CN105238467B - 柴油微乳液及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柴油微乳液，由柴油、表面活性剂、助表面活性剂和水制成，其中，所述助表面活性剂为α‑氨基酸的丝氨酸和苯丙氨酸的混合物。所述表面活性剂为十六烷基三甲基氯化铵。本发明还提供了一种柴油微乳液的制备方法。本发明制得的柴油微乳液外观澄清透明、稳定性好、含水量高、燃烧性能好、粒径小、室温、高温、低温放置无分层，不含有金属离子、硫元素等对环境不理的物质，有助于完全燃烧，提高燃烧效率。本发明的制备方法使油水混合吸附膜产生超低界面张力，以便获得更好的柴油微乳液。

Description

柴油微乳液及其制备方法

技术领域

本发明涉及微乳液领域，具体涉及一种柴油微乳液及其制备方法。

背景技术

微乳液是一种热力学稳定体系，通常由表面活性剂、助表面活性剂、水相和油相组成，粒径在10～100nm范围内，具有外观透明、稳定性好、易于制备等优点，在材料科学、有机化学、生物工程、医学等方面引起了越来越多的关注。柴油作为一种燃料资源，易燃易爆，对柴油进行微乳化会起到防爆抑爆的安全作用，同时会使柴油燃烧更充分、燃烧效率提高。由于油、水在表面活性剂作用下形成W/O或O/W乳液在加热燃烧时水蒸汽受热膨胀后产生微爆，使得柴油二次雾化燃烧更加充分，大大降低了废气中有害气体的含量。

醇是最常用的助表面活性剂。然而，在柴油微乳液的制备中，由于甲醇、乙醇、正丁醇为助表面活性剂时，水溶性强，分布在水相中的醇分子较多，促进了表面活性剂分子在水相中的溶解，分配到界面上的表面活性剂较少，很难形成柴油微乳液，此外随着碳链的增加，醇分子的体积依次增大，其嵌入界面膜的阻力增大，使界面膜的柔性降低，刚性增强，不利于界面膜的弯曲，更不利于形成微乳液，使液晶相易于生成。因此，寻找一种新的助表面活性剂，开发一种表面积大、界面张力低、增溶能力强的与原柴油接近的微乳液燃料成为研究热点。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种柴油微乳液，其具有稳定性好、含水量高、燃烧性能好、粒径小、室温放置无分层等优点。

本发明还有一个目的是提供一种柴油微乳液的制备方法，使油水混合吸附膜产生超低界面张力，以便获得更好的柴油微乳液。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种柴油微乳液，由柴油、表面活性剂、助表面活性剂和水制成，其中，所述助表面活性剂为α-氨基酸的一种或多种。

优选的是，所述的柴油微乳液，所述α-氨基酸为丝氨酸和苯丙氨酸的混合物。

优选的是，所述的柴油微乳液，所述表面活性剂为十六烷基三甲基氯化铵。

优选的是，所述的柴油微乳液，由以下重量份数的原料制成：300～500份柴油，200～280份柴油，200～400份十六烷基三甲基氯化铵，2～3份丝氨酸和苯丙氨酸的混合物，595～600份水制成。

优选的是，所述的柴油微乳液，由以下重量份数的原料制成：240份柴油，300份十六烷基三甲基氯化铵，2.4份丝氨酸和苯丙氨酸的混合物，597.6份水制成。

一种所述的柴油微乳液的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、按上述重量份数向柴油中加入十六烷基三甲基氯化铵，得第一混合物；

步骤二、按上述重量份数向水中加入丝氨酸和苯丙氨酸，得第二混合物；

步骤三、将所述第一混合物和所述第二混合物混合后，振荡，即得所述柴油微乳液。

优选的是，所述的柴油微乳液的制备方法，所述步骤一具体包括：

步骤a、将上述重量份数的柴油分为三等份，将上述重量份数的十六烷基三甲基氯化铵分为两等份，对第一份柴油采用20kHz的超声波辐照1～2min，加入第二份柴油和第一份十六烷基三甲基氯化铵，采用30kHz的超声波辐照2～3min，加入第三份柴油和第二份十六烷基三甲基氯化铵，采用40kHz的超声波辐照3～4min；

步骤b、将步骤a得到的柴油混合物超声波雾化，送入磁场强度为0.3T的磁场处理3～5min，静置1～2h，即得第一混合物。

优选的是，所述的柴油微乳液的制备方法，所述步骤二具体包括：将上述重量份数的水以1m/s流速通过磁化器制得磁化水，加入上述重量份数的丝氨酸和苯丙氨酸混合物，搅拌均匀后，向其中放置多个海绵块，使其充分浸泡和吸附，置入设有碳化硅弹丸的密封装置，将所述密封装置与振动电机连接，以10Hz的频率振动处理3～5min，然后充分挤压所述多个海绵块，即得第二混合物。

优选的是，所述的柴油微乳液的制备方法，所述步骤三具体包括：将所述第一混合物和所述第二混合物混合后振荡1～2min，向其中通入二氧化碳，使压力达到4～5MPa，保持1～2h，抽真空去除二氧化碳，然后进行离心处理，转速为600～800r/min，保持3～5min，即得所述柴油微乳液。

本发明至少包括以下有益效果：

第一、本发明选择α-氨基酸来替代传统的醇类助表面活性剂，α-氨基酸含有侧链基团，能够软化油水界面膜，由于氨基和羧基结合在同一碳原子上，在制备柴油微乳液过程中，改善表面活性剂的表面活性和亲水亲油平衡性，有利于柴油微乳液的生成，是开创性发明；

第二、丝氨酸的侧链基团是脂肪族羟基，苯丙氨酸的侧链基团是芳香族基团，丝氨酸的亲水性能，苯丙氨酸的疏水性能，使得在水/油界面与表面活性剂形成竞争，与表面活性剂分子间互相推斥，在界面上形成的瞬时的负表面张力，有利于微乳液的形成；

第三、选择十六烷基三甲基氯化铵作为阳离子表面活性剂，亲水基带电、有静电斥力，在形成胶束时，选择丝氨酸和苯丙氨酸做为助表面活性剂，使亲水基之间距离变大、静电斥力变小，使油水混合吸附膜产生超低界面张力，使油水混合吸附膜具有一定的柔韧性，界面易于弯曲，有利于微乳液的形成；

第四、本发明制得的柴油微乳液外观澄清透明、稳定性好、含水量高、燃烧性能好、粒径小、室温、高温、低温放置无分层，不含有金属离子、硫元素等对环境不理的物质，有助于完全燃烧，提高燃烧效率；

第五、本发明的制备方法首先将柴油分为三份，依次用频率递增的超声波辐射，通过空化作用破坏组织产生局部粉碎，使得柴油和表面活性剂混合均匀，将雾化后的柴油送入磁场处理，使柴油中的物理结构发生变化，缔合链状的大分子断裂成单个小分子，抑制晶体形成，去除铁质杂质，充分降低油水界面张力；丝氨酸和苯丙氨酸溶解于磁化水，海绵块充分吸附溶胀，然后在高速振动的弹丸下挤压海绵块，使得分子之间高速撞击，形成均匀的第二混合物；向混合物中通入高压二氧化碳，能够增加混合物弹性、流动性并降低油水界面张力等作用，抽真空带动二氧化碳流动促进混合物流动，防止二氧化碳的溶解，高速离心促进混合效果，无分层现象具有良好的稳定性。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

实施例1：

一种柴油微乳液，由2.5mL柴油、2g十六烷基三甲基氯化铵、0.02g丝氨酸和苯丙氨酸的混合物、5.95g水制成。

一种柴油微乳液的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、在2.5mL柴油中加入2g十六烷基三甲基氯化铵，搅拌均匀，得第一混合物；

步骤二、将0.02g丝氨酸和苯丙氨酸和5.95g水混合均匀，得第二混合物；

步骤三、将第一混合物和第二混合物混合后，轻轻振荡，即得所述柴油微乳液。

实施例1得到的柴油微乳液外观澄清透明，粒径为46nm，电导率达4×10³μs/cm，含水量41％，室温放置1年仍保持原有性状、未见油水分层，加热至60℃仍保持原有性状、未见油水分层，冰冻后融化保持原有性状、未见油水分层，采用氧弹量热计测量燃烧值，掺水20％的柴油微乳液，相较于纯柴油，燃烧值多176J/g。

实施例2：

一种柴油微乳液，由3.5mL柴油、4g十六烷基三甲基氯化铵、0.03g丝氨酸和苯丙氨酸的混合物、6g水制成。

一种柴油微乳液的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、在3.5mL柴油中加入4g十六烷基三甲基氯化铵，搅拌均匀，得第一混合物；

步骤二、将0.03g丝氨酸和苯丙氨酸和6g水混合均匀，得第二混合物；

步骤三、将第一混合物和第二混合物混合后，轻轻振荡，即得所述柴油微乳液。

实施例2得到的柴油微乳液外观澄清透明，粒径为48nm，电导率达4×10³μs/cm，含水量47％，室温放置1年仍保持原有性状、未见油水分层，加热至60℃仍保持原有性状、未见油水分层，冰冻后融化保持原有性状、未见油水分层，采用氧弹量热计测量燃烧值，掺水20％的柴油微乳液，相较于纯柴油，燃烧值多192J/g。

实施例3：

一种柴油微乳液，由3mL柴油、3g十六烷基三甲基氯化铵、0.024g丝氨酸和苯丙氨酸的混合物、5.976g水制成。

一种柴油微乳液的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、在3mL柴油中加入3g十六烷基三甲基氯化铵，搅拌均匀，得第一混合物；

步骤二、将0.024g丝氨酸和苯丙氨酸和5.976g水混合均匀，得第二混合物；

步骤三、将第一混合物和第二混合物混合后，轻轻振荡，即得所述柴油微乳液。

实施例3得到的柴油微乳液外观澄清透明，粒径为36nm，电导率达4×10³μs/cm，含水量52％，室温放置1年仍保持原有性状、未见油水分层，加热至60℃仍保持原有性状、未见油水分层，冰冻后融化保持原有性状、未见油水分层，采用氧弹量热计测量燃烧值，掺水20％的柴油微乳液，相较于纯柴油，燃烧值多205J/g。

实施例4：

一种柴油微乳液，配方同实施例1。

一种柴油微乳液的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、

步骤a、将上述重量份数的柴油分为三等份，将上述重量份数的十六烷基三甲基氯化铵分为两等份，对第一份柴油采用20kHz的超声波辐照1min，加入第二份柴油和第一份十六烷基三甲基氯化铵，采用30kHz的超声波辐照2min，加入第三份柴油和第二份十六烷基三甲基氯化铵，采用40kHz的超声波辐照3min；

步骤b、将步骤a得到的柴油混合物超声波雾化，送入磁场强度为0.3T的磁场处理3min，静置1h，即得第一混合物。

步骤二、将上述重量份数的水以1m/s流速通过磁化器制得磁化水，加入上述重量份数的丝氨酸和苯丙氨酸混合物，搅拌均匀后，向其中放置多个海绵块，使其充分浸泡和吸附，置入设有碳化硅弹丸的密封装置，将所述密封装置与振动电机连接，以10Hz的频率振动处理3min，然后充分挤压所述多个海绵块，即得第二混合物。

步骤三、将所述第一混合物和所述第二混合物混合后振荡1min，向其中通入二氧化碳，使压力达到4MPa，保持1h，抽真空去除二氧化碳，然后进行离心处理，转速为600r/min，保持3min，即得所述柴油微乳液。

实施例4得到的柴油微乳液外观澄清透明，粒径为35nm，电导率达4×10³μs/cm，含水量52％，室温放置1年仍保持原有性状、未见油水分层，加热至60℃仍保持原有性状、未见油水分层，冰冻后融化保持原有性状、未见油水分层，采用氧弹量热计测量燃烧值，掺水20％的柴油微乳液，相较于纯柴油，燃烧值多211J/g。

实施例4采用的制备方法，相较于实施例1，能够促进各组分的充分混合，使油水混合吸附膜产生超低界面张力，制得的柴油微乳液形态更好、稳定性更好、含水量更高、燃烧性能更好。

实施例5：

一种柴油微乳液，配方同实施例2。

一种柴油微乳液的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、

步骤a、将上述重量份数的柴油分为三等份，将上述重量份数的十六烷基三甲基氯化铵分为两等份，对第一份柴油采用20kHz的超声波辐照2min，加入第二份柴油和第一份十六烷基三甲基氯化铵，采用30kHz的超声波辐照3min，加入第三份柴油和第二份十六烷基三甲基氯化铵，采用40kHz的超声波辐照4min；

步骤b、将步骤a得到的柴油混合物超声波雾化，送入磁场强度为0.3T的磁场处理5min，静置2h，即得第一混合物。

步骤二、将上述重量份数的水以1m/s流速通过磁化器制得磁化水，加入上述重量份数的丝氨酸和苯丙氨酸混合物，搅拌均匀后，向其中放置多个海绵块，使其充分浸泡和吸附，置入设有碳化硅弹丸的密封装置，将所述密封装置与振动电机连接，以10Hz的频率振动处理5min，然后充分挤压所述多个海绵块，即得第二混合物。

步骤三、将所述第一混合物和所述第二混合物混合后振荡2min，向其中通入二氧化碳，使压力达到5MPa，保持2h，抽真空去除二氧化碳，然后进行离心处理，转速为800r/min，保持5min，即得所述柴油微乳液。

实施例5得到的柴油微乳液外观澄清透明，粒径为32nm，电导率达4×10³μs/cm，含水量52％，室温放置1年仍保持原有性状、未见油水分层，加热至60℃仍保持原有性状、未见油水分层，冰冻后融化保持原有性状、未见油水分层，采用氧弹量热计测量燃烧值，掺水20％的柴油微乳液，相较于纯柴油，燃烧值多220J/g。

实施例5采用的制备方法，相较于实施例2，能够促进各组分的充分混合，使油水混合吸附膜产生超低界面张力，制得的柴油微乳液形态更好、稳定性更好、含水量更高、燃烧性能更好。

实施例6：

一种柴油微乳液，配方同实施例3。

一种柴油微乳液的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、

步骤a、将上述重量份数的柴油分为三等份，将上述重量份数的十六烷基三甲基氯化铵分为两等份，对第一份柴油采用20kHz的超声波辐照1.5min，加入第二份柴油和第一份十六烷基三甲基氯化铵，采用30kHz的超声波辐照2.5min，加入第三份柴油和第二份十六烷基三甲基氯化铵，采用40kHz的超声波辐照3.5min；

步骤b、将步骤a得到的柴油混合物超声波雾化，送入磁场强度为0.3T的磁场处理4min，静置1.5h，即得第一混合物。

步骤二、将上述重量份数的水以1m/s流速通过磁化器制得磁化水，加入上述重量份数的丝氨酸和苯丙氨酸混合物，搅拌均匀后，向其中放置多个海绵块，使其充分浸泡和吸附，置入设有碳化硅弹丸的密封装置，将所述密封装置与振动电机连接，以10Hz的频率振动处理4min，然后充分挤压所述多个海绵块，即得第二混合物。

步骤三、将所述第一混合物和所述第二混合物混合后振荡1.5min，向其中通入二氧化碳，使压力达到4.5MPa，保持1.5h，抽真空去除二氧化碳，然后进行离心处理，转速为700r/min，保持4min，即得所述柴油微乳液。

实施例6得到的柴油微乳液外观澄清透明，粒径为24nm，电导率达4×10³μs/cm，含水量56％，室温放置1年仍保持原有性状、未见油水分层，加热至60℃仍保持原有性状、未见油水分层，冰冻后融化保持原有性状、未见油水分层，采用氧弹量热计测量燃烧值，掺水20％的柴油微乳液，相较于纯柴油，燃烧值多228J/g。

实施例6采用的制备方法，相较于实施例3，能够促进各组分的充分混合，使油水混合吸附膜产生超低界面张力，制得的柴油微乳液形态更好、稳定性更好、含水量更高、燃烧性能更好。

对比例1：

一种柴油微乳液及其制备方法，同实施例3，将0.024g丝氨酸和苯丙氨酸的混合物替换为0.024g正丁醇。

对比例1得到的柴油微乳液外观半透明，粒径为75nm，电导率达2×10³μs/cm，含水量32％，室温放置1个月保持原有性状、未见油水分层，1年后油水分层，加热至60℃油水分层，冰冻后融化油水分层，采用氧弹量热计测量燃烧值，掺水20％的柴油微乳液，相较于纯柴油，燃烧值多100J/g。

实施例3和对比例1相较得到，α-氨基酸能够作为助表面活性剂，改善表面活性剂的表面活性和亲水亲油平衡性，并软化油水界面膜，制得外观澄清透明、稳定性好、含水量高、燃烧性能好、粒径小、室温、高温、低温放置无分层的柴油微乳液，不含有金属离子、硫元素等对环境不理的物质，有助于完全燃烧，提高燃烧效率。

对比例2：

一种柴油微乳液及其制备方法，同实施例6，将0.024g丝氨酸和苯丙氨酸的混合物替换为0.024g正丁醇。

对比例2得到的柴油微乳液外观半透明，粒径为62nm，电导率达3×10³μs/cm，含水量34％，室温放置1个月保持原有性状、未见油水分层，1年后油水分层，加热至60℃油水分层，冰冻后融化未见油水分层，采用氧弹量热计测量燃烧值，掺水20％的柴油微乳液，相较于纯柴油，燃烧值多121J/g。

实施例6和对比例2相较得到，α-氨基酸能够作为助表面活性剂，改善表面活性剂的表面活性和亲水亲油平衡性，并软化油水界面膜，制得外观澄清透明、稳定性好、含水量高、燃烧性能好、粒径小、室温、高温、低温放置无分层的柴油微乳液，不含有金属离子、硫元素等对环境不理的物质，有助于完全燃烧，提高燃烧效率。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。

Claims (1)

1.一种柴油微乳液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、向200～280重量份柴油中加入200～400重量份十六烷基三甲基氯化铵，得第一混合物；将200～280重量份的柴油分为三等份，将200～400重量份的十六烷基三甲基氯化铵分为两等份，对第一份柴油采用20kHz的超声波辐照1～2min，加入第二份柴油和第一份十六烷基三甲基氯化铵，采用30kHz的超声波辐照2～3min，加入第三份柴油和第二份十六烷基三甲基氯化铵，采用40kHz的超声波辐照3～4min，得到柴油混合物，超声波雾化，送入磁场强度为0.3T的磁场处理3～5min，静置1～2h，即得第一混合物；

步骤二、将595～600重量份的水以1m/s流速通过磁化器制得磁化水，加入2～3重量份的丝氨酸和苯丙氨酸混合物，搅拌均匀后，向其中放置多个海绵块，使其充分浸泡和吸附，置入设有碳化硅弹丸的密封装置，将所述密封装置与振动电机连接，以10Hz的频率振动处理3～5min，然后充分挤压所述多个海绵块，即得第二混合物；

步骤三、将所述第一混合物和所述第二混合物混合后，振荡1～2min，向其中通入二氧化碳，使压力达到4～5MPa，保持1～2h，抽真空去除二氧化碳，然后进行离心处理，转速为600～800r/min，保持3～5min，即得所述柴油微乳液。