噴氣燃料絮狀懸浮物的形成機理探討

袁祥波，陳學軍，熊 云

(1.總裝軍械技術研究所，石家莊 050000；2.解放軍后勤工程學院軍事油料應用與管理工程系)

噴氣燃料絮狀懸浮物的形成機理探討

袁祥波1，陳學軍1，熊 云2

(1.總裝軍械技術研究所，石家莊 050000；2.解放軍后勤工程學院軍事油料應用與管理工程系)

采用顯微鏡觀察、能量色散X射線分析(EDX)、原子發射光譜元素分析等手段對噴氣燃料中的懸浮物進行鑒定，并結合Amorphothecaresinae真菌(特征真菌)在噴氣燃料中的生長情況，探討噴氣燃料絮狀懸浮物的形成機理。最終得出噴氣燃料中的絮狀懸浮物是多個因素共同作用的結果：罐底特征真菌菌絲、外界纖維、顆粒雜質等均參與了絮狀懸浮物的生成。

噴氣燃料 懸浮物 真菌 機理

近年來地處南方地區的洞庫中長期儲存的噴氣燃料出現了大量絮狀懸浮物，影響了噴氣燃料的潔凈度[1-3]。噴氣燃料在入庫接收化驗時合格，隨著儲存時間的增長，絮狀懸浮物的問題日漸突出。研究表明，噴氣燃料中Amorphothecaresinae真菌(特征真菌，即噴氣燃料中的主要污染菌)與絮狀懸浮物的形成密切相關[4-6]。在此基礎上分析儲存噴氣燃料中絮狀懸浮物的性質，對于探究絮狀懸浮物形成機理、提高油料保障能力，具有重要意義。

1 實 驗

1.1 原料與儀器

原料：含有絮狀懸浮物的A油庫71號罐底部噴氣燃料油樣，Amorphothecaresinae真菌菌落。

儀器：奧林巴斯公司BX41型光學顯微鏡，Genesis Apex公司EDAX型能量色散X衍射分析(EDX)儀，日立公司S-3700N型掃描電子顯微鏡，SPECTRO公司GENESIS型等離子體原子發射光譜儀，EMCEE Model 1140型水分離指數測定儀。

1.2 實驗方法

1.2.1 懸浮物形貌分析 將噴氣燃料油樣搖勻、靜置，待燃料不再擾動后觀察噴氣燃料中污染物的外觀形貌。

使用0.45μm濾膜真空抽濾系統過濾500 mL噴氣燃料，噴氣燃料中的全部污染物會殘留在濾膜片上，在光學顯微鏡下觀察污染物的微觀結構。

移液管移取底部樣中的懸浮物置于顯微鏡下觀察，得到懸浮物的微觀結構。

1.2.2 懸浮物元素組成測定 首先進行懸浮物EDX元素分析。將1.2.1中濾膜過濾得到的污染物在電子顯微鏡下觀察，并進行EDX元素分析，鑒別其元素組成。

然后進行污染物的ICP金屬元素分析。將污染物小心刮下，用濃硝酸溶解，使用等離子體原子發射光譜儀對溶解后的試液進行金屬元素分析。設置等離子體原子發射光譜儀工作參數：氬氣進氣壓力0.8 MPa，氮氣進氣壓力0.4 MPa，等離子體功率1 400 W，冷卻氣流量13 L/min、輔助氣流量0.8 L/min、霧化氣流量0.9 L/min。

1.2.3 特征真菌在噴氣燃料中的生長 將特征真菌菌落直接放入含有噴氣燃料的錐形瓶中，加入1 mL去離子水，構建成燃料-水-菌落體系[4]，使真菌在噴氣燃料中生長，觀察特征真菌在噴氣燃料中存活情況。

取噴氣燃料中生長的特征真菌于顯微鏡下，觀察其菌絲、孢子結構。在裝有噴氣燃料的錐形瓶中加入足量的去離子水，放入特征真菌菌落，構建新的燃料-水-菌落體系。經過一段時間的生長后，劇烈搖晃錐形瓶，使用水分離指數測定儀測定該體系中噴氣燃料的水分離指數，并與原噴氣燃料作對比。

2 結果與討論

2.1 懸浮物形貌

噴氣燃料中污染物的外觀形貌如圖1所示。由圖1可知：噴氣燃料中有兩種污染物，一種為底部沉積物，一般較大，易沉淀在底部；另一種為絮狀懸浮物，呈暗棕色，靜止時絮狀物團聚達1 cm左右，搖晃后團聚物分散，呈細小絮狀物飄散到油中。

圖1 罐底部噴氣燃料中懸浮物的外觀形貌

使用0.45μm濾膜過濾得到的污染物在光學顯微鏡下的微觀結構如圖2所示。由圖2可知，濾膜片上殘留的物質分3種：第一種為顆粒狀物，含量相對較少，可能為外界機械雜質、鐵銹、膠質等物質組成；第二種為細微毛狀物質，尺寸極小，直徑在5μm左右，含量較多，結合圖1中出現的絮狀懸浮物，分析該物質為儲存噴氣燃料中大量存在的絮狀懸浮物在經過濾膜過濾時分散、平鋪，從而形成了的分散的細微毛狀物質；第三種為纖維狀物，尺寸較大，結構簡單，含量較少。

圖2 濾膜片濾膜過濾得到的懸浮物的微觀形貌

通過沉降富集得到的懸浮物在顯微鏡下微觀結構如圖3所示。由圖3可知：噴氣燃料中的纖維狀和絮狀兩種懸浮物微觀結構、尺寸相差較大，在顯微鏡下容易區分。纖維狀懸浮物為肉眼可見的單獨、不聚集的懸浮物，其主體結構特征及尺寸類似于天然纖維，其中勾連有其它細微毛狀物質；絮狀懸浮物即圖中大量存在的細微毛狀物質，在噴氣燃料中會聚集存在，每一簇絮狀物均由成千上萬根細微絲狀物組成，它們互相交融、團聚在一起，且尺寸極小，其直徑約為纖維狀懸浮物直徑的1/10，結構特征及尺寸類似于微生物菌絲。

圖3 噴氣燃料中絮狀懸浮物顯微鏡照片

2.2 EDX元素分析結果

在電子顯微鏡下觀察濾膜上的顆粒狀污染物，并作EDX元素分析。顆粒狀污染物的微觀結構和EDX元素分析結果如圖4、圖5和表1所示。

圖4 儲存噴氣燃料中顆粒狀污染物的電鏡照片

圖5 對圖4矩形部位EDX分析結果

元素質量分數,%摩爾分數,%C12.2931.30O15.1728.99Fe72.5439.72

由圖4、圖5及表1可知：顆粒狀污染物直徑3～5μm，含有較多的Fe、O元素，且n(Fe)∶n(O)=39.72∶28.99=1.37，說明該污染物中可能含有鐵銹；C元素的存在說明該該污染物中可能含有膠質。

采用濾膜過濾的方法得到71號罐底部噴氣燃料中的懸浮物，溶解在濃硝酸液中的懸浮物的金屬元素含量見表2。

表2 儲存噴氣燃料中懸浮物的金屬元素及含量

由表2可知：噴氣燃料懸浮物中含有多種金屬元素，其中Fe，Ca，Na較多，這些金屬元素來源于噴氣燃料底部污染物中的鐵銹、塵土等雜質。

2.3 特征真菌在噴氣燃料中的生長

將特征真菌放入到燃料-水-菌落體系中后，發現其能夠在噴氣燃料中存活，且生長狀況良好，連續監測20天，得到特征真菌的長勢如圖6所示。

圖6 特征真菌在噴氣燃料中的存活情況

取圖6中的特征真菌置于顯微鏡下，觀察其菌絲、孢子結構，如圖7所示。

圖7 噴氣燃料中生長的特征真菌的光學顯微鏡照片

由圖7可知：特征真菌在噴氣燃料生長時，菌絲結構變得雜亂，分支結構不明顯；孢子不僅局限于菌絲頂端，而是出現在各個位置，有的也會隨燃料的流動而飄散。總體來說，在噴氣燃料生長的真菌菌絲，其形貌、尺寸與圖3中噴氣燃料中的絮狀懸浮物類似。

測量特征真菌代謝前后燃料的水分離指數，得到特征真菌代謝對噴氣燃料水分離指數的影響，結果見表3。

表3 特征真菌代謝對噴氣燃料水分離指數的影響

由表3可知，特征真菌代謝后的噴氣燃料水分離指數降低。因為特征真菌在噴氣燃料中代謝會產生表面活性物質。文獻[7-8]中提到，噴氣燃料中的表面活性物質會影響燃料性能，降低噴氣燃料的表面張力，從而導致懸浮物的生成。

2.4 懸浮物的生成機理探討

由以上可知，特征真菌與噴氣燃料中懸浮物的形成密切相關。結合儲存噴氣燃料中懸浮物的微觀結構(圖3)，及特征真菌在噴氣燃料中生長時的菌絲微觀結構(圖7)，對懸浮物的生成機理進行探討。

圖3中懸浮物與圖7中特征真菌菌絲的形貌、結構、尺寸相類似，由此推測懸浮物的生成機理為：

(1) 儲存中噴氣燃料中存在有特征真菌等微生物，在罐底含水時微生物會在有水界面大量繁殖，大量的菌絲死體相互纏繞，產生可見懸浮物，漂浮在油中。

(2) 特征真菌在噴氣燃料中代謝會產生表面活性物質影響燃料性能，降低噴氣燃料的表面張力，增加油水混合，會對懸浮物的生成起促進作用。

(3) 尺寸相對較大的纖維也參與組成懸浮物，纖維能把已經纏繞成團的絮狀懸浮物勾連到一起，而形成更大的絮狀懸浮物。

(4) 小顆粒物質吸附在特征真菌菌絲形成的懸浮物上，這些小顆粒物可能為燃料中的顆粒雜質、塊狀膠質等，其本身具有粘附作用，會被由微生物菌絲及纖維構成的絮狀懸浮物吸附。

綜上所述，儲存噴氣燃料中的絮狀懸浮物是多個因素共同作用的結果：罐底特征真菌菌絲、外界纖維、顆粒雜質等均參與了絮狀懸浮物的生成。

3 結 論

(1) 儲存中噴氣燃料中存在有特征真菌等微生物，在罐底含水時微生物會在有水界面大量繁殖，大量的菌絲死體相互纏繞，產生可見懸浮物，漂浮在油中。

(2) 特征真菌在噴氣燃料中代謝會產生表面活性物質影響燃料性能，降低噴氣燃料的表面張力，增加油水混合，會對懸浮物的生成起促進作用。

(3) 尺寸相對較大的纖維也參與組成懸浮物，纖維能把已經纏繞成團的絮狀懸浮物勾連到一起，而形成更大的絮狀懸浮物。

(4) 小顆粒物質吸附在特征真菌菌絲形成的懸浮物上，這些小顆粒物可能為燃料中的顆粒雜質、塊狀膠質等，其本身具有黏附作用，會被由微生物菌絲及纖維構成的絮狀懸浮物吸附。

[1] 熊云，許世海，劉曉，等.油品應用及管理[M].2版.中國石化出版杜，2008：100-101

[2] 胡銳.噴氣燃料產生懸浮物的原因及預防措施[J].石化技術與應用，2006，24(1)：43-45

[3] 鄭海，鄭漢忠.噴氣燃料懸浮物產生原因探討及對策[J].煉油技術與工程，2003，33(4)：52-54

[4] 袁祥波，胡啟文，熊云，等.儲存噴氣燃料中特征真菌的鑒定與其生長特性[J].后勤工程學院學報，2014，30(1)：59-63

[5] 熊云，袁祥波，劉曉.儲存噴氣燃料中懸浮物與真菌的相關性研究[J].石油學報(石油加工)，2014，3(4)：743-747

[6] Zhang Jian，Zhu Zhinan，Wang Xiaofeng.Biodetoxification of toxins generated from lignocellulose pretreatment using a newly isolated fungus，amorphothecaresinaeZN1，and the consequent ethanol fermentation[J].Biotechnology for Biofuels，2010，26(3)：1-15

[7] 南國枝，范維玉，孫建章，等.聚丙烯酰胺對噴氣燃料中懸浮物形成的影響[J].石油煉制與化工，2006，37(1)：59-62

[8] 許世海，熊云，劉曉.液體燃料的性質及應用[M].北京：中國石化出版社，2010：142

FORMATION MECHANISM OF SUSPENDED MATTERS IN JET FUEL

Yuan Xiangbo1， Chen Xuejun1， Xiong Yun2

(1.OrdnanceTechnologyInstitute，Shijiazhuang050000；2.DepartmentofOilApplication&ManagementEngineering，LogisticsEngineeringInstitute)

The microscope， energy dispersive X-ray spectroscope (EDX) and ICP were used to analyze the composition of suspended matters in jet fuel. Combined withAmorphothecaresina’s (typical fungus)growth in jet fuel， the formation mechanism of suspended matters was proposed. It is concluded that the flocculent suspended matter in jet fuel is the outcome of multiple factors. The fungus， fibre and particulate impurities all participate in the formation of suspended matters.

jet fuel； suspended matters； fungus； mechanism

2015-04-29； 修改稿收到日期： 2015-06-08。

袁祥波，碩士，主要從事油品應用研究工作。

熊云，E-mail：xy0000001@sina.cn。