CN112480989B - 一种高效节能环保柴油催化燃烧剂、其制备方法及应用 - Google Patents

一种高效节能环保柴油催化燃烧剂、其制备方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种高效节能环保柴油催化燃烧剂，所述柴油催化燃烧剂是由负载有钯微晶的二氧化铈/二氧化钛与不饱和大豆油、沸石粉反应得到的半透明浅红色液体。本发明提供的柴油催化燃烧剂在诱导期使柴油充分雾化，同时分解柴油中水生成H2、O2，提高点燃后火焰中心正时点火响应速度；在明显燃烧期提高柴油雾化分子高含氧量，加速火焰中心到火焰传播至燃烧末端，降低不完全燃烧后产生的有害气体，同时催化分解CO有害气体在压燃系统形成CO2；缩短补燃期，延长发动机使用寿命，清除积碳油脂，降低发动机噪音，提升动力输出。本发明能够促进柴油充分燃烧，降低尾气中的CO、HC、NOx含量，达到综合能耗降低30％以上的效果。

Description

一种高效节能环保柴油催化燃烧剂、其制备方法及应用
技术领域
本发明属于燃油催化剂技术领域，具体涉及一种高效节能环保柴油催化燃烧剂、其制备方法及应用。
背景技术
随着汽车的普及，汽车产生的尾气污染问题也日益突出，成为亟待解决的环境问题。目前人们已经从汽车尾气中分离出100多种物质，其中80多种为中国环保产业公布的有害物质，主要包括：一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物、二氧化碳、颗粒物(PM)等。在汽车尾气中，除氮气、氧气以及燃烧产物二氧化碳、水蒸气为无害成分外，其余均为有害成分。因此，控制和解决汽车尾气污染成为了一个迫切解决的问题。提高燃料的燃烧效率，是降低汽车尾气中有害物质含量的重要途径。现有技术中的催化剂中有以含Pd的活性金属氧化物和含镁的载体制备得到的，用于氮氧化物催化氧化反应的，但是其存在催化活性低，Pd的负载量小的缺点，因此其催化效果不理想。
发明内容
为了解决以上的技术问题，本发明提供一种催化活性高的高负载钯催化剂，所述催化剂能够有效提高燃料利用率，降低能耗，减少碳氢化合物、氮氧化合物和烟灰微粒的排放。
本发明的目的是提供一种高效节能环保柴油催化燃烧剂。
本发明的另一目的是提供上述高效节能环保柴油催化燃烧剂的制备方法。
本发明提供的高效节能环保柴油催化燃烧剂，包括原料A和原料B，
所述原料A包括以下重量份的组分：
钯盐13-22.5份，
二氧化铈5.16-8.6份，
二氧化钛2.4-4份，
沸石粉0.2-0.25份，
木质素磺酸钙10-25份；
所述原料B包括以下体积份的组分：
硼氢化钠3-5份，
不饱和大豆油30-35份，
异丙醇7.5-8.5份，
异茂醇0.2-0.4份，
醋酸丁酯1-1.2份。
本发明采用的不饱和大豆油来源为市售，所述硼氢化钠为硼氢化钠水溶液，其中硼氢化钠溶液的浓度3-5mol/L。本发明中重量份与体积份的对应关系为g/mL或kg/L。
本发明提供的高效节能环保柴油催化燃烧剂以异丙醇、醋酸丁酯为混合溶剂，以二氧化钛、二氧化铈为载体，以硼氢化钠为还原剂，异茂醇和木质素磺酸钙为表面活性剂，不饱和大豆油为促催化剂；本发明提供的柴油催化燃烧剂在通过各原料的反应，首先得到负载有钯微晶的二氧化钛/二氧化铈复合体，然后与沸石粉和不饱和大豆油进行加氢反应得到具有良好的分散性的浅红色半透明的柴油催化燃烧剂。
优选地，所述钯盐包括醋酸钯。
优选地，所述二氧化钛的粒径为20-100nm，所述二氧化铈的粒径为20-100nm。本发明以纳米二氧化钛和纳米二氧化铈为原料，提高钯金属的负载量。
本发明提供上述的高效节能环保柴油催化燃烧剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将异丙醇、异茂醇和醋酸丁酯进行混合，得到有机溶剂混合物；
(2)取钯盐、二氧化钛、二氧化铈、硼氢化钠和木质素磺酸钙，加入到步骤(1)中得到的有机溶剂混合物中，在温度为135-140℃，压力为3-4MPa的条件下反应1-2h，得到催化反应剂，然后加入沸石粉、不饱和大豆油，在温度为45-55℃下反应3-6h，减压后加氢再蒸馏1h，得到所述柴油催化燃烧剂。
本发明提供的制备方法，首先配制溶剂，溶剂在热条件下，表面活性剂异茂醇和木质素磺酸钙辅助还原剂硼氢化钠，在异茂醇和木质素磺酸钙的保护作用下，还原剂硼氢化钠与钯盐、二氧化钛、二氧化铈发生反应，得到负载有钯的二氧化钛和二氧化铈复合催化反应剂，然后在45-55℃下，将第一步反应得到的产物与沸石粉、不饱和大豆油进行加氢反应，不饱和大豆油加氢反应具有较好的催化性能，在反应20min后，反应转化率可达80％，所需反应条件温和，且能有效调控催化剂活性金属钯的分布状态，得到均匀负载有钯微晶、沸石粉的二氧化铈/二氧化钛复合体良好的分散于不饱和大豆油中。本发明提供的制备方法，通过异茂醇和木质素磺酸钙有效控制钯离子的使得钯在载体上均匀分布，且通过本发明提供的方法能够得到分散性能良好的催化燃烧机能够很好的分散在柴油中。本发明提供的方法得到的柴油催化燃烧剂中二氧化铈和二氧化钛复合体为载体，其中负载大量的钯以及沸石粉，然后均匀地分散于不饱和大豆油中。在使用过程中本发明得到的催化燃烧剂在柴油中具有良好的分散性，能够有效提高柴油的燃烧效率。
优选地，步骤(1)中，所述混合的方法为：在温度为15-25℃条件下搅拌45-60min。
优选地，步骤(2)中，取钯盐、二氧化钛、二氧化铈、硼氢化钠和木质素磺酸钙，加入到步骤(1)中得到的有机溶剂混合物中，在温度为135℃，压力为3.5MPa的条件下反应1.5h。
优选地，步骤(2)中，加入沸石粉、不饱和大豆油后在50℃下反应4h。
优选地，步骤(2)中，减压加氢再蒸馏的具体方法为：调节温度至常温，调节压力至常压-1.5MPa状态下，注入高纯氢气进行加氢处理，再调节压力至2.0-3.0MPa，蒸馏1h。本发明所述的高纯氢气的纯度>99.999％。
本发明提供的高效节能环保柴油催化燃烧剂能够应用于柴油中提高柴油的燃烧效率，优选地，在将本发明提供的高效节能环保柴油催化燃烧剂应用于柴油时，其在柴油中的加入量为0.02-0.03wt％。
本发明的高效节能环保柴油催化燃烧剂，是由负载有钯微晶的二氧化铈/二氧化钛与不饱和大豆油、沸石粉加氢反应得到的半透明浅红色液体。本发明得到的柴油催化燃烧剂可以有效地提高汽柴油在发动机中的燃烧，从而节约能源，并大量减少碳氢化合物与微粒的排放。
柴油在燃油燃烧做功过程中，通常根据压力变化的发展特征将燃烧过程分为三个阶段：诱导期：从电火花点燃到形成火焰中心，燃烧时间约占全部过程的15％。明显燃烧期：从火焰中心形成到火焰传播至燃烧末端，明显燃烧期对发动机功率和经济性起决定作用的。补燃期：燃油中残余油及不完全产物，继诱导期和明显燃烧期之后，从气缸压力下降到燃烧结束阶段。补燃期长，会使发动机经济效益降低。燃油品质的高低主要是指燃油在这三个过程中的表现好坏，及其对最后输出机械功的影响。
本发明提供的柴油催化燃烧剂能够有效调整这三个过程的物质，对燃油消耗、尾气排放、动力性能起到良好的作用。本发明提供的柴油催化燃烧剂在诱导期使柴油雾化更加充分，燃烧后催化物质包裹在电火花点火线圈上面，分解柴油中水分生成H2、O2，更加有助充分燃烧，提高点燃后火焰中心正时点火响应速度；在明显燃烧期本发明提供的柴油催化燃烧剂提高柴油雾化分子高含氧量，加速火焰中心到火焰传播至燃烧末端更加充分燃烧，降低不完全燃烧后产生的有害气体，同时催化分解CO有害气体在压燃系统形成CO2；在补燃期本发明提供的柴油催化燃烧剂缩短补燃期，提高发动机经济效益，使柴油补燃燃料充分燃烧，有效降低汽车产生的有害气体及黑烟，使汽车尾气有害物质CO、HC、NOx排放量明显降低，减少运输车辆排放污染空气，同时达到综合能耗下降30％以上效果。
本发明的有益效果：
1.本发明的高效节能环保柴油催化燃烧剂是由负载有钯微晶的二氧化铈/二氧化钛与不饱和大豆油、沸石粉加氢反应得到的半透明浅红色液体。本发明得到的柴油催化燃烧剂可以有效地提高汽柴油在发动机中的燃烧，从而节约能源，并大量减少碳氢化合物与微粒的排放。
2.本发明提供的柴油催化燃烧剂在诱导期使柴油雾化更加充分，燃烧后催化物质包裹在电火花点火线圈上面，分解柴油中水分生成H2、O2，更加有助充分燃烧，提高点燃后火焰中心正时点火响应速度；在明显燃烧期本发明提供的柴油催化燃烧剂提高柴油雾化分子高含氧量，加速火焰中心到火焰传播至燃烧末端更加充分燃烧，降低不完全燃烧后产生的有害气体，同时催化分解CO有害气体在压燃系统形成CO2；在补燃期本发明提供的柴油催化燃烧剂缩短补燃期，提高发动机经济效益，使柴油补燃燃料充分燃烧，有效降低汽车产生的有害气体及黑烟，使汽车尾气有害物质CO、HC、NOx减少，同时达到综合能耗下降30％以上效果。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。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的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
本发明采用的不饱和大豆油为市售，来自山东鲁花集团有限公司生产的鲁花品牌浓香大豆油。
实施例1
一种高效节能环保柴油催化燃烧剂，包括原料A和原料B，
所述原料A包括以下重量的组分：
醋酸钯13g，
二氧化铈5.16g，
二氧化钛2.4g，
沸石粉0.2g，
木质素磺酸钙10g；
所述原料B包括以下体积的组分：
硼氢化钠水溶液3mL，
不饱和大豆油30mL，
异丙醇7.5mL，
异茂醇0.2mL，
醋酸丁酯1mL；
所述硼氢化钠水溶液的浓度为3mol/L；
所述二氧化铈的粒径为20-100nm，
所述二氧化钛的粒径为20-100nm。
上述高效节能环保柴油催化燃烧剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将异丙醇、异茂醇和醋酸丁酯注入反应釜中在15℃下搅拌60min进行混合，得到有机溶剂混合物；
(2)取醋酸钯、二氧化钛、二氧化铈、硼氢化钠和木质素磺酸钙，加入到步骤(1)中得到的有机溶剂混合物中，在温度为135℃，压力为4MPa的条件下反应1h，得到催化反应剂，然后加入沸石粉和不饱和大豆油，在温度为45℃下反应6h，调节温度压力至常温常压状态下，直接将高纯氢气注入反应釜溶液进行加氢处理，再将压力调整至3.0MPa，蒸馏1h，得到所述柴油催化燃烧剂。
实施例2
一种高效节能环保柴油催化燃烧剂，包括原料A和原料B，
所述原料A包括以下重量的组分：
醋酸钯22.5g，
二氧化铈8.6g，
二氧化钛4g，
沸石粉0.25g，
木质素磺酸钙25g；
所述原料B包括以下体积的组分：
硼氢化钠水溶液5mL，
不饱和大豆油35mL，
异丙醇8.5mL，
异茂醇0.4mL，
醋酸丁酯1.2mL；
所述硼氢化钠水溶液的浓度为5mol/L；
所述二氧化铈的粒径为20-100nm，
所述二氧化钛的粒径为20-100nm。
上述高效节能环保柴油催化燃烧剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将异丙醇、异茂醇和醋酸丁酯注入到反应釜中在25℃下搅拌45min进行混合，得到有机溶剂混合物；
(2)取醋酸钯、二氧化钛、二氧化铈、硼氢化钠和木质素磺酸钙，加入到步骤(1)中得到的有机溶剂混合物中，在温度为140℃，压力为3MPa的条件下反应2h，得到催化反应剂，然后加入沸石粉和不饱和大豆油，在温度为55℃下反应3h，调节温度压力至常温常压状态下，直接将高纯氢气注入反应釜溶液进行加氢处理，再将压力调整至2.0MPa，蒸馏1h，得到所述柴油催化燃烧剂。
实施例3
一种高效节能环保柴油催化燃烧剂，包括原料A和原料B，
所述原料A包括以下重量的组分：
醋酸钯15g，
二氧化铈6.5g，
二氧化钛3.2g，
沸石粉0.2g，
木质素磺酸钙12.5g；
所述原料B包括以下体积的组分：
硼氢化钠水溶液5mL，
不饱和大豆油35mL，
异丙醇8mL，
异茂醇0.3mL，
醋酸丁酯1mL；
所述硼氢化钠水溶液的浓度为4mol/L；
所述二氧化铈的粒径为20-100nm，
所述二氧化钛的粒径为20-100nm。
上述高效节能环保柴油催化燃烧剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将异丙醇、异茂醇和醋酸丁酯注入反应釜中在20℃下搅拌60min进行混合，得到有机溶剂混合物；
(2)取醋酸钯、二氧化钛、二氧化铈、硼氢化钠和木质素磺酸钙，加入到步骤(1)中得到的有机溶剂混合物中，在温度为135℃，压力为3.5MPa的条件下反应1.5h，得到催化反应剂，然后加入沸石粉和不饱和大豆油，在温度为50℃下反应4h，调节压力至1.5MPa状态下，调节温度至常温，直接将高纯氢气注入反应釜溶液进行加氢处理，再将压力调整至2.5MPa，蒸馏1h，得到所述柴油催化燃烧剂。
对比例1
一种柴油催化燃烧剂，包括原料A和原料B，
所述原料A包括以下重量的组分：
醋酸钯15g，
二氧化钛3.2g，
木质素磺酸钙12.5g；
所述原料B包括以下体积的组分：
硼氢化钠水溶液40mL，
异丙醇8mL，
异茂醇0.3mL，
醋酸丁酯1mL；
所述硼氢化钠水溶液的浓度为4mol/L；
所述二氧化铈的粒径为20-100nm，
所述二氧化钛的粒径为20-100nm。
上述柴油催化燃烧剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将异丙醇、异茂醇和醋酸丁酯在20℃下搅拌60min进行混合，得到有机溶剂混合物；
(2)取醋酸钯、二氧化钛、硼氢化钠和木质素磺酸钙，加入到步骤(1)中得到的有机溶剂混合物中，在温度为135℃，压力为3.5MPa的条件下反应1.5h，调节温度压力至常温常压状态下，直接将高纯氢气注入反应釜溶液进行加氢处理，再将压力调整至3.0MPa，蒸馏1h，得到所述柴油催化燃烧剂。
对比例2
一种柴油催化燃烧剂，包括原料A和原料B，
所述原料A包括以下重量的组分：
醋酸钯15g，
二氧化铈6.5g，
木质素磺酸钙12.5g；
所述原料B包括以下体积的组分：
硼氢化钠水溶液40mL，
异丙醇8mL，
异茂醇0.3mL，
醋酸丁酯1mL；
所述硼氢化钠水溶液的浓度为4mol/L；
所述二氧化铈的粒径为20-100nm，
所述二氧化钛的粒径为20-100nm。
上述柴油催化燃烧剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将异丙醇、异茂醇和醋酸丁酯在20℃下搅拌60min进行混合，得到有机溶剂混合物；
(2)取醋酸钯、二氧化铈、硼氢化钠和木质素磺酸钙，加入到步骤(1)中得到的有机溶剂混合物中，在温度为135℃，压力为3.5MPa的条件下反应1.5h，调节温度至常温，调节压力至1.5MPa状态下，直接将高纯氢气注入反应釜溶液进行加氢处理，再将压力调整至2.5MPa，蒸馏1h，得到所述柴油催化燃烧剂。
试验例
将实施例1-3以及对比例1-2得到的柴油催化燃烧剂加入到0#柴油中，添加量均为0.02wt％，加入到同一品牌的汽车(福迪6年车龄)中，测试加入前后车辆行驶20公里的油耗及噪音；根据GB18285-2018中瞬态工况法测试尾气中CO、HC+NOx的含量，结果见表1。
表1各组检测结果
Figure BDA0002823188000000111
从表1的结果可以看出，对比例1和对比例2采用二氧化硅或二氧化铈为载体，负载钯得到的催化剂在柴油中的应用，能够降低油耗以尾气中CO、HC+NOx的排放，但是与本发明实施例1-3得到的催化燃烧剂相比，其功效相差甚远。本发明提供的柴油催化燃烧剂能够大大降低油耗，降低噪音，降低尾气中一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化合物的含量，提高燃料利用率。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种高效节能环保柴油催化燃烧剂，其特征在于，其由原料A和原料B的组分制成：
原料A为以下重量份的组分：
钯盐13-22.5份，所述钯盐包括醋酸钯，
二氧化铈5.16-8.6份，
二氧化钛2.4-4份，
沸石粉0.2-0.25份，
木质素磺酸钙10-25份；
原料B为以下体积份的组成：
硼氢化钠3-5份，
不饱和大豆油30-35份，
异丙醇7.5-8.5份，
异戊醇0.2-0.4份，
醋酸丁酯1-1.2份;
所述高效节能环保柴油催化燃烧剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）将异丙醇、异戊醇和醋酸丁酯进行混合，得到有机溶剂混合物；
（2）取钯盐、二氧化钛、二氧化铈、硼氢化钠和木质素磺酸钙，加入到步骤（1）中得到的有机溶剂混合物中，在温度为135-140℃，压力为3-4MPa的条件下反应1-2h，得到催化反应剂，然后加入沸石粉、不饱和大豆油，在温度为45-55℃下反应3-6h，减压后加氢再蒸馏，得到所述高效节能环保柴油催化燃烧剂。
2.根据权利要求1所述的高效节能环保柴油催化燃烧剂，其特征在于，所述二氧化钛的粒径为20-100nm，所述二氧化铈的粒径为20-100nm。
3.权利要求1或2所述的高效节能环保柴油催化燃烧剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将异丙醇、异戊醇和醋酸丁酯进行混合，得到有机溶剂混合物；
（2）取钯盐、二氧化钛、二氧化铈、硼氢化钠和木质素磺酸钙，加入到步骤（1）中得到的有机溶剂混合物中，在温度为135-140℃，压力为3-4MPa的条件下反应1-2h，得到催化反应剂，然后加入沸石粉、不饱和大豆油，在温度为45-55℃下反应3-6h，减压后加氢再蒸馏，得到所述高效节能环保柴油催化燃烧剂。
4.根据权利要求3所述的高效节能环保柴油催化燃烧剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述混合的方法为：在温度为15-25℃条件下搅拌45-60min。
5.根据权利要求3所述的高效节能环保柴油催化燃烧剂的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，取钯盐、二氧化钛、二氧化铈、硼氢化钠和木质素磺酸钙，加入到步骤（1）中得到的有机溶剂混合物中，在温度为135℃，压力为3.5MPa的条件下反应1.5h。
6.根据权利要求3所述的高效节能环保柴油催化燃烧剂的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，加入沸石粉、不饱和大豆油后在50℃下反应4h。
7.根据权利要求3所述的高效节能环保柴油催化燃烧剂的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，减压后加氢再蒸馏的具体方法为：调节温度至常温，调节压力至常压-1.5MPa状态下，注入高纯氢气进行加氢处理，再调节压力至2.0-3.0MPa，蒸馏1h。
8.权利要求1或2所述的高效节能环保柴油催化燃烧剂在柴油中的应用。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述高效节能环保柴油催化燃烧剂在柴油中的加入量为0.02-0.03wt%。
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