Ocena przydatności wysokosprawnej metody chromatografii cieczowej do oznaczania zawartości aldehydów w spalinach współczesnych samochodowych silników ZS

• Autorzy: Janik R. , Wysocki M.

Warianty tytułu

EN

Validation of suitability of high performance method of liquid chromatography to determination of aldehyde contents in exhaust gases of contemporary automotive diesel engines

• Konferencja: Kongres Silników Spalinowych (20-23.05.2007; Kraków, Poland)
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Silniki spalinowe emitują na zewnątrz w trakcie ich pracy wiele szkodliwych substancji zanieczyszczających środowisko naturalne, powstałych w wyniku procesów spalania paliwa w komorze spalania, jak również w wyniku innych procesów towarzyszących, takich jak: dysocjacja termiczna, absorpcja, desorpcja, itp. Substancje, takie jak: tlenki węgla, węglowodory, tlenki azotu, cząstki stałe PM, występujące w gazach spalinowych silników w stosunkowo dużych ilościach, są od wielu lat ściśle limitowane, natomiast inne związki, typu: aldehydy, ketony, wielopierścieniowe węglowodory, itp. nie są limitowane, chociaż ich szkodliwości dla otoczenia są w wielu przypadkach bardzo duże. W spalinach silników występują głównie aldehydy alifatyczne, typu: aldehyd mrówkowy (formaldehyd) HCHO, aldehyd octowy (acetaldehyd) CH3CHO, aldehyd akrylowy (akroleina) CH2CHCHO oraz aldehydy aromatyczne, takie jak aldehyd benzoesowy, przy czym stężenia tych związków są niewielkie, zależą głównie od rodzaju silników oraz od warunków ich pracy. Aldehydy są związkami silnie toksycznymi, drażniącymi błony śluzowe, powodującymi u ludzi łzawienie oczu i kaszel, wykazują tendencję do łatwego utleniania się na kwasy. W ramach prowadzonych eksperymentów w OBR SM BOSMAL w Bielsku-Białej opracowano metodę badawczą dotyczącą sposobu poboru i oznaczania zawartości aldehydów w gazach spalinowych silników ZS na bazie wysokosprawnej, gradientowej chromatografii cieczowej, będącej modyfikacją Metody 430 oraz Procedury 104 - Wyd. 2.1 w zakresie pomiarów emisji tych związków, wg Califomia Environmental Protection Agency. W oparciu o opracowaną metodykę zostały wykonane praktyczne pomiary związane z oznaczeniem całkowitej zawartości (stężenie) aldehydów w spalinach silników ZS, dokonano rozdziału poszczególnych substancji składowych, takich jak: formaldehyd, aldehyd octowy, akroleina oraz przeprowadzono oznaczenie stężeń tych związków. Badania te zostały wykonane na próbkach spalin pobieranych z nowoczesnego, samochodowego silnika spalinowego ZS o pojemności skokowej 1248 cm3, pracującego na stanowisku hamownianym przy różnych prędkościach obrotowych oraz przy różnych stanach obciążeń (100 %, 75 % obciążenia). Badania wykonane przez autorów pozwoliły na stosunkowo dokładne zdefiniowanie problemów związanych z pomiarami zawartości aldehydów w spalinach, jak również wskazały na potrzebę dalszych działań w tym względzie, pod kątem doskonalenia omawianej metody oraz wyeliminowania błędów mających wpływ na końcową dokładność pomiarów.

EN

Combustion engines in course of their operation emit to atmosphere many harmful substances polluting natural environment, which are educed in result of fuel combustion inside combustion chamber, as well as in effect of other accompanying processes such as thermal dissociation, absorption, desorption, etc. Substances such as: carbon oxides, hydrocarbons, nitric oxides, PM particulates, which are present in exhaust gases of combustion engines in relatively high quantities, have been strictly monitored for many years, whereas other compounds like aldehydes, ketones, polycyclic hydrocarbons, etc., are not restricted, although their harmful impact on the environment is very high in many cases. In the exhaust gases of combustion engines there are present aliphatic aldehydes mainly of formaldehyde (HCHO), acetic aldehyde (CH3CHO), acraldehyde (CH2CHCHO) type, and aromatic aldehydes like benzaldehyde, whereas concentrations of those compounds are not too high and depend mainly on a type of engine and conditions of its operation. The aldehydes are considered as strongly toxic compounds, irritating mucous membranes, causing lacrimation and cough, show tendency to easy oxidation to acids. Within framework of experiments performed in BOSMAL R&D Center in Bielsko-Biała one has developed research methodology concerning a method of sampling and determination of aldehyde contents in exhaust gases of diesel engines, based on high pressure, gradient-type liquid chromatography, being modification of the "430" method and "104 - Edition 2.1" procedure in range of measurements of those compounds emission, according to California Environmental Protection Agency. On base of the developed methodology there were performed practical measurements connected with determination of total contents (concentration) of the aldehydes in exhaust gases of diesel engines; one has performed separation of individual constituent substances, such as: formaldehyde, acetic aldehyde, acroldehyde, and performed determination of concentration of these compounds. The tests were accomplished on exhaust gas samples collected from modern automotive diesel engine, having swept volume of 1248 ccm, running on engine dynamometer at various engine speeds and various loads (100 %, 75 % of the load). Analysis of obtained results with measured contents of the aldehydes in diesel engine exhaust gases and their relation to published data in this respect, obtained on base of other techniques, e.g. methods like calorimetric and FT-IR ones, point at some imperfections of the implemented testing method, at their limitations resulted from impact of other compounds contained in the exhaust gases. On base of performed theoretical considerations concerning those phenomena, as well as on base of performed additional laboratory tests one has ascertained that NOx nitric oxides have decisive impact on high contents of the aldehydes. On base of the observations there were performed additional simulative chromatography tests on samples of pure aldehyde and aldehyde with additive of various concentrations of the NOx. Results of those tests have fully confirmed initial observations. Research work performed by the authors enables relatively accurate definition of problems connected with measurements of aldehyde content in exhaust gases, as well as points at a need of further activities in this respect, from the point of view of improvement of the method discussed here and elimination of errors influencing final accuracy of the measurements.

Słowa kluczowe

PL

gazy spalinowe; chromatografia cieczowa; składniki toksyczne; aldehydy; formaldehyd; aldehyd octowy; aldehyd akrylowy

EN

exhaust gases; liquid chromatography; toxic compounds; aldehydes; formaldehyde; acetic aldehyde; acroldehyde

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Naukowe Silników Spalinowych
• Czasopismo: Silniki Spalinowe
• Rocznik: 2007
• Tom: R. 46, nr SC3
• Strony: 255--265
• Opis fizyczny: Bibliogr. 8 poz.

Twórcy

autor

Janik R.

autor

Wysocki M.

• BOSMAL R&D Centre, Bielsko-Biała, Poland

Bibliografia

• [1] California Environmental Protection Agency: Method 430 - Determination of Formaldehyde and Acetaldehyde in Emissions from Stationary Sources, 1991.
• [2] California Environmental Protection Agency: Standard Operating Procedure No 104 - Determination of aldehyde and ketone Compounds in automotive Source Samples by High Performance Liquid Chromatography, 1989.
• [3] Chłopek Z.: Ochrona środowiska naturalnego, WkiŁ, Warszawa 2002.
• [4] Kowalewicz A.: Podstawy procesów spalania, WNT, Warszawa 2000.
• [5] Storey J.M.E., Thomas J.F., Lewis S.A., and others: Particulate Matter and Aldehyde Emissions From Idling Heavy-Duty Diesel Trucks, 2001 Society of Automotive Engineers, Inc.
• [6] Szlachta Z.: Zasilanie silników wysokoprężnych paliwami rzepakowymi, WkiŁ, Warszawa 2002.
• [7] Witkiewicz Z.: Podstawy chromatografii, WNT, Warszawa 2005.
• [8] Zabłocki M.: Wtrysk paliwa w silnikach wysokoprężnych, WkiŁ, Warszawa 1976.