喷气燃料絮状悬浮物的形成机理探讨

袁祥波，陈学军，熊 云

(1.总装军械技术研究所，石家庄 050000；2.解放军后勤工程学院军事油料应用与管理工程系)

喷气燃料絮状悬浮物的形成机理探讨

袁祥波1，陈学军1，熊 云2

(1.总装军械技术研究所，石家庄 050000；2.解放军后勤工程学院军事油料应用与管理工程系)

采用显微镜观察、能量色散X射线分析(EDX)、原子发射光谱元素分析等手段对喷气燃料中的悬浮物进行鉴定，并结合Amorphothecaresinae真菌(特征真菌)在喷气燃料中的生长情况，探讨喷气燃料絮状悬浮物的形成机理。最终得出喷气燃料中的絮状悬浮物是多个因素共同作用的结果：罐底特征真菌菌丝、外界纤维、颗粒杂质等均参与了絮状悬浮物的生成。

喷气燃料 悬浮物 真菌 机理

近年来地处南方地区的洞库中长期储存的喷气燃料出现了大量絮状悬浮物，影响了喷气燃料的洁净度[1-3]。喷气燃料在入库接收化验时合格，随着储存时间的增长，絮状悬浮物的问题日渐突出。研究表明，喷气燃料中Amorphothecaresinae真菌(特征真菌，即喷气燃料中的主要污染菌)与絮状悬浮物的形成密切相关[4-6]。在此基础上分析储存喷气燃料中絮状悬浮物的性质，对于探究絮状悬浮物形成机理、提高油料保障能力，具有重要意义。

1 实 验

1.1 原料与仪器

原料：含有絮状悬浮物的A油库71号罐底部喷气燃料油样，Amorphothecaresinae真菌菌落。

仪器：奥林巴斯公司BX41型光学显微镜，Genesis Apex公司EDAX型能量色散X衍射分析(EDX)仪，日立公司S-3700N型扫描电子显微镜，SPECTRO公司GENESIS型等离子体原子发射光谱仪，EMCEE Model 1140型水分离指数测定仪。

1.2 实验方法

1.2.1 悬浮物形貌分析 将喷气燃料油样摇匀、静置，待燃料不再扰动后观察喷气燃料中污染物的外观形貌。

使用0.45μm滤膜真空抽滤系统过滤500 mL喷气燃料，喷气燃料中的全部污染物会残留在滤膜片上，在光学显微镜下观察污染物的微观结构。

移液管移取底部样中的悬浮物置于显微镜下观察，得到悬浮物的微观结构。

1.2.2 悬浮物元素组成测定 首先进行悬浮物EDX元素分析。将1.2.1中滤膜过滤得到的污染物在电子显微镜下观察，并进行EDX元素分析，鉴别其元素组成。

然后进行污染物的ICP金属元素分析。将污染物小心刮下，用浓硝酸溶解，使用等离子体原子发射光谱仪对溶解后的试液进行金属元素分析。设置等离子体原子发射光谱仪工作参数：氩气进气压力0.8 MPa，氮气进气压力0.4 MPa，等离子体功率1 400 W，冷却气流量13 L/min、辅助气流量0.8 L/min、雾化气流量0.9 L/min。

1.2.3 特征真菌在喷气燃料中的生长 将特征真菌菌落直接放入含有喷气燃料的锥形瓶中，加入1 mL去离子水，构建成燃料-水-菌落体系[4]，使真菌在喷气燃料中生长，观察特征真菌在喷气燃料中存活情况。

取喷气燃料中生长的特征真菌于显微镜下，观察其菌丝、孢子结构。在装有喷气燃料的锥形瓶中加入足量的去离子水，放入特征真菌菌落，构建新的燃料-水-菌落体系。经过一段时间的生长后，剧烈摇晃锥形瓶，使用水分离指数测定仪测定该体系中喷气燃料的水分离指数，并与原喷气燃料作对比。

2 结果与讨论

2.1 悬浮物形貌

喷气燃料中污染物的外观形貌如图1所示。由图1可知：喷气燃料中有两种污染物，一种为底部沉积物，一般较大，易沉淀在底部；另一种为絮状悬浮物，呈暗棕色，静止时絮状物团聚达1 cm左右，摇晃后团聚物分散，呈细小絮状物飘散到油中。

图1 罐底部喷气燃料中悬浮物的外观形貌

使用0.45μm滤膜过滤得到的污染物在光学显微镜下的微观结构如图2所示。由图2可知，滤膜片上残留的物质分3种：第一种为颗粒状物，含量相对较少，可能为外界机械杂质、铁锈、胶质等物质组成；第二种为细微毛状物质，尺寸极小，直径在5μm左右，含量较多，结合图1中出现的絮状悬浮物，分析该物质为储存喷气燃料中大量存在的絮状悬浮物在经过滤膜过滤时分散、平铺，从而形成了的分散的细微毛状物质；第三种为纤维状物，尺寸较大，结构简单，含量较少。

图2 滤膜片滤膜过滤得到的悬浮物的微观形貌

通过沉降富集得到的悬浮物在显微镜下微观结构如图3所示。由图3可知：喷气燃料中的纤维状和絮状两种悬浮物微观结构、尺寸相差较大，在显微镜下容易区分。纤维状悬浮物为肉眼可见的单独、不聚集的悬浮物，其主体结构特征及尺寸类似于天然纤维，其中勾连有其它细微毛状物质；絮状悬浮物即图中大量存在的细微毛状物质，在喷气燃料中会聚集存在，每一簇絮状物均由成千上万根细微丝状物组成，它们互相交融、团聚在一起，且尺寸极小，其直径约为纤维状悬浮物直径的1/10，结构特征及尺寸类似于微生物菌丝。

图3 喷气燃料中絮状悬浮物显微镜照片

2.2 EDX元素分析结果

在电子显微镜下观察滤膜上的颗粒状污染物，并作EDX元素分析。颗粒状污染物的微观结构和EDX元素分析结果如图4、图5和表1所示。

图4 储存喷气燃料中颗粒状污染物的电镜照片

图5 对图4矩形部位EDX分析结果

元素质量分数,%摩尔分数,%C12.2931.30O15.1728.99Fe72.5439.72

由图4、图5及表1可知：颗粒状污染物直径3～5μm，含有较多的Fe、O元素，且n(Fe)∶n(O)=39.72∶28.99=1.37，说明该污染物中可能含有铁锈；C元素的存在说明该该污染物中可能含有胶质。

采用滤膜过滤的方法得到71号罐底部喷气燃料中的悬浮物，溶解在浓硝酸液中的悬浮物的金属元素含量见表2。

表2 储存喷气燃料中悬浮物的金属元素及含量

由表2可知：喷气燃料悬浮物中含有多种金属元素，其中Fe，Ca，Na较多，这些金属元素来源于喷气燃料底部污染物中的铁锈、尘土等杂质。

2.3 特征真菌在喷气燃料中的生长

将特征真菌放入到燃料-水-菌落体系中后，发现其能够在喷气燃料中存活，且生长状况良好，连续监测20天，得到特征真菌的长势如图6所示。

图6 特征真菌在喷气燃料中的存活情况

取图6中的特征真菌置于显微镜下，观察其菌丝、孢子结构，如图7所示。

图7 喷气燃料中生长的特征真菌的光学显微镜照片

由图7可知：特征真菌在喷气燃料生长时，菌丝结构变得杂乱，分支结构不明显；孢子不仅局限于菌丝顶端，而是出现在各个位置，有的也会随燃料的流动而飘散。总体来说，在喷气燃料生长的真菌菌丝，其形貌、尺寸与图3中喷气燃料中的絮状悬浮物类似。

测量特征真菌代谢前后燃料的水分离指数，得到特征真菌代谢对喷气燃料水分离指数的影响，结果见表3。

表3 特征真菌代谢对喷气燃料水分离指数的影响

由表3可知，特征真菌代谢后的喷气燃料水分离指数降低。因为特征真菌在喷气燃料中代谢会产生表面活性物质。文献[7-8]中提到，喷气燃料中的表面活性物质会影响燃料性能，降低喷气燃料的表面张力，从而导致悬浮物的生成。

2.4 悬浮物的生成机理探讨

由以上可知，特征真菌与喷气燃料中悬浮物的形成密切相关。结合储存喷气燃料中悬浮物的微观结构(图3)，及特征真菌在喷气燃料中生长时的菌丝微观结构(图7)，对悬浮物的生成机理进行探讨。

图3中悬浮物与图7中特征真菌菌丝的形貌、结构、尺寸相类似，由此推测悬浮物的生成机理为：

(1) 储存中喷气燃料中存在有特征真菌等微生物，在罐底含水时微生物会在有水界面大量繁殖，大量的菌丝死体相互缠绕，产生可见悬浮物，漂浮在油中。

(2) 特征真菌在喷气燃料中代谢会产生表面活性物质影响燃料性能，降低喷气燃料的表面张力，增加油水混合，会对悬浮物的生成起促进作用。

(3) 尺寸相对较大的纤维也参与组成悬浮物，纤维能把已经缠绕成团的絮状悬浮物勾连到一起，而形成更大的絮状悬浮物。

(4) 小颗粒物质吸附在特征真菌菌丝形成的悬浮物上，这些小颗粒物可能为燃料中的颗粒杂质、块状胶质等，其本身具有粘附作用，会被由微生物菌丝及纤维构成的絮状悬浮物吸附。

综上所述，储存喷气燃料中的絮状悬浮物是多个因素共同作用的结果：罐底特征真菌菌丝、外界纤维、颗粒杂质等均参与了絮状悬浮物的生成。

3 结 论

(1) 储存中喷气燃料中存在有特征真菌等微生物，在罐底含水时微生物会在有水界面大量繁殖，大量的菌丝死体相互缠绕，产生可见悬浮物，漂浮在油中。

(2) 特征真菌在喷气燃料中代谢会产生表面活性物质影响燃料性能，降低喷气燃料的表面张力，增加油水混合，会对悬浮物的生成起促进作用。

(3) 尺寸相对较大的纤维也参与组成悬浮物，纤维能把已经缠绕成团的絮状悬浮物勾连到一起，而形成更大的絮状悬浮物。

(4) 小颗粒物质吸附在特征真菌菌丝形成的悬浮物上，这些小颗粒物可能为燃料中的颗粒杂质、块状胶质等，其本身具有黏附作用，会被由微生物菌丝及纤维构成的絮状悬浮物吸附。

[1] 熊云，许世海，刘晓，等.油品应用及管理[M].2版.中国石化出版杜，2008：100-101

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[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

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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，硕士，主要从事油品应用研究工作。

熊云，E-mail：xy0000001@sina.cn。