РАДИОХИМИЯ, 2021, том 63, № 3, с. 296-300

УДК 621.436

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОСТРАДИАЦИОННЫХ

ЭФФЕКТОВ В БЕНЗИНАХ

Институт радиационных проблем НАН Азербайджана, АZ 1143, Баку, Азербайджан

*e-mail: clala@mail.ru

Получена 11.02.2020, после доработки 05.04.2020, принята к публикации 09.04.2020

Расширяется применение органических материалов: полимеров, смазок, топлив в условиях

эксплуатации, когда они подвергаются воздействию ионизирующих излучений, в условиях работы

атомных и термоядерных реакторов, ускорителей электронов, в условиях космического пространства.

В качестве объекта исследования использовали образцы бензина АИ-92. Лабораторные исследования

проводили на гамма-источнике ⁶⁰Сo при мощности дозы Р = 0.18 Гр/с при комнатной температуре при

поглощенных дозах в диапазоне D = 15-150 кГр. Исследовано воздействие ионизирующего излучения

на структурно-групповой состав бензина в статических условиях по обычной методике до и после

облучения, а также на плотность, вязкость, иодное число и другие технические характеристики бензина

при различных поглощенных дозах при комнатной температуре. Результаты таких исследований

позволяют оценить радиационную стойкость топлив, выяснить влияние облучения на общий состав

топлив и возможные изменения их качества.

Ключевые слова: бензин, радиолиз, ИК спектр, газы.

DOI: 10.31857/S0033831121030126

ВВЕДЕНИЕ

Исследовалось радиационно-термическое облу-

чение жидкостей с высокой концентрацией углево-

Связь между химическим составом топлива и его

дородов C₁₅-C₂₂ с низким количеством полицикли-

способностью сохранять свои свойства в условиях

ческих ароматических углеводородов. Результаты

хранения и эксплуатации еще недостаточно хоро-

показали низкие уровни изомеризации и высокие

шо изучена. Прогресс в некоторых новейших обла-

темпы полимеризации наряду с низким выходом

стях техники определяется в значительной степени

легких фракций при низких значениях дозы. Мо-

способностью материалов работать в условиях об-

лекулярная масса фракции бензина увеличивается.

лучения. Методы, применяемые для определения

Увеличивается разрушение керосинов в середине

радиационной стабильности, основаны на облуче-

молекул при увеличении мощности дозы. Это по-

нии продукта и последующем определении проис-

вышает вероятность алкилированной радикальной

шедших в нем изменений. Известно, что основной

перекомбинации с последующим формированием

причиной малой стабильности является наличие в

керосиновых молекул, более легких, чем разрушен-

топливе непредельных соединений. Влияние ради-

ные молекулы, но более тяжелых, чем молекулы

ационного излучения на нефтяные топлива ранее

бензина [7].

было изучено в работах [1-6].

Рассмотрены превращения углеводородов арома-

К настоящему времени опубликовано большое

тической нефти под действием ионизирующих из-

количество работ, посвященных изучению действия

лучений. Превращение углеводородов под действи-

ионизирующих излучений на различные углеводо-

ем ионизирующих излучений происходит в резуль-

роды, минеральные и синтетические масла и смаз-

тате распада молекул углеводородов в первичном

ки, что позволило установить общие закономерно-

процессе и образования конечных молекулярных

сти радиолиза органических материалов.

продуктов в результате реакций радикалов. Про-

296

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОСТР

АДИАЦИОННЫХ ЭФФЕКТОВ

297

алканов и 38.5 мас% алкенов. Фракция бензина в

840

конденсате составляла 32.3 мас%. Состав продук-

800

та может быть изменен в зависимости от геоме-

сразу после обл

760

2 мес. после обл

трических параметров оборудования для реакции

4 мес. после обл

и температурного распределения в реакторе [10].

720

100

150

200

250

300

Исследовали радиолиз в жидких углеводородах

Т, час

при пониженных температурах. Показано, что цеп-

Рис. 1. Влияние гамма-излучения на плотность бензина

ные реакции деградации углеводорода могут про-

АИ-92 при различных поглощенных дозах сразу после

облучения, через 2 и 4 месяца после облучения.

должаться без тепловой активации при больших

дозах ионизирующего излучения. В этом процессе

реакции инициирования цепи вызваны только дей-

100

ствием радиации. Экспериментальная проверка по-

зволила наблюдать за реакциями расщепления цепи

000

при низких температурах в высоковязкой нефти [11].

900

сразу после обл

Целью данной работы является исследование

2 мес. после обл

влияние радиационного излучения на некоторые

4 мес. после обл

800

технические характеристики бензина.

100

150

200

250

300

Т, час

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Рис. 2. Влияние гамма-излучения на вязкость бензина

АИ-92 при различных поглощенных дозах сразу после

облучения, через 2 и 4 месяца после облучения.

Образцы бензинов АИ-92 и АИ-95 по 100 мл в

колбах облучали на гамма-источнике 60Сo типа

сразу после обл.

МРХ -30 с мощностью дозы Р = 0.18 Гр/с до по-

через 4 мес. обл.

глощенных доз D = 15-150 кГр. Мощность дозы

γ-излучения определяли этиленовым и ферросуль-

фатным дозиметрами, результаты которых согласу-

ются в пределах 12-15%. Вязкость определяли по

ГОСТ 33-66 вискозиметрами типа ВПЖ-2 согласно

100

150

200

250

300

ГОСТ 10028-81. Иодные числа определяли на спек-

Т, час

трометрe Bruker MPA. Плотность определяли пик-

нометрами по ГОСТ 3900-85. ИК спектры погло-

Рис. 3. Изменение иодного числа бензина АИ-92 сразу

после гамма-облучения и через 4 месяца после облуче-

щения исследованных образцов регистрировали на

ния.

спектрометре Varian 640-IR в диапозоне волновых

чисел 4000-400 см^-1. Образцы снимали в виде пле-

цессы трансформации зависят от состава углеводо-

нок толщиной d = 1 мкм. Отнесение полос получен-

родов, строения молекул органических веществ и

ных спектров проводили, как описано в работе [12].

окружающей обстановки [8].

Воздействие электронного пучка на нефть с вы-

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

соким содержанием ароматических углеводородов

приводит к увеличению вязкости. Ароматические

Исследовали влияние поглощенной дозы излу-

углеводороды сшиваются в полифенилены, что

чения на изменение вязкости, плотности и иодных

приводит к увеличению вязкости нефти [9].

чисел бензина АИ-92 до и после радиолиза в раз-

Было исследовано расщепление смеси кероси-

личных интервалах времени. Структурирование

нов C₁₇-C₁₂₀ при 350-370°C электронным лучом.

физически проявляется в жидкостях в изменении

Режим реакции подразумевал одновременное об-

вязкости и плотности. Плотность косвенно характе-

лучение промышленного сырья и быструю дис-

ризует химические свойства топлива, фракционный

тилляцию продуктов фрагментации из зоны излу-

состав и испаряемость. Плотность исходного бензи-

чения. Продукт перегонки был смесью 61.5 мас%

на АИ-92 0.725 г/см³. На рис. 1-3 приведены изме-

РАДИОХИМИЯ том 63 № 3 2021

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОСТР

АДИАЦИОННЫХ ЭФФЕКТОВ

299

(е)

-0.4

Волновое число

(ж)

-1

Волновое число

Рис. 4. (Продолжение).

нения плотности, вязкости и иодного числа бензина

ния в течение 120 ч и выдержки в течение 2 месяцев

до и после радиолиза при различных поглощенных

и в восемь раз после облучения в течение 240 ч и

дозах сразу после излучения и по истечении 4 меся-

выдержки в течение 4 месяцев.

цев после излучения.

Выяснение влияния гамма-излучения на состав

На рис. 4 представлены результаты ИК спек-

моторных топлив - очень важная задача любого ис-

троскопических исследований образцов бензина

следования, направленного на установление связи

АИ-92.

между составом топлива и его радиационной стой-

В ИК спектрах исходного бензина АИ-92 (без

костью. Под действием радиоактивных излучений

облучения) наблюдаются внеплоскостные дефор-

в топливах происходит ионизация среды. Образу-

мационные колебания группы С-Н в области 1000-

ются полимеры как продукты рекомбинации ради-

650 см^-1, колебания конденсированных гетероци-

калов в результате крекинга, дегидрирования, изо-

клов (1021 см^-1), деформационные колебания груп-

меризации и полимеризации углеводородов. В при-

пы СН₃ (1380-1370 см^-1), колебания связей N-H

сутствии кислорода эти процессы усиливаются и

в аммониевых солях (2500-2300 см^-1), колебания

приобретают окислительный характер.

связей С-Н в алканах (2975-2950 см^-1) и колебания

При исследовании влияния ионизирующего из-

групп О-Н (3300-2500 см^-1).

лучения на органические материалы выделяют два

Сразу после 120-часового облучения усиливает-

периода - сразу после облучения и пострадиацион-

ся интенсивность полос, отвечающих связям С-Н

ный эффект. Изменения, происходящие в момент

в алканах (1462, 2975-2950 см^-1). Интенсивность

радиолиза, могут иметь обратимый или необра-

полос валентных колебаний групп О-Н, связанных

тимый характер. Обратимые эффекты зависят от

водородными связями (3224 см^-1), увеличивается

мощности дозы. Необратимые изменения свойств

почти в 2 раза с увеличением времени облучения до

материалов зависят от поглощенной дозы, темпе-

240 ч. Интенсивность полос колебаний связей С-Н

ратуры и сохраняются после радиолиза, вызывая

в алканах (2975-2950 см^-1) увеличились по сравне-

химические превращения молекул. Под действием

нию с исходным бензином два раза после облуче-

радиолиза происходит одновременно структуриро-

РАДИОХИМИЯ том 63 № 3 2021

300

ДЖАББАРОВА, МУСТАФАЕВ

вание органических веществ - сшивание линейных

лообразованию. Применение нефтепродуктов с

молекул или полимеризация, ведущие к увеличе-

большим содержанием смол приводит к образова-

нию молекулярной массы, и их расщепление, со-

нию смолистых отложений во впускных патрубках

провождающееся уменьшением молекулярной мас-

и клапанах карбюраторных двигателей, закоксовы-

сы. В той или иной степени расщепление протекает

ванию форсунок двигателей. Если вязкость будет

всегда, поскольку при радиолизе всех органических

выше или ниже установленных пределов, то работа

веществ выделяется газ. При низкотемпературном

топливоподающей аппаратуры нарушится, после

радиолизе и низких степенях конверсии углеводо-

чего нарушится смесеобразование и сгорание то-

рода главной реакцией является дегидрогенизация

плива. Необходимо подобрать такой состав нефтя-

[13]. Структурирование физически проявляется

ных топлив, который будет лучше противостоять

в жидкостях в изменении вязкости и плотности.

действию радиоактивного облучения путем изме-

нения углеводородного состава нефтепродуктов за

Плотность косвенно характеризует фракционный

счет незначительных изменений состава и введения

состав и испаряемость. Увеличение плотности

присадок.

бензина при облучении влияет на характеристи-

ки выхлопных газов. Топлива высокой плотности

вследствие большой дальнобойности топливного

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

факела, попадая на днище поршня и зеркало цилин-

дра, способствуют увеличению скорости изнаши-

Авторы звявляют об отсутствии конфликта

вания деталей, повышению нагароотложений и те-

интересов.

пловых напряжений. Количество разложившегося

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

углеводорода увеличивается с увеличением интен-

сивности облучения и суммарной дозы облучения.

1. Джаббарова Л.Ю.

// ХВЭ.

2019. Т.

53,

№ 6.

Одним из важных характеристик топлива является

C. 471-477.

вязкость. Вязкость изменяется тем сильнее, чем

2. Джаббарова Л.Ю., Мустафаев И. И., Акберов Р.Я. и

выше вязкость исходного материала и чем больше

др. // Междунар. журн. прикл. и фундам. исследова-

поглощенная доза излучения. Стабильность топли-

ний. 2019. С. 101-107.

ва определяется содержанием в них нестабильных

3. Джаббарова Л.Ю., Мустафаев И.И. // ЖПС. 2018.

продуктов, оцениваемых величиной иодного числа

Т. 85. С. 634-638.

и фактических смол. Процессы, возникшие в связи

4. Jabbarova L., Mustafayev I. // J. Energy, Environ. Chem.

с радиолизом, могут еще долго развиваться после

Eng. 2017. Vol. 4. P. 62-66.

прекращения облучения, что приводит к измене-

5. Jabbarova L., Mustafayev I. // J. Energy, Environ. Chem.

нию состава бензина. В результате этого при тем-

Eng. 2017. Vol. 2. P. 41-45.

пературе окружающего воздуха эксплуатационные

6. Джаббарова Л.Ю., Мустафаев И.И., Meликова С.З. //

свойства моторного топлива ухудшаются.

Междунар. журн. прикл. и фундам. исследований.

2017. C. 239-243.

7. Zaykin Y.A., Zaykina R.F., Mirkin G. // Radiat. Phys.

ВЫВОДЫ

Chem. 2003. Vol. 67. P. 305-309.

8. Ismailova M.K. // Adv. Sci. Technol. 2019. Vol. 15.

В условиях наших экспериментов при гам-

P. 23-24.

ма-радиолизе бензина при мощности дозы

9. Савиных Ю.В., Орловский В.М., Лоскутова Ю.В. //

Р = 0.18 Гр/с от гамма-источника ⁶⁰Со при комнат-

Изв. вузов. Физика. 2015. ТОМ 58. С. 131-134.

ной температуре при различных поглощенных дозах

10. Metreveli A.K., Ponomarev A.V. // High Energy Chem.

D = 15-150 кГр ухудшаются все основные харак-

2016. Vol. 50, N 2. P. 97-100.

теристики - плотность, вязкость, иодное число.

11. Zaikin Y.A. // Radiat. Phys. Chem. 2008. Vol. 77, N 9.

Изменения продолжаются и по окончании облуче-

P. 1069-1073.

ния. Иодное число топлива уменьшается, так как

12. Тарасевич Б.Н. ИК спектры основных классов орга-

непредельные углеводороды при гамма-радиолизе

нич. соединений (справ. материалы) 2012. С 54.

быстро окисляются и полимеризуются. Полиме-

13. Пикаев А.К. Радиолиз газов и жидкостей. М.: Наука,

ризация приводит к увеличению плотности и смо-

1986. С. 440.

РАДИОХИМИЯ том 63 № 3 2021