ВЛИЯНИЕ КООРДИНАЦИОННОГО СОЕДИНЕНИЯ ЦИНКА НА ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АВИАЦИОННОГО ТОПЛИВА JET A-1-SSF

АННОТАЦИЯ

В статье представлены результаты исследования влияния 0,5 %-ного координационного соединения цинка на физико-химические и эксплуатационные характеристики авиационного топлива Jet A-1-SSF, содержащего синтетическую противоизносную присадку Nalco 5403. Изучено действие комплекса [Zn(L)₂(OAc)₂]ₙ, полученного взаимодействием ацетата цинка с 2-амино-5-метилтио-1,3,4-тиадиазолом, на свойства топлива. Проведено сравнение исходного топлива с присадкой Nalco 5403 и модифицированного образца с добавлением 0,5 % Zn-комплекса. Установлено, что использование координационного соединения цинка улучшает низкотемпературные свойства и повышает химическую стабильность без выхода показателей за нормативные пределы.

ABSTRACT

The paper presents the results of a study on the effect of a 0.5 % zinc coordination compound on the physicochemical and operational characteristics of Jet A-1-SSF aviation fuel containing the synthetic anti-wear additive Nalco 5403. The compound [Zn(L)₂(OAc)₂]ₙ, synthesized from zinc acetate and 2-amino-5-methylthio-1,3,4-thiadiazole, was investigated as a modifying agent. A comparative analysis was carried out between the base fuel with Nalco 5403 and the fuel sample additionally modified with the Zn complex. The use of the zinc coordination compound was found to improve low-temperature flow properties and enhance chemical stability without exceeding regulatory limits.

Ключевые слова: авиационное топливо, Jet A-1-SSF, координационные соединения, цинк, термостабильность, модификация.

Keywords: aviation fuel, Jet A-1-SSF, coordination compounds, zinc, thermo-oxidative stability, modification.

Введение

Современные тенденции развития авиации требуют повышения энергоэффективности и надёжности двигательных установок, что обусловливает необходимость обеспечения стабильности и качества авиационных топлив в широком диапазоне температур. Газотурбинные двигатели работают в экстремальных условиях, и даже незначительные изменения физико-химических свойств топлива способны повлиять на стабильность сгорания и износ топливной аппаратуры.

Классические авиационные топлива, соответствующие стандартам O’zMSt 609:2025 и O’zDSt 1117:2007, обладают стабильными эксплуатационными характеристиками, однако их термоокислительная устойчивость и низкотемпературные свойства остаются ограниченными. В связи с этим актуальна разработка модифицирующих присадок, улучшающих параметры топлива без изменения его углеводородной основы [1, 2].

Особый интерес представляют координационные соединения переходных металлов, в частности цинка, обладающие мультифункциональным действием. Они способны: формировать защитные адсорбционные слои на металлических поверхностях, снижая износ [3]; стабилизировать свободные радикалы, подавляя окислительные процессы [4]; а также влиять на кристаллизацию парафиновых компонентов, улучшая текучесть топлива при низких температурах [5]. Цинковые комплексы характеризуются низкой токсичностью, высокой термостабильностью и химической инертностью, что позволяет им одновременно выполнять функции стабилизатора и модификатора.

В настоящей работе исследовано влияние координационного полимера состава [Zn(L)₂(OAc)₂]ₙ на свойства авиационного топлива Jet A-1-SSF, ранее модифицированного противоизносной присадкой NALCO 5403, с целью оценки потенциала комплекса как дополнительной функциональной присадки.

Материалы и методы

Объект исследования. В качестве объекта исследования использовалось авиационное топливо Jet A-1-SSF, содержащие синтетическую противоизносную присадку NALCO 5403. Отбор топлива осуществлялся из резервуара РГС-16 Международного аэропорта «Наманган».

Испытуемое соединение. В качестве модифицирующей добавки применялось координационное соединение цинка состава [Zn(L)₂(OAc)₂]ₙ, полученное взаимодействием ацетата цинка Zn(CH₃COO)₂ с лигандом L = 2-амино-5-метилтио-1,3,4-тиадиазолом (рис. 1). Полученное соединение представляет собой кристаллическое вещество светло-желтого цвета, хорошо растворимое в органических растворителях.

Рисунок 1. Схема образования комплекса [Zn(L)₂(OAc)₂]ₙ из ацетата цинка и 2-амино-5-метилтио-1,3,4-тиадиазола

Методика испытаний. Испытания проводились в лаборатории ГСМ Международного аэропорта «Наманган» в соответствии с нормативами O’zMSt 609:2025, O’zDSt 1117:2007, UzTR 931-028:2017, а также с применением методов анализа согласно ASTM и ГОСТ.

Определение влияния присадки проводилось путем анализа ряда физико-химических показателей топлива: плотности при 15 °С, кинематической вязкости при –40 °С, температуры вспышки (ASTM D56), температуры замерзания (ГОСТ 32402-2022), кислотного числа (ГОСТ 5985-2022), содержания фактических смол (ГОСТ 1567-97), электропроводности (ГОСТ 33461-2022) и коррозионной активности (ГОСТ 6321-92).  Для сравнительной оценки были исследованы два образца: контрольный образец топлива Jet A-1-SSF с синтетической присадкой NALCO 5403, и модифицированный образец, содержащий дополнительно 0,5% координационного соединения цинка состава [Zn(L)₂(OAc)₂]ₙ.

Результаты и обсуждение

Для оценки эффективности цинксодержащего координационного соединения были проведены сравнительные лабораторные испытания образцов авиационного топлива Jet A-1-SSF с синтетической противоизносной присадкой NALCO 5403: базового топлива и топлива с добавлением 0,5% комплекса [Zn(L)₂(OAc)₂]ₙ. Полученные данные представлены в таблице 1 и демонстрируют влияние Zn-комплекса на основные физико-химические характеристики.

Таблица 1.

Влияние 0,5 % координационного соединения цинка на свойства авиационного топлива Jet A-1-SSF

Обсуждение

1. Низкотемпературные свойства. Снижение вязкости и температуры замерзания указывает на влияние Zn-комплекса на процессы кристаллизации парафиновых углеводородов. Предполагается адсорбция лиганда на зарождающихся кристаллах, препятствующая их агрегации — механизм, аналогичный действию депрессорных присадок [6].
2. Химическая стабильность. Снижение кислотного числа подтверждает ингибирующее действие комплекса на окислительные процессы. Это может быть связано со способностью азот- и серосодержащих групп лиганда L к радикальному подавлению реакций автоокисления [7].
3. Содержание фактических смол. Незначительное увеличение значения (с 3,9 до 5,0 мг/100 см³) остаётся в пределах стандартов и не свидетельствует о деградации топлива. Вероятно, оно связано с частичной трансформацией органических фрагментов комплекса при повышенных температурах.
4. Совместимость с присадками и материалами. Отсутствие изменений электропроводности и коррозионной активности свидетельствует о химической инертности комплекса и его совместимости с базовой присадкой NALCO 5403.

Таким образом, координационное соединение цинка оказывает стабилизирующее и модифицирующее действие: повышает низкотемпературную текучесть и химическую устойчивость авиационного топлива, не нарушая его нормативные характеристики и не вызывая коррозионных эффектов.

Заключение

Проведённое исследование показало, что добавление 0,5 % координационного соединения цинка состава [Zn(L)₂(OAc)₂]ₙ к авиационному топливу Jet A-1-SSF, содержащему синтетическую противоизносную присадку Nalco 5403, приводит к улучшению его эксплуатационных характеристик. Отмечено улучшение низкотемпературной текучести, повышение термоокислительной стабильности и снижение кислотного числа при сохранении коррозионной инертности и электропроводности на нормативном уровне. Все исследованные параметры соответствуют требованиям O’zMSt 609:2025 и O’zDSt 1117:2007, что позволяет рекомендовать координационное соединение цинка в качестве перспективной модифицирующей присадки для авиационных топлив нового поколения, расширяющей область их применения в различных климатических условиях.

Благодарности

Данная работа выполнена в рамках фундаментальных исследований, проводимых в лаборатории «Нефтехимия» Института общей и неорганической химии Академии наук Республики Узбекистан. Авторы выражают благодарность Правительству Республики Узбекистан за финансовую поддержку данного исследования.

Список литературы:

1. ASTM D1655-23. Standard Specification for Aviation Turbine Fuels. – West Conshohocken, PA: ASTM International, 2023. – 49 p.
   URL: https://www.astm.org/d1655-23.html
2. NALCO 5403 Technical Bulletin. Fuel System Icing Inhibitor & Anti-Wear Additive. – Ecolab Inc., 2022. – 12 p.
   URL: https://www.ecolab.com/solutions/aviation-fuel-additives
3. Zhang Y., Liu H., Wang X., Li J., Zhao W. Zinc-based additives for improving the thermal oxidation stability of diesel fuel // Fuel. – 2020. – Vol. 268. – P. 117345. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2020.117345
4. Korolev V. V., Petrova E. M., Surkova I. V., Zhukova A. A. Corrosion inhibition of aviation fuels by zinc complexes with nitrogen-containing ligands // Corrosion Science. – 2018. – Vol. 142. – P. 120–128. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2018.07.012
5. Benavides A., Benjumea P., Cortés F., Ruiz M. Chemical Composition and Low-Temperature Fluidity Properties of Jet Fuels // Processes. – 2021. – Vol. 9. – P. 1184. DOI:10.3390/pr9071184
6. Лужецкий А. В., Нугаев С. Т., Чурилова А. С., Аракелян С. С. Применение депрессорных присадок для регулирования реологических свойств высокопарафинистых нефтей // НефтеГазоХимия. – 2021. – № 1–2. – С. 45–52. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/primenenie-depressornyh-prisadok-dlya-regulirovaniya-reologicheskih-svoystv-vysokoparafinistyh-neftey
7. Нагиева Э. А., Гадиров А. А., Аббасова М. Т., Мамедова Р. А., Насирова С. И. Азот- и серосодержащие алкилфенолятные присадки к моторным маслам // Sciences of Europe. – 2023. – № 115. – С. 37–43.
   URL: https://cyberleninka.ru/article/n/azot-i-serosoderzhaschie-alkilfenolyatnye-prisadki-k-motornym-maslam