CN110194973A - 一种高热值燃料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高热值燃料及其制备方法，以甲醇为主，辅以聚乙二醇400，引入有机纳米化改性的镍铝钼合金，利用光聚合反应形成凝胶化结构。有机纳米化改性的镍铝钼合金通过化学键合作用连接至凝胶化结构的孔隙中，结构稳定，对甲醇和聚乙二醇400具有热值增效作用，凝胶化结构可以增大氧气与燃料的接触面积，促进充分燃料的充分燃烧，缩减燃烧成本，大大提高了产品热值。
Description
技术领域
本发明涉及新能源技术领域，特别是涉及一种高热值燃料及其制备方法。
背景技术
随着全球能源消耗急剧增加，有限的石油资源难以满足人们对能源的需求，同时，石油资源的使用还会向大气中排放大量的有害物质，从而造成环境污染。为了缓解石油供应紧张和环境污染问题，人们开始研发各种替代燃料。
醇基燃料是当前大量推广的一种新型替代能源，可以在一定程度上缓解石油紧缺和环境污染现状。所谓醇基燃料是在原料油中加入醇或其衍生物，使得燃料在燃烧过程中充分燃烧，降低碳颗粒物的排放，降低环境污染。
醇基燃料是一种绿色环保的能源，热转换效率高，排放以水和二氧化碳为主，但是，目前大部分用于锅炉和炉灶的醇基燃料制造成本高，热值较低，限制了其推广应用。
专利CN106350128B公开了一种新型醇基液体燃料，是由主燃成分、辅燃成分和复合添加剂组成，将各组分直接混合得到，热值仍然不够理想，与柴油等传统燃料相比，差距非常大，与日常使用的天然气相比也没有特别的优势。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种高热值燃料及其制备方法，大大提高了产品热值，具有很好的推广价值。
为实现上述目的，本发明是通过如下方案实现的：
一种高热值燃料的制备方法，先将甲醇、聚乙二醇400、水混合制成混合液，然后边搅拌边加入丙烯酰胺、乙二醇二甲基丙烯酸酯、光引发剂，最后加入有机纳米化改性的镍铝钼合金，光聚合反应凝胶化，即得一种高热值燃料；其中，所述有机纳米化改性的镍铝钼合金是将镍铝钼合金粉倒入有机硅试剂中，超声处理，过滤，洗涤，并使用顺丁烯二酸酐进行接枝，实现有机纳米化改性。
优选的，甲醇、聚乙二醇400、水、丙烯酰胺、乙二醇二甲基丙烯酸酯、光引发剂、有机纳米化改性的镍铝钼合金的质量比为100：20～30：30～40：20～30：1.1～1.3：1～1.2：0.2～0.3。
优选的，混合液的制备方法为：将甲醇、聚乙二醇400加入水中，搅拌30～40分钟即可。
优选的，所述光引发剂选自光引发剂651、光引发剂2100、光引发剂2959。
优选的，光聚合反应的工艺条件为：在充满氮气保护的波长365nm紫外灯下，聚合反应30分钟。
优选的，所述有机硅试剂为3-氨基丙基三乙氧基硅烷或对氨基苯基三甲氧基硅烷的甲苯溶液，质量浓度为5～8%，有机硅试剂的用量为镍铝钼合金粉重量的8～10倍。
优选的，超声处理的工艺条件为：功率500～600W，温度30～40℃，处理时间为20～30分钟。
优选的，使用无水乙醇洗涤2～3次。
优选的，顺丁烯二酸酐接枝的方法为：将洗涤后的产物倒入质量浓度3～5%的顺丁烯二酸酐中，浸泡5～6小时，并依次使用丙酮和无水乙醇各冲洗2～3次即可；顺丁烯二酸酐的用量为镍铝钼合金粉重量的12～15倍。
利用上述制备方法得到的一种高热值燃料。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
（1）本发明以甲醇为主，辅以聚乙二醇400，引入有机纳米化改性的镍铝钼合金，利用光聚合反应形成凝胶化结构的醇基燃料。有机纳米化改性的镍铝钼合金通过化学键合作用连接至凝胶化结构的孔隙中，结构稳定，对甲醇和聚乙二醇400具有热值增效作用，凝胶化结构可以增大氧气与燃料的接触面积，促进充分燃料的充分燃烧，缩减燃烧成本，大大提高了产品热值。
（2）本发明聚乙二醇400具有链状结构，含有大量醚基，与甲醇分子结构中的氢与聚乙二醇400中氧原子的孤对电子互相吸引，形成网状结构，与单独使用甲醇相比，热值有了明显提高。
（3）本发明随着丙烯酰胺、乙二醇二甲基丙烯酸酯在光引发剂作用下，与有机纳米化改性的镍铝钼合金的双键进行聚合反应，实现了无机组分镍铝钼合金的引入，进一步提高热值，并在此过程中形成凝胶化结构，使得热值明显提高。
（4）本发明镍铝钼合金粉先倒入有机硅试剂中超声处理，实现了纳米化，同时，连接有机硅氧基，并进一步使用顺丁烯二酸酐进行接枝，使其有机端具有大量双键，可以与丙烯酰胺、乙二醇二甲基丙烯酸酯等发生光聚合，实现凝胶化，而且，该过程相当于进行了烃基修饰，提高产品的热值。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种高热值燃料的制备方法，先将甲醇、聚乙二醇400、水混合制成混合液，然后边搅拌边加入丙烯酰胺、乙二醇二甲基丙烯酸酯、光引发剂，最后加入有机纳米化改性的镍铝钼合金，光聚合反应凝胶化，即得一种高热值燃料；其中，所述有机纳米化改性的镍铝钼合金是将镍铝钼合金粉倒入有机硅试剂中，超声处理，过滤，使用无水乙醇洗涤2次，并使用顺丁烯二酸酐进行接枝，实现有机纳米化改性。
甲醇、聚乙二醇400、水、丙烯酰胺、乙二醇二甲基丙烯酸酯、光引发剂、有机纳米化改性的镍铝钼合金的质量比为100：20：30：20：1.1：1：0.2。
混合液的制备方法为：将甲醇、聚乙二醇400加入水中，搅拌30分钟即可。
光引发剂为光引发剂651。
光聚合反应的工艺条件为：在充满氮气保护的波长365nm紫外灯下，聚合反应30分钟。
有机硅试剂为3-氨基丙基三乙氧基硅烷的甲苯溶液，质量浓度为5%，有机硅试剂的用量为镍铝钼合金粉重量的8倍。
超声处理的工艺条件为：功率500W，温度30℃，处理时间为20分钟。
顺丁烯二酸酐接枝的方法为：将洗涤后的产物倒入质量浓度3%的顺丁烯二酸酐中，浸泡5小时，并依次使用丙酮和无水乙醇各冲洗2次即可；顺丁烯二酸酐的用量为镍铝钼合金粉重量的12倍。
实施例2
一种高热值燃料的制备方法，先将甲醇、聚乙二醇400、水混合制成混合液，然后边搅拌边加入丙烯酰胺、乙二醇二甲基丙烯酸酯、光引发剂，最后加入有机纳米化改性的镍铝钼合金，光聚合反应凝胶化，即得一种高热值燃料；其中，所述有机纳米化改性的镍铝钼合金是将镍铝钼合金粉倒入有机硅试剂中，超声处理，过滤，使用无水乙醇洗涤3次，并使用顺丁烯二酸酐进行接枝，实现有机纳米化改性。
甲醇、聚乙二醇400、水、丙烯酰胺、乙二醇二甲基丙烯酸酯、光引发剂、有机纳米化改性的镍铝钼合金的质量比为100： 30： 40： 30： 1.3： 1.2： 0.3。
混合液的制备方法为：将甲醇、聚乙二醇400加入水中，搅拌40分钟即可。
光引发剂为光引发剂2100。
光聚合反应的工艺条件为：在充满氮气保护的波长365nm紫外灯下，聚合反应30分钟。
有机硅试剂为对氨基苯基三甲氧基硅烷的甲苯溶液，质量浓度为8%，有机硅试剂的用量为镍铝钼合金粉重量的10倍。
超声处理的工艺条件为：功率600W，温度40℃，处理时间为30分钟。
顺丁烯二酸酐接枝的方法为：将洗涤后的产物倒入质量浓度5%的顺丁烯二酸酐中，浸泡6小时，并依次使用丙酮和无水乙醇各冲洗3次即可；顺丁烯二酸酐的用量为镍铝钼合金粉重量的15倍。
实施例3
一种高热值燃料的制备方法，先将甲醇、聚乙二醇400、水混合制成混合液，然后边搅拌边加入丙烯酰胺、乙二醇二甲基丙烯酸酯、光引发剂，最后加入有机纳米化改性的镍铝钼合金，光聚合反应凝胶化，即得一种高热值燃料；其中，所述有机纳米化改性的镍铝钼合金是将镍铝钼合金粉倒入有机硅试剂中，超声处理，过滤，使用无水乙醇洗涤2次，并使用顺丁烯二酸酐进行接枝，实现有机纳米化改性。
甲醇、聚乙二醇400、水、丙烯酰胺、乙二醇二甲基丙烯酸酯、光引发剂、有机纳米化改性的镍铝钼合金的质量比为100： 30：30： 30：1.1： 1.2：0.2。
混合液的制备方法为：将甲醇、聚乙二醇400加入水中，搅拌40分钟即可。
光引发剂为光引发剂2959。
光聚合反应的工艺条件为：在充满氮气保护的波长365nm紫外灯下，聚合反应30分钟。
有机硅试剂为3-氨基丙基三乙氧基硅烷的甲苯溶液，质量浓度为5%，有机硅试剂的用量为镍铝钼合金粉重量的10倍。
超声处理的工艺条件为：功率500W，温度40℃，处理时间为20分钟。
顺丁烯二酸酐接枝的方法为：将洗涤后的产物倒入质量浓度5%的顺丁烯二酸酐中，浸泡5小时，并依次使用丙酮和无水乙醇各冲洗3次即可；顺丁烯二酸酐的用量为镍铝钼合金粉重量的12倍。
实施例4
一种高热值燃料的制备方法，先将甲醇、聚乙二醇400、水混合制成混合液，然后边搅拌边加入丙烯酰胺、乙二醇二甲基丙烯酸酯、光引发剂，最后加入有机纳米化改性的镍铝钼合金，光聚合反应凝胶化，即得一种高热值燃料；其中，所述有机纳米化改性的镍铝钼合金是将镍铝钼合金粉倒入有机硅试剂中，超声处理，过滤，使用无水乙醇洗涤3次，并使用顺丁烯二酸酐进行接枝，实现有机纳米化改性。
甲醇、聚乙二醇400、水、丙烯酰胺、乙二醇二甲基丙烯酸酯、光引发剂、有机纳米化改性的镍铝钼合金的质量比为100：20： 40：20： 1.3：1： 0.3。
混合液的制备方法为：将甲醇、聚乙二醇400加入水中，搅拌30分钟即可。
光引发剂为光引发剂651。
光聚合反应的工艺条件为：在充满氮气保护的波长365nm紫外灯下，聚合反应30分钟。
有机硅试剂为对氨基苯基三甲氧基硅烷的甲苯溶液，质量浓度为8%，有机硅试剂的用量为镍铝钼合金粉重量的8倍。
超声处理的工艺条件为：功率600W，温度30℃，处理时间为30分钟。
顺丁烯二酸酐接枝的方法为：将洗涤后的产物倒入质量浓度3%的顺丁烯二酸酐中，浸泡6小时，并依次使用丙酮和无水乙醇各冲洗2次即可；顺丁烯二酸酐的用量为镍铝钼合金粉重量的15倍。
实施例5
一种高热值燃料的制备方法，先将甲醇、聚乙二醇400、水混合制成混合液，然后边搅拌边加入丙烯酰胺、乙二醇二甲基丙烯酸酯、光引发剂，最后加入有机纳米化改性的镍铝钼合金，光聚合反应凝胶化，即得一种高热值燃料；其中，所述有机纳米化改性的镍铝钼合金是将镍铝钼合金粉倒入有机硅试剂中，超声处理，过滤，使用无水乙醇洗涤2次，并使用顺丁烯二酸酐进行接枝，实现有机纳米化改性。
甲醇、聚乙二醇400、水、丙烯酰胺、乙二醇二甲基丙烯酸酯、光引发剂、有机纳米化改性的镍铝钼合金的质量比为100：25：35：26：1.2：1.1：0.25。
混合液的制备方法为：将甲醇、聚乙二醇400加入水中，搅拌35分钟即可。
光引发剂为光引发剂2959。
光聚合反应的工艺条件为：在充满氮气保护的波长365nm紫外灯下，聚合反应30分钟。
有机硅试剂为3-氨基丙基三乙氧基硅烷的甲苯溶液，质量浓度为7%，有机硅试剂的用量为镍铝钼合金粉重量的9倍。
超声处理的工艺条件为：功率600W，温度35℃，处理时间为25分钟。
顺丁烯二酸酐接枝的方法为：将洗涤后的产物倒入质量浓度4%的顺丁烯二酸酐中，浸泡6小时，并依次使用丙酮和无水乙醇各冲洗2次即可；顺丁烯二酸酐的用量为镍铝钼合金粉重量的13倍。
对比例1
一种醇基燃料的制备方法，先将甲醇、水混合制成混合液，然后边搅拌边加入丙烯酰胺、乙二醇二甲基丙烯酸酯、光引发剂，最后加入有机纳米化改性的镍铝钼合金，光聚合反应凝胶化，即得一种高热值燃料；其中，所述有机纳米化改性的镍铝钼合金是将镍铝钼合金粉倒入有机硅试剂中，超声处理，过滤，使用无水乙醇洗涤2次，并使用顺丁烯二酸酐进行接枝，实现有机纳米化改性。
甲醇、水、丙烯酰胺、乙二醇二甲基丙烯酸酯、光引发剂、有机纳米化改性的镍铝钼合金的质量比为125：35：26：1.2：1.1：0.25。
混合液的制备方法为：将甲醇加入水中，搅拌35分钟即可。
光引发剂为光引发剂2959。
光聚合反应的工艺条件为：在充满氮气保护的波长365nm紫外灯下，聚合反应30分钟。
有机硅试剂为3-氨基丙基三乙氧基硅烷的甲苯溶液，质量浓度为7%，有机硅试剂的用量为镍铝钼合金粉重量的9倍。
超声处理的工艺条件为：功率600W，温度35℃，处理时间为25分钟。
顺丁烯二酸酐接枝的方法为：将洗涤后的产物倒入质量浓度4%的顺丁烯二酸酐中，浸泡6小时，并依次使用丙酮和无水乙醇各冲洗2次即可；顺丁烯二酸酐的用量为镍铝钼合金粉重量的13倍。
对比例2
一种醇基燃料的制备方法，先将甲醇、聚乙二醇400、水混合制成混合液，然后边搅拌边加入丙烯酰胺、乙二醇二甲基丙烯酸酯、光引发剂，最后加入镍铝钼合金，光聚合反应凝胶化，即得一种高热值燃料。
甲醇、聚乙二醇400、水、丙烯酰胺、乙二醇二甲基丙烯酸酯、光引发剂、镍铝钼合金的质量比为100：25：35：26：1.2：1.1：0.25。
混合液的制备方法为：将甲醇、聚乙二醇400加入水中，搅拌35分钟即可。
光引发剂为光引发剂2959。
光聚合反应的工艺条件为：在充满氮气保护的波长365nm紫外灯下，聚合反应30分钟。
对比例3
一种醇基燃料的制备方法，是将甲醇、聚乙二醇400、有机纳米化改性的镍铝钼合金混合制成；其中，所述有机纳米化改性的镍铝钼合金是将镍铝钼合金粉倒入有机硅试剂中，超声处理，过滤，使用无水乙醇洗涤2次，并使用顺丁烯二酸酐进行接枝，实现有机纳米化改性。
甲醇、聚乙二醇400、有机纳米化改性的镍铝钼合金的质量比为100：25：0.25。
有机硅试剂为3-氨基丙基三乙氧基硅烷的甲苯溶液，质量浓度为7%，有机硅试剂的用量为镍铝钼合金粉重量的9倍。
超声处理的工艺条件为：功率600W，温度35℃，处理时间为25分钟。
顺丁烯二酸酐接枝的方法为：将洗涤后的产物倒入质量浓度4%的顺丁烯二酸酐中，浸泡6小时，并依次使用丙酮和无水乙醇各冲洗2次即可；顺丁烯二酸酐的用量为镍铝钼合金粉重量的13倍。
试验例
由于目前尚无固体醇基燃料的行业标准，申请人采用常规的燃烧法进行热值检测（使用热量计）。热值的计算公式为：q=Q/m，其中q为热值，Q为热量，m表示燃料的质量。热值有高热值与低热值两种，高热值是燃料的燃烧热和水蒸气的冷凝热的总数，即燃料完全燃料时所放出的总热量；低热值仅是燃料的燃烧热，即由总热量减去冷凝热的差数。具体检测结果见表1。
表1.产品的热值比较
| 高热值（KJ/kg） | 低热值（KJ/kg） | |
| 实施例1 | 51333 | 47234 |
| 实施例2 | 51345 | 47235 |
| 实施例3 | 51351 | 47238 |
| 实施例4 | 51352 | 47238 |
| 实施例5 | 51359 | 47241 |
| 对比例1 | 31203 | 28896 |
| 对比例2 | 35112 | 32145 |
| 对比例3 | 23089 | 21887 |
由表1可知，实施例1～5所得醇基燃料热值高。对比例1将甲醇、水混合制成混合液，热值明显降低，这是因为单纯靠甲醇的作用热值比较低；对比例2镍铝钼合金粉不经有机纳米化处理直接添加，热值明显降低，可能是镍铝钼合金粉作为无机添加剂不能在体系中均匀分散，对热值影响较大；对比例3直接将甲醇、聚乙二醇400、有机纳米化改性的镍铝钼合金混合制成一种醇基燃料，未形成凝胶体系，热值也较低。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (10)
1.一种高热值燃料的制备方法，其特征在于，先将甲醇、聚乙二醇400、水混合制成混合液，然后边搅拌边加入丙烯酰胺、乙二醇二甲基丙烯酸酯、光引发剂，最后加入有机纳米化改性的镍铝钼合金，光聚合反应凝胶化，即得一种高热值燃料；其中，所述有机纳米化改性的镍铝钼合金是将镍铝钼合金粉倒入有机硅试剂中，超声处理，过滤，洗涤，并使用顺丁烯二酸酐进行接枝，实现有机纳米化改性。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，甲醇、聚乙二醇400、水、丙烯酰胺、乙二醇二甲基丙烯酸酯、光引发剂、有机纳米化改性的镍铝钼合金的质量比为100：20～30：30～40：20～30：1.1～1.3：1～1.2：0.2～0.3。
3.根据权利要求1-2任一项所述的制备方法，其特征在于，混合液的制备方法为：将甲醇、聚乙二醇400加入水中，搅拌30～40分钟即可。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述光引发剂选自光引发剂651、光引发剂2100、光引发剂2959。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，光聚合反应的工艺条件为：在充满氮气保护的波长365nm紫外灯下，聚合反应30分钟。
6.根据权利要求1-5任一项所述的制备方法，其特征在于，所述有机硅试剂为3-氨基丙基三乙氧基硅烷或对氨基苯基三甲氧基硅烷的甲苯溶液，质量浓度为5～8%，有机硅试剂的用量为镍铝钼合金粉重量的8～10倍。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，超声处理的工艺条件为：功率500～600W，温度30～40℃，处理时间为20～30分钟。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，使用无水乙醇洗涤2～3次。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，顺丁烯二酸酐接枝的方法为：将洗涤后的产物倒入质量浓度3～5%的顺丁烯二酸酐中，浸泡5～6小时，并依次使用丙酮和无水乙醇各冲洗2～3次即可；顺丁烯二酸酐的用量为镍铝钼合金粉重量的12～15倍。
10.利用权利要求1～9中任一项所述制备方法得到的一种高热值燃料。
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