H. Hydrodynamical interaction of deformable drops (Chapter 10). Interface Science and Technology, 2004, vol. 4, pp. 391-447. https://doi.org/10.1016/S1573-4285(04)80012-7Physical chemistry of highly concentrated emulsions / R. Foudazi [et al.] // Adv. Colloid Interface Sci. - 2015. -Vol. 220. - P. 78-91. http://doi.org/10.1016/j.cis.2015.03.002Foudazi R., Qavi S., Masalova I., Malkin A. Ya. Physical chemistry of highly concentrated emulsions. Advances in Colloid and Interface Science, 2015, vol. 220, pp. 78-91. http://doi.org/10.1016/j.cis.2015.03.002Babak, V. G. Highly Concentrated Emulsions: Physicochemical Principles of Formulation / V. G. Babak, M.-J. Stebe // J. Dispers. Sci. Technol. - 2002. - Vol. 23, iss. 1-3. - P. 1-22. https://doi.org/10.1080/01932690208984184Babak V. G., Stebe M.-J. Highly Concentrated Emulsions: Physicochemical Principles of Formulation. Journal of Dispersion Science and Technology, 2002, vol. 23, no. 1-3, pp. 1-22. https://doi.org/10.1080/01932690208984184Emulsification of highly concentrated emulsions - A criterion of shear stability / I. Masalova [et al.] // J. Rheol. -2018. - Vol. 62. - P. 781-790. https://doi.org/10.1122/1.5018794Masalova I., Fabrice K. K., Tshilumbu N. N., Naziem G., Malkin A. Ya. Emulsification of highly concentrated emulsions - A criterion of shear stability. Journal of Rheology, 2018, vol. 62, pp. 781-790. https://doi.org/10.1122/1.5018794Способ получения эмульсионного состава дизельного топлива: пат. RU 2 616 921 / А. А. Сибирякова, Е. А. Гордиенко, А. В. Таран, Ю. А. Таран. - Опубл. 18.04.2017.Sibiryakova A. A., Gordienko E. A., Taran A. V., Taran YU. A. Method of obtaining emulsion composition of diesel fuel. Patent RU 2 616 921. Publ. date 18.04.2017 (in Russian).Абрамзон, А. А. Поверхностно-активные вещества. Свойства и применение / А. А. Абрамзон. - Л.: Химия, 1981. - 304 с.Abramzon A. A. Surfactants. Properties and application. Leningrad, Khimiya Publ., 1981. 304 p. (in Russian).Опанасенко, О. Н. Поверхностные свойства анионно-ориентированных цвиттер-ионных ПАВ на основе аминов и карбоновых кислот / О. Н. Опанасенко, Н. В. Яковец, Н. П. Крутько // Вес. Нац. акад. навук Беларусі. Сер. хім. навук. - 2017. - № 3. - С. 29-37.Opanasenko O. N., Yakavets N. V., Krut'ko N. P. Surface properties of anionically-oriented zwitterionic surfactants based on amines and carboxylic acids. Vestsi Natsyyanal'nai akademii navuk Belarusi. Seryya khimichnyh navuk = Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Chemical series. 2017, no. 3, pp. 29-37 (in Russian).Ланге, К. Р. Поверхностно-активные вещества: синтез, свойства, анализ, применение / К. Р. Ланге. - СПб.: Профессия, 2005. - 240 с.Lange K. R. Surfactants: synthesis, properties, analysis, application. St. Petersburg, Professiya Publ., 2005. 240 p. (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.