CN101298549B - 一种低成本燃油活化助燃红外辐射材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低成本燃油活化助燃红外辐射材料及其制备方法，利用红外辐射材料在2.5～20μm波段辐射出高能红外线，打散团聚的燃油分子并共振激发燃油分子键能，提高燃油的燃烧效率，降低有害气体排放，达到催化燃烧的目的。以天然电气石矿物粉末为原料，通过掺杂改性调整电气石材料的能带结构，针对性地提高电气石作为燃油活化材料而必须的在低波段(2.5-6.2μm波段)的红外辐射率。采用掺杂尖晶石型过渡金属氧化物，添加碱金属化合物、碱土金属化合物、氧化硼、二氧化钛中的一种或几种材料。通过有机无机材料复合、有机物包覆等成型手段制备出能应用于节能减排与环保材料技术领域的燃油活化材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种在低波段(2.5-6.2μm波段)具有较高红外辐射率的低成本高效燃油活化助燃红外辐射材料及其制备方法，属于节能减排与环保材料技术领域。
背景技术
环境问题，即是经济问题，又是社会问题，环境保护直接关系到我们国家的强弱、民族的兴衰，社会的稳定，关系到我国经济和社会的可持续发展。液体燃料的不充分燃烧是造成大气污染的重要原因之一，同时，无法充分利用的燃料，对能源资源也是一种极大的浪费。
随着汽车工业的迅猛发展和世界能源的紧缺，节能减排已成为世界性的难题。由于燃油碳氢化合物分子间普遍存在的范德华力，使得气缸内的燃油分子聚集成为一个大分子团，而在分子团最内部的碳氢分子在短短的爆程时段内，还没有机会与氧气充分混合燃烧就被迅速排出缸外，不但降低了燃油的燃烧效率，而且形成了污染环境的有害尾气。为了减少导致全球气候变暖的二氧化碳，及造成大气污染的碳氢化合物、一氧化碳、氮氧化合物等废气的排放，催化燃烧法是节能减排，安全高效而操作简单的方法。也可广泛用于各种有机废气的治理。
现有的燃油活化助燃材料可以在一定程度上改善燃油分子团聚的情况，但是由于材料的红外辐射效率不够，使得活化效果不太明显；而有的燃油活化助燃材料生产成本太高，不适合推广。
发明内容
本发明旨在克服现有技术上的不足，提供一种能够广泛应用于汽车、柴油车上，效果明显、成本低廉的燃油活化助燃材料及其制备方法，实现节能减排的目的。
根据量子力学中电子气体理论模型计算，范德华力所造成的电子电位约为0.06到0.2ev。进一步由普朗克公式推导，得到下列的光子动能的简化公式：
λ＝1.239 8(ev·μm)/E
其中，λ是光子的波长，单位为μm；E是光子的动能，单位为ev。
从以上公式可以算出：波长在6.2-20μm之间远红外线光子的动能，可以提供足够的能量来克服0.06到0.2ev的位能，使得陷于范德华力场中的电子可以被共振激发而逃脱。即该波段的红外辐射线可以克服范德华力而打散碳氢分子团。另外，根据红外吸收频谱显示，碳氢化合物分子中的碳氢饱和共价键(C-H)，可以共振吸收3.2到3.6μm波长的光子；而非饱和的二价碳键与三价碳键则分别吸收5.8-6.2μm与4.4-4.7μm波段的光子。
选择合适的红外辐射材料，使其在6.2-20μm波段辐射高能远红外射线，打散燃油分子团，使其易于化成液体微粒；并且在燃烧时，容易在汽缸内遇热挥发与氧均匀混合，提升其燃烧完全度。尤其在2.5-6.2μm波段的远红外射线，可以共振激发燃油分子的键能，因此在燃烧时，只需较小的热能即可击破燃油分子中的碳氢共价键及碳碳之间的π键，令之重组成二氧化碳和水蒸汽，释出能量。
基于上述原理，本发明的低成本燃油活化助燃红外辐射材料所采用的技术方案：
一种燃油活化助燃红外辐射材料，在2.5-6.2μm波段具有较高红外辐射率，其特征是：该材料采用矿石粉料为原料，添加红外辐射材料、添加剂和有机造孔剂制成，其各组分重量百分比为矿石粉料50-85％，红外辐射材料5-25％，添加剂5-10％，有机造孔剂5-15％，其中所述的矿石粉料为镁电气石粉料、黑电气石粉料、锂电气石粉料中的一种或几种。
所述矿石粉料为河北阜平镁电气石粉料、内蒙古黑电气石粉料、新疆阿尔泰镁电气石粉料、河南卢县锂电气石粉料中的一种或几种，这类材料矿藏丰富，价格低廉，具有一定的红外辐射率。
所述的红外辐射材料为由氧化锰与选自氧化铁、氧化镍、氧化钴、氧化铬、氧化铜中的一种或几种为原料制备的混合尖晶石型红外辐射材料，这类材料在全波段都具有很高的红外辐射率。
所述的添加剂为碱金属氧化物、碱土金属氧化物、氧化硼、二氧化钛中的一种或几种，这类材料能降低材料烧结温度，并有效调节材料能带结构，提高低波段范围(2.5-6.2μm)的红外辐射率，大大提高该材料的活性效果。
所述的有机造孔剂为聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯中的一种或几种。
本发明的低成本燃油活化助燃红外辐射材料制备方法包括如下步骤：
(1)将氧化锰粉与选自氧化铁、氧化镍、氧化钴、氧化铬、氧化铜中一种或几种粉料，按重量百分比配成100％粉体，其中氧化锰粉不少于20％，放入球磨罐中，按上述粉体总重量40-45％的比例加乙醇，球磨至浆料粒度200目以下，出料，成型，在600-1200℃下烧结(该温度烧结，制得的材料红外活性最高)，出炉后冷却至室温，经破碎、球磨、细磨，制成混合尖晶石型红外辐射材料；
(2)按重量百分比，将矿石粉料50-85％，步骤(1)得到的红外辐射材料5-25％，添加剂5-10％，有机造孔剂5-15％放入球磨罐中，按该比例混合制得的材料红外活性最高，按粉体重量40-45％的比例加乙醇，球磨至浆料粒度200目以下，出料，成型，制成陶瓷片、陶瓷板、陶瓷球、陶瓷环或陶瓷管的胚体；
(3)将成型后的陶瓷片、陶瓷板、陶瓷球、陶瓷环或陶瓷管的胚体在500-900℃下烧结成型(该温度烧结，制得的材料红外活性最高)，出炉后冷却至室温；
(4)将橡胶或/和树脂涂抹于烧制后的陶瓷片、陶瓷板、陶瓷球、陶瓷环或陶瓷管外表面，形成有机物保护层即可。有机物保护层使该材料与燃油不相互接触，保护材料不会与燃油相互污染。
本发明的燃油活化助燃红外辐射材料的用途：根据实际情况，将的燃油活化助燃红外辐射材料制成陶瓷片、陶瓷板、陶瓷球、陶瓷环或陶瓷管，安装在燃油经过的管道或容器内，活化燃油分子，提高燃油燃烧效率，实现节能减排的目的。
本发明中所用的化学原材料均是市购工业品。
具体实施方式
实施例1
1、低成本燃油活化助燃红外辐射材料按质量百分比的配方：河北阜平镁电气石粉料80％、尖晶石型红外辐射材料5％、添加剂5％，有机造孔剂聚甲基丙烯酸甲酯10％。
2、上述低成本燃油活化助燃红外辐射材料制备方法步骤如下：
(1)按质量百分比，将氧化锰粉75％，氧化铜粉25％，放入球磨罐中，按粉体总重量40％的比例加乙醇，球磨至浆料粒度200目以下，出料，成型，在950℃下烧结，出炉后冷却至室温，经破碎、球磨、细磨，制成混合尖晶石型红外辐射材料；
(2)按质量百分比，将河北阜平镁电气石粉料80％，步骤(1)制备的红外辐射材料5％，添加剂NaCO32.5％，K2CO32.5％，聚甲基丙烯酸甲酯10％放入球磨罐中，按粉体总重量40％的比例加水，球磨至浆料粒度200目以下，出料，成型，制成半径1.5cm的圆形陶瓷颗粒的胚体；
(3)将成型后的陶瓷颗粒的胚体在700℃下烧结成型，出炉后冷却至室温；
(4)将环氧树脂涂抹于烧制后的陶瓷颗粒表面，形成有机物保护层。
3、将本实施例制备的低成本燃油活化助燃红外辐射材料陶瓷颗粒装入柱状金属管内，制成高效环保节油器。外壳的顶端和底端分别与上下盖连接，上下盖的中心开孔分别连接进出油管，进出油管内侧装有金属筛网。
4、本实施例制备的低成本燃油活化助燃红外辐射材料的应用：将装有低成本燃油活化助燃红外辐射材料的高效环保节油器接于汽车发动机进油管道，使燃油进入发动机之前先经过本装置。试验表明：车每行一百公里可节省汽油17.6％，降低一氧化碳排放量1.2％，降低碳氢化合物排放量6.5％。
实施例2
1、低成本燃油活化助燃红外辐射材料按质量百分比的配方新疆阿尔泰镁电气石粉料85％，红外辐射材料5％，添加剂B2O3 5％，聚乙烯醇5％：。
2、上述低成本燃油活化助燃红外辐射材料制备方法步骤如下：
(1)按质量百分比，将氧化锰粉55％，氧化铜粉35％，氧化镍粉5％，氧化铬粉5％，放入球磨罐中，按粉体总重量40％的比例加乙醇，球磨至浆料粒度200目以下，出料，成型，在900℃下烧结，出炉后冷却至室温，经破碎、球磨、细磨，制成混合尖晶石型红外辐射材料；
(2)按质量百分比，将新疆阿尔泰镁电气石粉料85％，步骤(1)制备的红外辐射材料5％，添加剂B2O3 5％，聚乙烯醇5％放入球磨罐中，按粉体总重量40％的比例加水，球磨至浆料粒度200目以下，出料，成型，制成陶瓷管的胚体；
(3)将成型后的陶瓷管的胚体在700℃下烧结成型，出炉后冷却至室温。
(4)将环氧树脂涂抹于烧制后的陶瓷管表面形成有机物保护层。
3、本实施例制备的低成本燃油活化助燃红外辐射材料的应用：将制成的陶瓷管接于汽车发动机进油管道，使燃油进入发动机之前先经过制成的陶瓷管。试验表明：车每行一百公里可节省汽油20.7％，降低一氧化碳排放量1.7％，降低碳氢化合物排放量8.1％。
实施例3
1、低成本燃油活化助燃红外辐射材料按质量百分比的配方：组分重量百分比为内蒙古黑电气石粉料35％，河南卢县锂电气石粉料20％，红外辐射材料25％，添加剂TiO2 5％，有机造孔剂聚甲基丙烯酸甲酯5％和聚苯乙烯10％，
2、上述低成本燃油活化助燃红外辐射材料制备方法步骤如下：
(1)按质量百分比，将氧化铁粉55％，氧化锰粉20％，氧化钴粉10％，氧化铜粉10％，氧化镍粉5％，放入球磨罐中，按粉体总重量40％的比例加乙醇，球磨至浆料粒度200目以下，出料，成型，在1100℃下烧结，出炉后冷却至室温，经破碎、球磨、细磨，制成混合尖晶石型红外辐射材料；
(2)按质量百分比，将内蒙古黑电气石粉料35％，河南卢县锂电气石粉料20％，步骤(1)制备的红外辐射材料25％，添加剂TiO2 5％，有机造孔剂聚甲基丙烯酸甲酯5％和聚苯乙烯10％放入球磨罐中，按粉体总重量40％的比例加水，球磨至浆料粒度200目以下，出料，成型，制成半径1.5cm的圆形陶瓷颗粒的胚体；
(3)将成型后的陶瓷颗粒的胚体在900℃下烧结成型，出炉后冷却至室温；
(4)将橡胶和环氧树脂混合物(橡胶和环氧树脂质量比1∶2)涂抹于烧制后的陶瓷颗粒表面，形成有机物保护层。
3、本实施例制备的低成本燃油活化助燃红外辐射材料的应用：将制成的陶瓷管接于汽车发动机进油管道，使燃油进入发动机之前先经过制成的陶瓷管。试验表明：车每行一百公里可节省汽油14.2％，降低一氧化碳排放量1.1％，降低碳氢化合物排放量6.1％。
Claims (3)
1.一种燃油活化助燃红外辐射材料，在2.5-6.2μm波段具有较高红外辐射率，其特征是：该材料采用矿石粉料为原料，添加混合尖晶石型红外辐射材料、化合物添加剂和有机造孔剂制成，各组分重量百分比为：矿石粉料50-85％，红外辐射材料5-25％，添加剂5-10％，有机造孔剂5-15％，其中，所述的矿石粉料为河北阜平镁电气石粉料、内蒙古黑电气石粉料、新疆阿尔泰镁电气石粉料、河南卢县锂电气石粉料中的一种或几种，所述的添加剂为碱金属化合物、氧化硼、二氧化钛中的一种或几种；所述的混合尖晶石型红外辐射材料为由氧化锰与选自氧化铁、氧化镍、氧化钴、氧化铬、氧化铜中的一种或几种为原料制备的混合尖晶石型红外辐射材料；所述的有机造孔剂为聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯中的一种或几种。
2.权利要求1所述的燃油活化助燃红外辐射材料的制备方法，其特征是，制备步骤包括：
(1)将氧化锰粉与选自氧化铁、氧化镍、氧化钴、氧化铬、氧化铜中一种或几种粉料，按重量百分比配成100％粉体，其中氧化锰粉不少于20％，放入球磨罐中，按上述粉体总重量40-45％的比例加乙醇，球磨至浆料粒度200目以下，出料，成型，在600-1200℃下烧结，出炉后冷却至室温，经破碎、球磨、细磨，制成混合尖晶石型红外辐射材料；
(2)按重量百分比，将矿石粉料50-85％，步骤(1)得到的红外辐射材料5-25％，添加剂5-10％，有机造孔剂5-15％放入球磨罐中，按粉体总重量40-45％的比例加乙醇，球磨至浆料粒度200目以下，出料，成型，制成陶瓷片、陶瓷板、陶瓷球、陶瓷环或陶瓷管的胚体；
(3)将成型后的陶瓷片、陶瓷板、陶瓷球、陶瓷环或陶瓷管的胚体在500-900℃下烧结成型，出炉后冷却至室温；
(4)将橡胶或/和树脂涂抹于烧制后的陶瓷片、陶瓷板、陶瓷球、陶瓷环或陶瓷管外表面，形成有机物保护层即可。
3.权利要求1所述的燃油活化助燃红外辐射材料的应用，其特征是：将燃油活化助燃红外辐射材料制成陶瓷片、陶瓷板、陶瓷球、陶瓷环或陶瓷管，安装在燃油经过的管道或容器内，活化燃油分子，提高燃油燃烧效率，实现节能减排。
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