Tribology of soot suspension in hexadecane as distinguished by the physical structure and chemistry of soot particles

Ethylene gas is burnt to generate soot which is collected thermophoretically from different locations of the flame. Tribological performance of the collected soot in hexadecane suspension is compared with that of carbon black and diesel soot. The soots are analysed to yield a range of mechanical properties, physical structures and chemistry. The paper correlates these property variations with the corresponding variations in friction and wear when the soot suspended in hexadecane is used to lubricate a steel on steel sliding interaction. The particles are dispersed in hexadecane by a non-ionic surfactant, poly-isobutylene succinimide (PIBS), which is mono-functional with no free amine group. The grafting of the surfactant on the soot particles is found to have a profound effect on the dispersion of the soot, in general, while, between the different soot types, the tribology is differentiated by the physical structure and chemistry.

Friction between a Steel Ball and a Steel Flat Lubricated by MoS2 Particles Suspended in Hexadecane at 150 degrees C

A steel ball was slid on a steel flat lubricated by molybdenum disulfide (MoS2) particles suspended in hexadecane oil at 150 degrees C. The friction data is compared with that obtained when the ball was slid on the flat sprayed apriori with nominally dry MoS2 particles. The friction in the dry experiment was found to increase with temperature while the friction in wet condition was found to decrease with increasing temperature. Micro-Raman and Fourier transform IR spectroscopy are used to explore the roles of environmental moisture and chemical degradation of oil on the formation of antifriction film on the steel substrate.

Influence of physical structure and chemistry of diesel soot suspended in hexadecane on lubrication of steel-on-steel contact

Soot generated from the combustion process in diesel engines affect engine tribology. In this paper, two diesel soot samples; from engine exhaust and oil filter are suspended in hexadecane oil and the suspension is used to lubricate a steel ball on steel flat sliding contact at a contact pressure of 1.3 GPa. The friction and wear of the steel flat are recorded. The data are compared with those recorded when the soot is generated by burning ethylene gas. The rationale for the comparatively poor tribology of diesel soot is explored by quantifying the size and shape of primary particles and agglomerates, hardness of single primary soot particles, the crystallinity and surface and near surface chemistry of soot and interparticle adhesion.

Preparation and characterization of microencapsulated hexadecane used for thermal energy storage

Polyurea microcapsules about 2.5 mum in diameter containing phase change material for thermal energy storage application were synthesized and characterized by interfacial polycondensation method with toluene-2,4-diisocyanate and ethylenediamine as monomers in an emulsion system. Hexadecane was used as a phase change material and OP, which is nonionic surfactant, and used as an emulsifier. The chemical structure and thermal behavior of the microcapsules were investigated by FTIR and thermal analysis respectively. The results show encapsulated hexadecane has a good potential as a solar energy storage material.

Microencapsulation of n-hexadecane as a phase change material in polyurea

For thermal energy storage application, polyurea microcapsules about 2.5 mum in diameter containing phase change material were prepared using interfacial polycondensation method. In the system droplets in microns are first formed by emulsifying an organic phase consisting of a core material ( n-hexadecane) and an oil-soluble reactive monomer, toluene-2, 4-diisocyanate (TDI), in an aqueous phase. By adding water-soluble reactive monomer, diamine, monomers TDI and diamine react with each other at the interface of micelles to become a shell. Ethylenediamine (EDA), 1, 6-hexane diamine (HDA) and their mixture were employed as water-soluble reactive monomers. The effects of diamine type on chemical structure and thermal properties of the microcapsules were investigated by FT-IR and thermal analysis respectively. The infrared spectra indicate that polyurea microcapsules have been successfully synthesized; all the TG thermographs show microcapsules containing n-hexadecane can sustain high temperature about 300 degreesC without broken and the DSC measurements display that all samples possess a moderate heat of phase transition; thermal cyclic tests show that the encapsulated paraffin kept its energy storage capacity even after 50 cycles of operation. The results obtained from experiments show that the encapsulated n-hexadecane possesses a good potential as a thermal energy storage material.

Frictional response of fatty acids on steel

Self-assembled monolayers of fatty acids were formed on stainless steel by room-temperature solution deposition. The acids are covalently bound to the Surface as carboxylate in a bidentate manner. To explore the effect Of Saturation in the carbon backbone on friction in sliding tribology, we Study the response of saturated stearic acid (SA) and unsaturated linoleic acid (LA) as self-assembled monolayers using lateral force microscopy and nanotribometry and when the molecules are dispersed in hexadecane, using pin-on-disc tribometry. Over a very wide range (10 MPa-2.5 GPa) of contact pressures it is consistently demonstrated that the unsaturated linoleic acid molecules yield friction which is significantly lower than that of the saturated stearic acid. it is argued, using density functional theory predictions and XPS of slid track, that when the molecular backbone of unsaturated fatty acids are tilted and pressed strongly by a probe, in tribological contact, the high charge density of the double bond region of the backbone allows coupling with the steel Substrate. The interaction yields a low friction carboxylate soap film on the substrate. The saturated fatty acid does not show this effect.

Lubricant Degradation and Related Wear of a Steel Pin in Lubricated Sliding Against a Steel Disc

In lubricated sliding contacts, components wear out and the lubricating oil ages with time. The present work explores the interactive influence between lubricant aging and component wear. The flat face of a steel pin is slid against a rotating steel disk under near isothermal conditions while the contact is immersed in a reservoir of lubricant (hexadecane). The chemical changes in the oil with time are measured by vibrational spectroscopy and gas chromatography. The corresponding chemistry of the pin surface is recorded using X-ray photoelectron spectroscopy while the morphology of the worn pins; surface and subsurface, are observed using a combination of focused ion beam milling and scanning electron 5 microscopy. When compared to thermal auto-oxidation of the lubricant alone, steel on steel friction and wear are found to accentuate the decomposition of oil and to reduce the beneficial impact of antioxidants. The catalytic action of nascent iron, an outcome of pin wear and disk wear, is shown to contribute to this detrimental effect. Over long periods of sliding, the decomposition products of lubricant aging on their own, as well as in conjunction with their products of reaction with iron, generate a thick tribofilm that is highly protective in terms of friction and wear.

Tribology of ethylene-air diffusion flame soot under dry and lubricated contact conditions

Soot particles are generated in a flame caused by burning ethylene gas. The particles are collected thermophoretically at different locations of the flame. The particles are used to lubricate a steel/steel ball on flat reciprocating sliding contact, as a dry solid lubricant and also as suspended in hexadecane. Reciprocating contact is shown to establish a protective and low friction tribo-film. The friction correlates with the level of graphitic order of the soot, which is highest in the soot extracted from the mid-flame region and is low in the soot extracted from the flame root and flame tip regions. Micro-Raman spectroscopy of the tribo-film shows that the a priori graphitic order, the molecular carbon content of the soot and the graphitization of the film as brought about by tribology distinguish between the frictions of soot extracted from different regions of the flame, and differentiate the friction associated with dry tribology from that recorded under lubricated tribology.

Determinação da viscosidade de misturas assimétricas em alta pressão usando regras de mistura

O conhecimento de propriedades de transporte de misturas a diferentes pressões e temperaturas é importante em projetos, operação, controle e otimização de processos industriais. Nestes processos, frequentemente, o fluido é uma mistura binária ou multicomponente de hidrocarbonetos, como fluidos de petróleo. Propriedades experimentais de misturas, especialmente, a viscosidade absoluta como função de temperatura e pressão, podem fornecer importantes informações sobre o comportamento do fluido em diferentes composições e são usadas no desenvolvimento de modelos e correlações e na caracterização de misturas complexas. Diversas regras de mistura têm sido propostas na literatura para cálculo de viscosidade de misturas. Estas regras de mistura preveem o comportamento da mistura à pressão atmosférica usando propriedades dos componentes puros. Porém, em diversas aplicações é necessário estimar a viscosidade de misturas a altas pressões. Neste estudo, foram avaliadas regras de mistura comumente usadas como Refutas, Fator de Mistura, Índice de Mistura, Grunberg e Nissan, Kendall-Monroe e Eyring bem como Aditividade Molar, usando dados de viscosidade experimental de misturas em altas pressões. Inicialmente, foram realizadas medidas de viscosidade absoluta para a mistura altamente assimétrica de ciclohexano e n-hexadecano na faixa de temperatura entre (318,15 a 413,15) K e pressões até 62,053 MPa e, para este sistema, um modelo foi proposto para cálculo dos componentes puros para dada temperatura e pressão. Além disso, dados experimentais de viscosidade de trinta misturas cujos componentes diferem em forma, tamanho ou flexibilidade foram selecionados na literatura e modelados empregando-se regras de mistura. As viscosidades das misturas foram estimadas a partir de dados de viscosidade experimental dos componentes puros medidos nas mesmas temperaturas e pressões. A altas pressões, Refutas, Fator de Mistura e Índice de Mistura apresentaram os melhores resultados para todos os sistemas estudados. Mesmo para moléculas bastante assimétricas, Refutas, Fator de Mistura e Índice de Mistura podem ser usados.

Catalisadores para hidroisomerização de n-hexadecano

No processo de hidrocraqueamento para a produção de lubrificantes ocorre a formação de uma corrente rica em compostos parafínicos que possuem alto ponto de fluidez, apesar dos mesmos apresentarem excelentes desempenhos em termos de estabilidade térmica e oxidativa. A transformação das n-parafinas obtidas nestas correntes em isoparafinas e compostos naftênicos, os quais possuem menores pontos de fluidez, se faz necessária a fim de enquadrar esta propriedade. Uma das rotas catalíticas mais importantes neste sentido é a hidroisodesparafinação ou HIDW (hydroisodewaxing) que consiste na conversão de n-parafinas nas respectivas isoparafinas, onde são empregados catalisadores bifuncionais zeolíticos com a ocorrência de seletividade de forma. No caso dos catalisadores industriais, se faz necessária a dispersão da fase metálica e da zeólita em uma matriz amorfa para viabilizar sua conformação e melhorar a resistência mecânica do catalisador final. Neste cenário, o objetivo deste trabalho foi preparar e analisar o desempenho de uma série de catalisadores à base de zeólita beta inseridos numa matriz de alumina, variando-se o teor de zeólita e o tipo de precursor de Pt utilizado. Os catalisadores foram avaliados na reação de hidroisomerização de um composto modelo, no caso, n-hexadecano. Os testes realizados para avaliação da atividade e seletividade foram conduzidos em um reator de fluxo contínuo em alta pressão e fase líquida em unidade de laboratório. Os catalisadores foram testados em condições operacionais que proporcionassem uma ampla faixa de conversões do n-C16. Verificou-se que as atividades dos catalisadores foram proporcionais ao teor de zeólita no catalisador, indicando que a função ácida, neste catalisador bifuncional, é a etapa limitante do processo. Quanto à natureza do precursor de Pt, o catalisador preparado com ácido cloroplatínico foi sensivelmente mais ativo que os preparados com o complexo aminplatina. No entanto, para todos os catalisadores, a distribuição de produtos em função da conversão foi similar, independente do teor de zeólita e da natureza do precursor de platina. Foi também determinado o ponto de fluidez de uma série de produtos de reação, obtendo-se valores entre 17,5 C (n-hexadecano) e - 41 C (produto com 98% de conversão). Obteve-se uma boa correlação entre o ponto de fluidez e a composição dos produtos, considerando-se a presença de isômeros mono, di e tri-substituídos e compostos de menor peso molecular que C16

Estudo teórico e experimental da velocidade do som em sistemas contendo hidrocarbonetos

A descoberta de reservatórios de petróleo na camada do pré-sal abriu novas perspectivas para a economia brasileira. A grandes profundidades, com elevado teor de CO2 e submetidos a altas pressões e temperaturas, a exploração de petróleo das camadas de pré-sal constitui um considerável desafio tecnológico. Neste contexto, o conhecimento dos coeficientes de compressibilidade são fundamentais para o estudo do comportamento termodinâmico e escoamento dos fluidos destes campos de produção. Com este objetivo, foram determinadas experimentalmente nesta dissertação a massa específica e a velocidade do som de sistemas envolvendo quatro hidrocarbonetos puros: n-decano, n-hexadecano, decalina e tetralina, assim como para sistemas multicompostos envolvendo estes hidrocarbonetos e para uma amostra de condensado de petróleo. Os resultados obtidos permitiram o cálculo dos coeficientes de compressibilidade isentrópica, isotérmica e isentálpica. É apresentada uma avaliação sobre a capacidade de se correlacionar dados experimentais de velocidade do som aos dados calculados pelas equações de estado de Peng-Robinson e Lee-Kesler com regras de mistura: (i) Spencer e Danner e (ii) Lee-Kesler

Adsorção de quinolina em sílica-alumina a partir de soluções com n-hexadecano por calorimétrica: estudo da cinética e da isoterma

As legislações ambientais estão cada vez mais severas em relação à quantidade de compostos sulfurados eliminada na atmosfera pela queima de combustíveis fósseis. Os processos de adsorção têm se destacado como uma alternativa promissora na remoção de sulfurados presentes em combustíveis. Nos estudos de adsorção, ensaios de cinética e isoterma usando banhos agitados são frequentemente utilizados na avaliação do desempenho dos adsorventes na remoção desejada. Apesar de úteis, tais ensaios apresentam algumas limitações quando os sistemas analisados envolvem elevadas relações entre a concentração inicial de soluto e massa de adsorvente. Alternativamente, este trabalho apresenta uma estratégia envolvendo a técnica da adsorção utilizando a calorimetria para o estudo de cinética e isoterma térmica de quinolina em uma sílica-alumina comercial a partir de soluções em n-hexadecano. Diferentemente das outras técnicas citadas, a adsorção por calorimetria possibilitou, em um único ensaio e com menos amostra, a obtenção da cinética térmica de adsorção, e de um ponto da isoterma térmica de adsorção. Adicionalmente, foi proposta uma modelagem dos fenômenos de transferência de calor e massa envolvidos durante o ensaio, visando simular a curva calorimétrica. Valores de coeficiente de difusão efetivo da quinolina na sílica-alumina em diferentes condições de concentração inicial de quinolina em n-hexadecano, a uma mesma temperatura, foram obtidos a partir do ajuste do modelo da curva calorimétrica aos dados experimentais

Determinação experimental e modelagem termodinâmica do equilíbrio de fases em sistemas com CO2, n-hexano, n-hexadecano e tetralina

A descoberta de petróleo na camada de Pré-Sal possibilita a geração de ganhos em relação à dependência energética do país, mas também grandes desafios econômicos e tecnológicos. Os custos de extração são maiores devido a vários fatores como a exigência de equipamentos de exploração que suportem elevadas pressões, altas temperaturas e grandes concentrações de gases ácidos, tais quais, dióxido de carbono (CO2) e sulfeto de hidrogênio (H2S). Uma das principais preocupações com o CO2 é evitar liberá-lo para a atmosfera durante a produção. Com a modelagem termodinâmica de dados de equilíbrio de sistemas envolvendo CO2 supercrítico e hidrocarbonetos é possível projetar equipamentos utilizados em processos de separação. A principal motivação do trabalho é o levantamento de dados de equilíbrio de fases de sistemas compostos de CO2 e hidrocarbonetos, possibilitando assim prever o comportamento dessas misturas. Os objetivos específicos são a avaliação do procedimento experimental, a estimação e predição dos parâmetros de interação binários para assim prever o comportamento de fases dos sistemas ternários envolvendo CO2 e hidrocarbonetos. Duas metodologias foram utilizadas para obtenção dos dados de equilíbrio: método estático sintético (visual) e método dinâmico analítico (recirculação das fases). Os sistemas avaliados foram: CO2 + n-hexano, CO2 + tetralina, CO2 + n-hexadecano, CO2 + n-hexano + tetralina e CO2 + tetralina + n-hexadecano à alta pressão; tetralina + n-hexadecano à baixa pressão. Para o tratamento dos dados foi utilizada equação de estado cúbica de Peng-Robinson e a regra de mistura clássica

功能菌剂的混合发酵研究

随着化工行业的发展，大量有毒有害难降解有机物随工业废水的排放进入环境，这些物质能够在环境中长期存在、积累和扩散，通过食物链对动植物的生存及人类的健康造成不良影响。本文以苯酚、对氯硝基苯、氯苯和十六烷为模拟污染物，以前期研制的功能菌剂为对象，经过紫外线线诱变筛选出优于出发菌株的功能菌，对诱变后功能菌的理化性能进行了研究，对菌种进行了鉴定，在此基础上，就其相互之间的微生态关系进行研究，为混合发酵提供理论基础，并就其最佳发酵条件及发酵参数进行了研究，最后对发酵产品的性能进行了检测。目前，国内外有关功能菌剂的研究还存在多方面的不足，主要包括：①由于多菌种混合发酵过程较为复杂，各菌之间存在复杂的相互作用，影响因素较多，关于菌种之间的相互关系研究得很少，环境功能菌剂的发酵方法大多采用单独发酵后混合的方式。单独发酵对原材料、设备和能源的利用率较低，对于多菌种制剂发酵，在设备、能源和原材料的方面造成的浪费更大，将会大幅增加菌剂的生产成本，影响多菌种功能菌剂的发展；②功能菌剂生产过程的质量控制方面研究得较少；③功能菌剂产品的稳定性、抗冲击性能研究得较少，对环境微生物制剂的研究主要集中在菌种选育和培养条件优化方面。 通过本论文研究，得到以下主要结论。 （1）在紫外线诱变处理中，用紫外线对发生一定程度退化的出发菌株进行诱变处理后，六株具有高效降解性能的菌株被筛选出来，诱变筛选出的菌株形态和ERIC-PCR指纹图谱与出发菌株相比发生了明显改变；而且诱变后的菌株对目标难降解底物的降解能力均得到改善，其中，FPN、FCB、F14、FEm对目标底物的降解率提高了20%以上；诱变后菌株经过7次连续传代接种后，对目标难降解底物的降解率无显著变化，具有一定的遗传稳定性。并对诱变后的功能菌进行了初步的鉴定，这6株菌都分别是芽孢杆菌。 （2）对诱变后的功能菌相互之间的微生态关系进行了研究，通过抑菌实验、生长量以及基质消耗量的比较，确定它们之间的生长关系是无害共栖关系，可以进行混合发酵。 （3）对该功能菌剂进行发酵培养条件研究，结果表明发酵培养基的最佳成分（g/L）：葡萄糖 31.0g/L、玉米粉10.0g/L、磷酸氢二钾1.0g/L、硫酸铵1.1g/L、硫酸镁0.55g/L。通过研究不同的培养条件对菌体生长和降解性能的影响，确定了最佳培养条件：培养基初始pH7.5；最适温度32℃；培养基装液量125mL（250 mL三角瓶），以及培养时间对降解性能的影响，培养20 h的产物对降解最为有利。通过研究添加不同目标污染物对菌体生长和降解性能的影响，确定了添加目标污染物的最佳量以及最佳时间：苯酚投加量：1.125 g/L，对氯硝基苯投加量：0.1 g/L；最佳投加时间为发酵培养开始后4 h。 （4）以摇瓶分批发酵最优条件为基础，对FPN、F10、FCB、FNa、F14 和 FEm进行了摇瓶分批发酵试验。以摇瓶分批发酵试验数据为依据，对功能菌剂分批发酵动力学进行了研究，建立了菌体生长和基质消耗的动力学模型，拟合模型能较好的反映功能菌剂分批发酵过程。 （5）功能菌剂和活性污泥协同作用，可以提高系统的生物降解能力，功能菌剂投加量为2%，新鲜活性污泥3500 mg/L，降解24 h条件下，功能菌剂和活性污泥的协同作用对COD的去除率和对照组相比，最多的提高了36.8%。功能菌剂和活性污泥协同作用以及活性污泥的单独作用，其生物降解过程均符合一级反应动力学过程，功能菌剂和活性污泥协同作用的生物降解动力学方程为：，相关系数97%。采用SBR运行方式，引入功能菌剂的SBR系统明显能够改善和提高生物降解的效率。与仅有活性污泥的系统相比，系统对COD的平均去除率可以提高27.1%，同时，系统的耐负荷冲击以及耐毒害冲击的性能比仅有活性污泥的SBR系统强，特别是负荷冲击对引入功能菌剂的SBR系统影响很小。仅有活性污泥的SBR系统经过负荷冲击和毒害冲击之后，不能恢复到冲击之前的水平，而且系统有效作用时间的周期比引入功能菌剂的SBR系统相比大大缩短，而引入功能菌剂的SBR系统处理效果较为稳定，恢复能力很强。 Along with the development of industries, many recalcitrant organic chemicals have been discharged into natural environments together with wastewaters and can exist in waters, soil and sediments for a long time without degradation. These haz-ardous substances, their byporducts and metabolizabilities can be highly toxic, mu-tagenic and carcinogenic, thereby threatening animals, plants and human health through food chain. Consequently the removal of these compounds is of significant interest in the area of wastewater treatment. In this dissertation, the phenol, hydro-quinone, chlorobenzene and hexadecane treated as the model pollutants, the func-tional microorganism agent was used as the starting strains, they treated with ultra-violet light, and then the mutant strains with high degradation ability were screened out and identified primarily, the relationship between these stains were studied, the medium composition and fermentation conditions were optimized, the degradation ability of the fermented production was tested. The literature survey indicates that the study of the microorganism agent is far from complete and more information is re-quired on following problems. 1, Because of the complexity of relationship in mixed fermentation and the complicated factors, the study is hardly to process.2, There is a lack of information on the quality control of the producing process .3, And there is a lack of information on the stability about the microorganism agent. In this dissertation, the main results of the present study could be summarized as follows: (1)The degenerate starting strains were treated with the ultraviolet light, and six mutant strains with high biodegradation ability were screened out by using the me-dium with selective pressure of model pollutants. The mutant strains had great changes in colonialmorphology and ERIC-PCR fingerprinting. And the mutant strains got obvious advantages over the starting strains in degradation ability and over 20% improvement of removal rates was achieved for FPN、FCB、F14 and FEm. The de-gradation ability of the mutant strains was stable after seven generations. After that, the mutant strains were primarily identified as bacillus respectively. (2) The relationship between these mutant strains was studied. By the compari-son of antibiosis effect, biomass and consumption of substrate, the relationships were neutralism and they could be mixed fermented. (3) The optimized cultivation conditions were as follows: glucose 31.0 g/L, corn power 10 g/L, K2HPO4 1.0 g/L, (NH4)2SO4 1.1 g/L, MgSO4 0.55 g/L, initial pH7.5, temperature 32℃, working volume 125 mL/250 mL, and cultivation time 20h (con-sidering the time effect on degradation ability), adding pollutants phenol (1.125 g/L) and hydroquinone (0.1 g/L) into the broth at 4 h after cultivation. (4) Based on the above optimum condition, the batch fermentation was per-formed with strains FPN, F10, FCB, FNa, F14 and FEm in shake flask. The batch fermentation kinetics was studied based on the experimental data. Two kinetic models were constructed which could reflect the regularity of growth and substrate consump-tion in the process of batch fermentation. (5) The co-operation of functional microorganism agent and activated sludge could raise biodegradation of system by adding some microorganism agent and 3500 mg/L fresh activated sludge. Bioaugumentation by the addition of high effective deg-radation culture enhanced the treatment effect of SBR system and the COD removal rate was increased by 20%-36.8%. Its biodegradation matched first-order dynamical reaction equation, and the reaction equation was ln0.2327.391ct=−+. The micro-organism agent had the effect of optimization to activated sludge micro-ecosystem. The SBR system adding 2% microorganism agent, the average COD removal rate of that was increased by 27.1% and stronger anti-shock ability to load and toxicant were achieved (compared with SBR system just adding activated sludge). Especially the load-shock has barely effect to the SBR system adding microorganism agent. After the load and toxicant shock, the SBR system just adding activated sludge couldn’t come back to original level and the activated sludge micro-ecosystem was frustrated. The applying of microorganism agent increased biological activity and system’s re-sistance ability to load shock and toxicant shock.