CN112111307A - 一种复合型燃油助剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及燃油添加剂技术领域，特别涉及一种复合型燃油助剂及其制备方法；所述的方法包括：(1)称取原料组分：活性复合氧化物5‑10重量％、聚丙烯腈5‑10重量％、增稠剂0.1‑1重量％，余量为溶剂；混合均匀得到混合液，采用干湿法纺丝、集束、弯曲得到中空纤维前驱体，高温烧结，自然冷却得到中空纤维材料；(2)对中空纤维材料切断，浸没到气溶胶发生物中，待中空纤维充分吸附气溶胶发生物后捞出，得到复合型燃油助剂；本发明提供的复合型燃油助剂可促使燃油分子产生二次雾化，进一步的增大了燃油分子的受氧面，实现了燃油分子的充分燃烧，同时也降低了废气以及有害气体的排放。

Description

一种复合型燃油助剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及燃油添加剂技术领域，特别涉及一种复合型燃油助剂及其制备方法。
背景技术
随着人们对能源保护、环境污染的重视，对发动机的经济性、排气污染性的控制也越来越严格，尤其是近年来，燃油车尾气的污染问题越来越引起人们的注意，燃油车排放的尾气主要指CO、HC、NxO和微粒，随着汽车保有量的逐年攀升，再加上CO2气体的温室效应，将会给人类、动物、植物以及整个自然界的生物链带来极大的危害。由于我国原油的来源品质较差，炼油水平较低，造成了整体油品的质量差异；并且，我国目前生产的汽油主要是以催化裂化为主，催化汽油的辛烷值相对较低，硫含量高，烯烃含量高，汽油中的杂质成分远超过国际标准，燃油燃烧的效率较低，燃烧后在引擎燃烧室内形成大量的污染物质和积碳，直接影响到了发动机的使用寿命，不仅给车辆带来了不同程度的伤害，同时也造成了严重的空气污染。对燃油车尾气排放污染物的控制，除了对燃油车发动机的改进外，通过对燃油的设计也能达到较好的效果，燃油设计既能够降低油耗，减少排放，同时也能达到燃油配方的重组，减少由石油资源紧张所带来的压力。
如公开号为“CN1055103C”的中国专利公开了一种含氮燃油清净剂，其具体是由聚丁烯胺10～30％，烷基胺酰胺1～15％，精制矿物油30～60％，长链脂肪酯 2～6％及二甲苯组成。实验室台架试验表明该清净剂添加到汽油和柴油中可以有效地降低积炭的产生。
又如公开号为“CN1167136A”的中国专利公开了一种多功能汽油添加剂组合物，它包括：(A)大量的稀释溶剂；(B)携带油；(C)至少一种清净剂和/或抗沉积剂；(D)至少一种抗氧剂和/或金属纯化剂；(E)至少一种防锈剂；(F)至少一种破乳化剂；其特点是：上述添加剂组合物加入汽油用于发动机时，可以保持燃料进气系统，如汽化器，孔式燃料喷射器和进气阀等部位的清洁，延长其使用寿命或维修期。同时保证燃料进气系统有效工作，从而明显节省燃料和减少排气污染物含量。上述公开的方案均是从发动机的清洁角度考虑，以达到发动机的保养为主要目的，对于燃料燃效效率的提高仍存在不小的提升空间。
发明内容
本发明的目的在克服现有技术中的不足，提供一种复合型燃油助剂及其制备方法，基于本发明的方法制备得到的燃油助剂，能够在燃油燃烧过程中充分激活燃油分子，有效提高其受氧面，提高燃油的燃烧效率，进而减少积碳，以及减少尾气排放物的排出。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种复合型燃油助剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配方量称取原料组分，具体的配方为：活性复合氧化物5-10重量％、聚丙烯腈5-10重量％、增稠剂0.1-1重量％，余量为溶剂；
所述的活性复合氧化物经由ZnO、Al2O3、Fe2O3、NiO复配而成；
将上述原料组分混合均匀得到混合液，再采用干湿法纺丝、集束、弯曲得到中空纤维前驱体，对所述的中空纤维前驱体进行高温烧结，且在达到1200℃的最高烧结温度时，保温60min，然后自然冷却得到中空纤维材料；
(2)对所述的中空纤维材料切断，使其长度小于20μm，然后浸没到气溶胶发生物中，所述的气溶胶发生物包含有丙二醇、丙三醇、C1-C6的有机酸一元酸和二元酸、乙醇中的任意两种或两种以上化合物的组合物；
待中空纤维充分吸附所述的气溶胶发生物后捞出，得到所述的复合型燃油助剂。
优选地，所述的活性复合氧化物中，ZnO、Al2O3、Fe2O3和NiO的重量比为1：(0.3-0.8)：(0.2-1)：(0.01-0.1)。
优选地，所述的增稠剂选自羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素、聚乙烯吡咯烷酮中的一种。
优选地，所述的溶剂选自N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、碳酸乙烯酯、二甲基乙酰胺中的至少一种。
优选地，所述中空纤维前驱体的烧结气氛为氢气与氩气的混合气氛围，且所述氢气的体积百分比大于20％。
优选地，步骤(2)中，先将切断后的中空纤维材料置于低压环境中，然后加入气溶胶发生物并淹没所述的中空纤维材料，再撤去低压条件，使气溶胶发生物渗入到中空纤维材料的中空结构中去。
本发明还提供了一种基于上述方法制备得到的复合型燃油助剂。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
本发明提供的复合型燃油助剂是以包含有聚丙烯腈和活性复合氧化物的混合物作为囊壁材料，以包含有丙二醇、丙三醇、C1-C6的有机酸一元酸和二元酸、乙醇中的任意两种或两种以上化合物的组合物作为囊芯材料；当将上述微囊结构的材料添加到燃油中，在燃油的具体使用过程中，由于所处的高温条件，促使上述的微囊结构发生微爆现象，使得燃油分子产生二次雾化，进一步的增大了燃油分子的受氧面，实现了燃油分子的充分燃烧，同时也降低了废气以及有害气体的排放；
另一方面，本发明提供的复合型燃油助剂中，所述的囊壁材料中包含有活性复合氧化物，基于本发明提供的活性复合氧化物，可进一步促使燃油分子在压缩及升温的过程中迅速的裂解成小分子化合物，进而利于充分燃烧，而且由于燃烧的充分，发动机的积碳大为减少，磨损大为减少，有效的延长了发动机的寿命。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式中予以详细说明。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐明本发明。
本发明中所有的原料，对其来源没有特别限定，在市场上购买的或按照本领域技术人员熟知的常规方法制备的即可。本发明中所有的原料，对其纯度没有特别限定，本发明优选采用分析纯或复合材料领域使用的常规纯度。
本发明提供了一种复合型燃油助剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配方量称取原料组分，具体的配方为：活性复合氧化物5-10重量％、聚丙烯腈5-10重量％、增稠剂0.1-1重量％，余量为溶剂；
所述的活性复合氧化物经由ZnO、Al2O3、Fe2O3、NiO复配而成；
将上述原料组分混合均匀得到混合液，再采用干湿法纺丝、集束、弯曲得到中空纤维前驱体，对所述的中空纤维前驱体进行高温烧结，且在达到1200℃的最高烧结温度时，保温60min，然后自然冷却得到中空纤维材料；
(2)对所述的中空纤维材料切断，使其长度小于20μm，然后浸没到气溶胶发生物中，所述的气溶胶发生物包含有丙二醇、丙三醇、C1-C6的有机酸一元酸和二元酸、乙醇中的任意两种或两种以上化合物的组合物；
待中空纤维充分吸附所述的气溶胶发生物后捞出，得到所述的复合型燃油助剂。
本发明提供的技术方案中，通过以活性复合氧化物作为填料粒子，以聚丙烯腈作为粘结剂成分，添加增稠剂形成稳定的混合液，再以干湿法进行纺丝，得到中空结构的纤维前驱体，通过对上述中空纤维前驱体进行高温烧结，得到脆性优异的中空纤维材料；进一步在所述中空纤维材料的中空结构中引入气溶胶发生物，在引擎室内，当燃油燃烧产生高温条件时，诱导中空纤维中的气溶胶发生物的发生膨胀，产生“微爆”现象，使得燃油分子产生二次雾化，有效的增大了燃油分子的受氧面，使其能够充分燃烧，提高了发动机的燃油效率，以及，降低了发动机有害气体的排放。并且，由于中空纤维材料的囊壁中富含有活性氧化物颗粒，可促使燃油分子在压缩及升温的过程中迅速的裂解成小分子化合物，进而利于充分燃烧。
进一步的，根据本发明，作为中空纤维材料囊壁中的添加组分，以及在微爆释放后促进燃油分子的裂解，所述活性复合氧化物中各组分的用量可以在较宽的范围内选择，作为优选的，所述的活性复合氧化物中，ZnO、Al2O3、Fe2O3和NiO的重量比为1：(0.3-0.8)：(0.2-1)：(0.01-0.1)。
根据本发明，增稠剂的作用在于增大混合液的黏度，方便后续的纺丝操作，本发明对所述增稠剂的种类不做特殊限定，具体的，所述的增稠剂选自羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素、聚乙烯吡咯烷酮中的一种。更为优选的，所述的增稠剂为聚乙烯吡咯烷酮。
根据本发明，本发明对所述溶剂的种类不做特别限定，可以采用本领域所常规使用的溶剂，具体的，所述的溶剂选自N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、碳酸乙烯酯、二甲基乙酰胺中的至少一种。
本发明中，所述的气溶胶发生物在高温高压的条件下会发生膨胀，促使中空纤维材料发生爆裂，所述的气溶胶发生物包含有丙二醇、丙三醇、C1-C6的有机酸一元酸和二元酸、乙醇中的任意两种或两种以上化合物的组合物；其中， C1-C6的有机酸一元酸和二元酸具体可以举出甲酸、乙酸、丙酸、草酸、丙二酸、丁二酸、戊二酸和己二酸。
根据本发明，为了提高中空纤维前驱体的烧结效果，所述中空纤维前驱体的烧结气氛为氢气与氩气的混合气氛围，且所述氢气的体积百分比大于20％。
根据本发明，为了提高气溶胶发生物中各组分渗透到中空纤维材料的中空结构中的效率，步骤(2)中，先将切断后的中空纤维材料置于低压环境中，然后加入气溶胶发生物并淹没所述的中空纤维材料，再撤去低压条件，使气溶胶发生物渗入到中空纤维材料的中空结构中去。具体的，可将所述的中空纤维材料置于真空度为-0.001MPa至-0.099MPa的真空条件下，然后加入气溶胶发生物并淹没所述的中空纤维材料，再撤去上述的低压条件，使气溶胶发生物在外界气压的作用下压入到中空纤维材料的中空结构中。
根据本发明，以中空纤维材料作为囊壁，以气溶胶发生物作为囊芯所形成的复合型燃油助剂在引擎室内会发生微爆，为了进一步提高对燃油分子的激活效果，所述的气溶胶发生物中含掺杂有纳米铝粉，所述纳米铝粉的粒径为 10-50nm；以及，所述纳米铝粉具有优异的促燃效果，促进燃油在引擎室内的充分燃烧，特别是难燃物的引燃，充分利用燃料，达到节能减排的目的。作为优选的，所述纳米铝粉的掺入量为每10ml的气溶胶发生物中掺入0.5-1g。
以下通过具体的实施例对本发明提供的复合型燃油助剂及其制备方法做出进一步的说明。
本发明提供的以下实施例中，聚丙烯腈，CAS号25014-41-9，购自广东翁江化学试剂有限公司，Mw为90000；羟丙基甲基纤维素，购自山东戈麦斯化工有限公司，产品型号为羟丙基甲基纤维素150000；N-甲基吡咯烷酮为市购。
实施例1
一种复合型燃油助剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配方量称取原料组分：活性复合氧化物8重量％、聚丙烯腈8重量％、增稠剂羟丙基甲基纤维素0.5重量％，余量为溶剂N-甲基吡咯烷酮；
所述的活性复合氧化物经由ZnO(粒径为2μm)、Al2O3(粒径为5μm)、Fe2O3 (粒径为2μm)、NiO(粒径为10μm)按照重量比为1：0.5：0.6：0.03复配而成；
将上述原料组分混合均匀得到混合液，再采用干湿法纺丝、集束、弯曲得到中空纤维前驱体，对所述的中空纤维前驱体进行高温烧结，且在达到1200℃的最高烧结温度时，保温60min，然后自然冷却得到中空纤维材料；
所述中空纤维前驱体的烧结气氛为氢气与氩气的混合气氛围，且所述氢气的体积百分比为30％。
(2)对所述的中空纤维材料切断，使其长度为15μm；
先将切断后的中空纤维材料置于真空度为-0.001MPa至-0.099MPa的真空条件下，然后加入气溶胶发生物并淹没所述的中空纤维材料，再撤去上述的真空条件，使气溶胶发生物在外界气压的作用下压入到中空纤维材料的中空结构中；
所述的气溶胶发生物包含有丙二醇、丙三醇和乙醇按重量比为1：1：2组合而成；
待中空纤维充分吸附所述的气溶胶发生物后捞出，得到所述的复合型燃油助剂。
实施例2
一种复合型燃油助剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配方量称取原料组分：活性复合氧化物5重量％、聚丙烯腈5重量％、增稠剂羟丙基甲基纤维素0.1重量％，余量为溶剂N-甲基吡咯烷酮；
所述的活性复合氧化物经由ZnO(粒径为2μm)、Al2O3(粒径为5μm)、Fe2O3 (粒径为2μm)、NiO(粒径为10μm)按照重量比为1：0.3：0.2：0.01复配而成；
将上述原料组分混合均匀得到混合液，再采用干湿法纺丝、集束、弯曲得到中空纤维前驱体，对所述的中空纤维前驱体进行高温烧结，且在达到1200℃的最高烧结温度时，保温60min，然后自然冷却得到中空纤维材料；
所述中空纤维前驱体的烧结气氛为氢气与氩气的混合气氛围，且所述氢气的体积百分比为30％。
(2)对所述的中空纤维材料切断，使其长度为15μm；
先将切断后的中空纤维材料置于真空度为-0.001MPa至-0.099MPa的真空条件下，然后加入气溶胶发生物并淹没所述的中空纤维材料，再撤去上述的真空条件，使气溶胶发生物在外界气压的作用下压入到中空纤维材料的中空结构中；
所述的气溶胶发生物包含有丙二醇、丙三醇和乙醇按重量比为1：1：2组合而成；
待中空纤维充分吸附所述的气溶胶发生物后捞出，得到所述的复合型燃油助剂。
实施例3
一种复合型燃油助剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配方量称取原料组分：活性复合氧化物10重量％、聚丙烯腈10重量％、增稠剂羟丙基甲基纤维素1重量％，余量为溶剂N-甲基吡咯烷酮；
所述的活性复合氧化物经由ZnO(粒径为2μm)、Al2O3(粒径为5μm)、Fe2O3 (粒径为2μm)、NiO(粒径为10μm)按照重量比为1：0.8：1：0.1复配而成；
将上述原料组分混合均匀得到混合液，再采用干湿法纺丝、集束、弯曲得到中空纤维前驱体，对所述的中空纤维前驱体进行高温烧结，且在达到1200℃的最高烧结温度时，保温60min，然后自然冷却得到中空纤维材料；
所述中空纤维前驱体的烧结气氛为氢气与氩气的混合气氛围，且所述氢气的体积百分比为30％。
(2)对所述的中空纤维材料切断，使其长度为15μm；
先将切断后的中空纤维材料置于真空度为-0.001MPa至-0.099MPa的真空条件下，然后加入气溶胶发生物并淹没所述的中空纤维材料，再撤去上述的真空条件，使气溶胶发生物在外界气压的作用下压入到中空纤维材料的中空结构中；
所述的气溶胶发生物包含有丙二醇、丙三醇和乙醇按重量比为1：1：2组合而成；
待中空纤维充分吸附所述的气溶胶发生物后捞出，得到所述的复合型燃油助剂。
测试说明：
将实施例1制备得到的复合型燃油助剂与市售92#汽油(中国石油化工集团有限公司生产)、市售0号柴油(中国石油化工集团有限公司生产)分别复配形成燃料，具体的复配比例为：50mL复合型燃油助剂：50L 92#汽油的比例混合配制形成1号燃油；
200mL复合型燃油助剂：50L 0号柴油的比例混合配制形成2号燃油；
按同样的复配比例对实施例2制备得到的复合型燃油助剂进行复配，与92# 汽油复配形成3号燃油，与0号柴油复配形成4号燃油；
按同样的复配比例对实施例3制备得到的复合型燃油助剂进行复配，与92# 汽油复配形成5号燃油，与0号柴油复配形成6号燃油；
准备8个燃烧釜，分别盛装1号燃油、2号燃油、3号燃油、4号燃油、5 号燃油、6号燃油、92#汽油和0号柴油20mL，对上述燃烧釜同时点火，观察燃烧情况如下：
1号燃油：燃烧时间3分55秒，积碳数量极少无法集中，燃烧釜内壁干净光滑；
2号燃油：燃烧时间4分10秒，积碳数量极少无法集中，燃烧釜内壁干净光滑；
3号燃油：燃烧时间4分钟，积碳数量极少无法集中，燃烧釜内壁干净光滑；
4号燃油：燃烧时间4分15秒，积碳数量极少无法集中，燃烧釜内壁干净光滑；
5号燃油：燃烧时间4分15秒，积碳数量极少无法集中，燃烧釜内壁干净光滑；
6号燃油：燃烧时间4分30秒，积碳数量极少无法集中，燃烧釜内壁干净光滑；
92#汽油：燃烧时间9分30秒，积碳0.12立方毫米；
0号柴油：燃烧时间8分钟，积碳0.16立方毫米；
基于上述测试结果可以看出，本发明提供的复合型燃油助剂能够有效的提高燃油的燃烧效率，并防止积碳的产生。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的特点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种复合型燃油助剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按配方量称取原料组分，具体的配方为：活性复合氧化物5-10重量％、聚丙烯腈5-10重量％、增稠剂0.1-1重量％，余量为溶剂；
所述的活性复合氧化物经由ZnO、Al2O3、Fe2O3、NiO复配而成；
将上述原料组分混合均匀得到混合液，再采用干湿法纺丝、集束、弯曲得到中空纤维前驱体，对所述的中空纤维前驱体进行高温烧结，且在达到1200℃的最高烧结温度时，保温60min，然后自然冷却得到中空纤维材料；
(2)对所述的中空纤维材料切断，使其长度小于20μm，然后浸没到气溶胶发生物中，所述的气溶胶发生物包含有丙二醇、丙三醇、C1-C6的有机酸一元酸和二元酸、乙醇中的任意两种或两种以上化合物的组合物；
待中空纤维充分吸附所述的气溶胶发生物后捞出，得到所述的复合型燃油助剂。
2.根据权利要求1所述的复合型燃油助剂的制备方法，其特征在于，所述的活性复合氧化物中，ZnO、Al2O3、Fe2O3和NiO的重量比为1：(0.3-0.8)：(0.2-1)：(0.01-0.1)。
3.根据权利要求1所述的复合型燃油助剂的制备方法，其特征在于，所述的增稠剂选自羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素、聚乙烯吡咯烷酮中的一种。
4.根据权利要求1所述的复合型燃油助剂的制备方法，其特征在于，所述的溶剂选自N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、碳酸乙烯酯、二甲基乙酰胺中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的复合型燃油助剂的制备方法，其特征在于，所述中空纤维前驱体的烧结气氛为氢气与氩气的混合气氛围，且所述氢气的体积百分比大于20％。
6.根据权利要求1所述的复合型燃油助剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，先将切断后的中空纤维材料置于低压环境中，然后加入气溶胶发生物并淹没所述的中空纤维材料，再撤去低压条件，使气溶胶发生物渗入到中空纤维材料的中空结构中去。
7.一种复合型燃油助剂，其特征在于，根据权利要求1-6所述的方法制备得到。
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