CN117732509A - 燃油催化剂 - Google Patents
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Abstract
本发明提供燃油催化剂，涉及催化剂领域。该燃油催化剂，包括催化剂本体和催化剂载体，所述催化剂本体由Pd催化剂构成，活性成分为PdO，所述催化剂载体由金属‑有机分子笼MOCs构成；其中金属‑有机分子笼MOCs制备方法包括：利用含铁的金属有机配合物作为金属配体，由于该铁金属配体具有3个未配位的吡啶端基，因此构成三齿配体构筑基元，选用平面四配位的Pd2+与铁金属配体进行配位自组装，可得到截角八面体构型的金属‑有机分子笼MOCs。通过提高改善燃烧效率以及二次燃烧，以达到能量转换率的提高，而非改变发动机机械结构以达到对热效率的利用率的提高，相同功率下因为所需进油量减少，从而减少了每辆汽车的碳排放量。
Description
技术领域
本发明涉及催化剂技术领域，具体为内燃机燃料催化剂。
背景技术
催化剂(Bi o-oi l)是纤维素、半纤维素和木质素的各种降解物所组成的一种混合物，生物质主要包括薪炭林、经济林、用材林、农作物秸秆和农林产品加工残余物如甘渣、木屑等，作为唯一能够直接转化为液体燃料的一种可再生能源，生物质以其产量巨大、可储存和碳循环等优点引起全球的广泛关注，能够大幅度减少污染物和温室气体的排放，改善环境，保护生态。为响应国家减少碳排放号召，在内燃机节能减排领域，现有技术往往研究废气、尾气等产生之后的处理方法，或研究采用新燃料的发动机作为替代，现有的发动机进行完排气冲程后，对发动机排出的废气进行再处理，以达到减少废气排放的目的，没有在燃烧过程中进行边燃烧边处理。
对于尾气处理设备，或许减少了CO，氮氧化合物等有害气体的排放，但实质上仍未减少碳排放量，即使是处理过后的尾气，碳原子的排放量仍未减少，对达成节能减排的目标提供的进度有限；对于新型燃料的发动机，例如采用氢气的发动机，但现如今氢气主要制备方法仍是电解水，而我国发电结构仍是火电为主，可以说用电也会产生碳排放。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了燃油催化剂，解决了现有燃油燃烧时产生大量碳排放的问题。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：燃油催化剂，包括催化剂本体和催化剂载体，所述催化剂本体由Pd催化剂构成，活性成分为PdO，所述催化剂载体由金属-有机分子笼MOCs构成；其中金属-有机分子笼MOCs制备方法包括：利用含铁的金属有机配合物作为金属配体，由于该铁金属配体具有3个未配位的吡啶端基，因此构成三齿配体构筑基元，选用平面四配位的Pd2+与铁金属配体进行配位自组装，可得到截角八面体构型的金属-有机分子笼MOCs。
优选的，所述Pd催化剂的含量为基于所述金属-有机分子笼重量的0.2-0.6％。
优选的，燃油催化剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、按照重量份称取67份有机配体，18份Fe(BF4)2，8份DMSO，56份FeL3(BF4)2，17份Pd(CH3CN)4(BF4)2，15份乙酸乙酯；
步骤二、在反应容器中加入有机配体、Fe(BF4)2和5份的DMSO，在常温下搅拌1h，反应结束后向反应液中加入7.5份的乙酸乙酯，大量的血红色沉淀产生后，离心干燥；
步骤三、在反应容器中加入FeL3(BF4)2，Pd(CH3CN)4(BF4)2和3份的DMSO，并让反应液在80℃下加热3h，反应结束后加入7.5份的乙酸乙酯，有大量鲜红色的沉淀物析出，离心干燥后，得到所述金属-有机分子笼MOCs；
步骤四、在酸性条件下将金属-有机分子笼MOCs浸渍于钯盐溶液中，将浸渍过的金属-有机分子笼MOCs干燥，并在180-230℃的温度下焙烧，得到燃油催化剂。
优选的，所述金属-有机分子笼MOCs中，8个含Fe的金属配体为八面体的八个面，八面体的六个截角为6个Pd2+，是Fe8Pd6型的异金属-有机分子笼。
优选的，所述有机配体的制备方法包括以下步骤：
按照重量份称取124份的1,10-邻二氮杂菲-5,6-二酮，75份的吡啶-3-甲醛，1份的醋酸铵，5份的冰醋酸，20份的去离子水；
向配有搅拌磁子的反应容器中加入1,10-邻二氮杂菲-5,6-二酮、吡啶-3-甲醛，醋酸铵和冰醋酸，在115℃下加热回流3h，将反应物冷却至室温后加入去离子水进行稀释，然后用滴管向混合物中缓慢滴加浓氨水并持续搅拌，有大量黄色沉淀生成后，抽滤，并用水洗涤，再用乙醇重结晶即可。
本发明提供了燃油催化剂。具备以下有益效果：
本发明通过将催化剂本体由Pd催化剂构成，活性成分为PdO，催化剂载体由金属-有机分子笼MOCs构成，利用Pd催化剂和金属-有机分子笼MOCs构成的燃油催化剂，对于现有的机动车来说，无需更换本身配件，提高燃油燃烧效率，以达到能量转换率的提高，而非改变发动机机械结构以达到对热的利用率的提高，相同功率下因为进油量的减少，从根本上减少了每辆汽车的碳排放量；在未来电力没有成为清洁能源之前，缸内直喷氢燃料内燃机等内燃机对于节能减排的意义就不大，对于眼下的节能减排目标，本发明可以立刻生效普及；对于实用性，使用和普及成本很低，相当于改变发动机的结构，使得能量转换率更高，能减少碳排放。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，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。
实施例一：
本发明实施例提供燃油催化剂，包括催化剂本体和催化剂载体，催化剂本体由Pd催化剂构成，活性成分为PdO，催化剂载体由金属-有机分子笼MOCs构成；其中金属-有机分子笼MOCs制备方法包括：利用含铁的金属有机配合物作为金属配体，由于该铁金属配体具有3个未配位的吡啶端基，因此构成三齿配体构筑基元，选用平面四配位的Pd2+与铁金属配体进行配位自组装，得到截角八面体构型的金属-有机分子笼MOCs。
Pd催化剂的含量为基于金属-有机分子笼重量的0.2-0.6％。
金属-有机分子笼MOCs也称为金属-有机多边形或多面体(MOPs)，它是一类由金属结点与有机配体自组装而形成的具有独立空腔结构的超分子化合物，由于MOCs空腔的结构和功能可根据金属节点、配体的尺寸和功能进行调节，其展现出类似于生物酶的空腔，可包裹客体分子，稳定反应中间体，为空腔中的客体分子提供多种特殊的物理化学作用力等，从而可以作为超分子仿生催化剂加速反应进程，实现客体的尺寸选择性、区域选择性及立体选择性。
产品经气化后由发动机进气口进入燃烧室后，载体会吸附氧气分子和烃中的碳链，增加催化剂和载体与燃油的接触面积，催化剂加速裂解碳链和氧气分子，促使燃烧反应的进行，使燃油在发动机中燃烧更充分，以提高发动机效率，以达到节油的目的。
对于现有的机动车来说，无需更换本身配件，通过将催化剂本体由Pd催化剂构成，活性成分为PdO，催化剂载体由金属-有机分子笼MOCs构成，利用Pd催化剂和金属-有机分子笼MOCs构成燃油催化剂，提高燃油燃烧效率，以达到能量转换率的提高，而非改变发动机机械结构以达到对热的利用率的提高，因为进油量的减少，从根本上减少了每辆汽车的碳排放量；在未来电力没有成为清洁能源之前，缸内直喷氢燃料内燃机等内燃机对于节能减排的意义就不大，对于眼下的节能减排目标，本发明可以立刻生效普及；对于实用性，使用和普及成本很低，能量转换率更高，能减少碳排放。
实施例二：
本发明实施例提供燃油催化剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、按照重量份称取67份有机配体，18份Fe(BF4)2，8份DMSO，56份FeL3(BF4)2，17份Pd(CH3CN)4(BF4)2，15份乙酸乙酯；
步骤二、在反应容器中加入有机配体、Fe(BF4)2和5份的DMSO，在常温下搅拌1h，反应结束后向反应液中加入7.5份的乙酸乙酯，大量的血红色沉淀产生后，离心干燥；
步骤三、在反应容器中加入FeL3(BF4)2，Pd(CH3CN)4(BF4)2和3份的DMSO，并让反应液在80℃下加热3h，反应结束后加入7.5份的乙酸乙酯，有大量鲜红色的沉淀物析出，离心干燥后，得到金属-有机分子笼MOCs；
步骤四、在酸性条件下将金属-有机分子笼MOCs浸渍于钯盐溶液中，将浸渍过的金属-有机分子笼MOCs干燥，并在180-230℃的温度下焙烧。
金属-有机分子笼MOCs中，8个含Fe的金属配体即为八面体的八个面，八面体的六个截角为6个Pd2+，故也称之为是Fe8Pd6型的异金属-有机分子笼。
有机配体的制备方法包括以下步骤：
按照重量份称取124份的1,10-邻二氮杂菲-5,6-二酮，75份的吡啶-3-甲醛，1份的醋酸铵，5份的冰醋酸，20份的去离子水；
向配有搅拌磁子的反应容器中加入1,10-邻二氮杂菲-5,6-二酮、吡啶-3-甲醛，醋酸铵和冰醋酸，在115℃下加热回流3h，将反应物冷却至室温后加入去离子水进行稀释，然后用滴管向混合物中缓慢滴加浓氨水并持续搅拌，有大量黄色沉淀生成后，抽滤，并用水洗涤，再用乙醇重结晶即可。
二甲基亚砜(DMSO)是一种含硫有机化合物，分子式为C2H6OS，常温下为无色无臭的透明液体，是一种吸湿性的可燃液体。具有高极性、高沸点、热稳定性好、非质子、与水混溶的特性，能溶于乙醇、丙醇、苯和氯仿等大多数有机物，被誉为“万能溶剂”。
在反应容器中加入有机配体、Fe(BF4)2和5份的DMSO，在常温下搅拌1h，在反应容器中加入FeL3(BF4)2，Pd(CH3CN)4(BF4)2和3份的DMSO，并让反应液在80℃下加热3h，制备出金属-有机分子笼MOCs载体后；在酸性条件下将金属-有机分子笼MOCs浸渍于钯盐溶液中，将浸渍过的金属-有机分子笼MOCs干燥，并在180-230℃的温度下焙烧，得到燃油催化剂，产品使用时经气化后由发动机进气孔进入后，载体会吸附氧气分子和烃中的碳链，增加催化剂和载体与燃油的接触面积，催化剂加速裂解碳链和氧气分子，促使燃烧反应的进行，使燃油在发动机中燃烧更充分，以提高发动机效率，以达到节油的目的。
火焰燃烧与催化燃烧的比较：
对于现有的机动车来说，无需更换本身配件，通过将催化剂本体由Pd催化剂构成，活性成分为PdO，催化剂载体由金属-有机分子笼MOCs构成，利用Pd催化剂和金属-有机分子笼MOCs构成燃油催化剂，提高汽油燃烧效率，以达到能量转换率的提高，而非改变发动机机械结构以达到对热的利用率的提高，因为进油量的减少，从根本上减少了每辆汽车的碳排放量；在未来电力没有成为完全清洁能源之前，内燃机节能减排的意义重大，对于眼下的节能减排目标，本发明可以立刻生效普及；对于实用性，使用和普及成本很低，使得能量转换率更高，能减少碳排放。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (5)
1.燃油催化剂，其特征在于：包括催化剂本体和催化剂载体，所述催化剂本体由Pd催化剂构成，活性成分为PdO，所述催化剂载体由金属-有机分子笼MOCs构成；其中金属-有机分子笼MOCs制备方法包括：利用含铁的金属有机配合物作为金属配体，由于该铁金属配体具有3个未配位的吡啶端基，因此构成三齿配体构筑基元，选用平面四配位的Pd2+与铁金属配体进行配位自组装，可得到截角八面体构型的金属-有机分子笼MOCs。
2.根据权利要求1所述的燃油催化剂，其特征在于：所述Pd催化剂的含量为基于所述金属-有机分子笼重量的0.2-0.6％。
3.根据权利要求1所述的燃油催化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、按照重量份称取67份有机配体，18份Fe(BF4)2，8份DMSO，56份FeL3(BF4)2，17份Pd(CH3CN)4(BF4)2，15份乙酸乙酯；
步骤二、在反应容器中加入有机配体、Fe(BF4)2和5份的DMSO，在常温下搅拌1h，反应结束后向反应液中加入7.5份的乙酸乙酯，大量的血红色沉淀产生后，离心干燥；
步骤三、在反应容器中加入FeL3(BF4)2，Pd(CH3CN)4(BF4)2和3份的DMSO，并让反应液在80℃下加热3h，反应结束后加入7.5份的乙酸乙酯，有大量鲜红色的沉淀物析出，离心干燥后，得到所述金属-有机分子笼MOCs；
步骤四、在酸性条件下将金属-有机分子笼MOCs浸渍于钯盐溶液中，将浸渍过的金属-有机分子笼MOCs干燥，并在180-230℃的温度下焙烧，得到燃油催化剂。
4.根据权利要求1所述的燃油催化剂的制备方法，其特征在于：所述金属-有机分子笼MOCs中，8个含Fe的金属配体为八面体的八个面，八面体的六个截角为6个Pd2+，是Fe8Pd6型的异金属-有机分子笼。
5.根据权利要求1所述的燃油催化剂的制备方法，其特征在于：所述有机配体的制备方法包括以下步骤：
按照重量份称取124份的1,10-邻二氮杂菲-5,6-二酮，75份的吡啶-3-甲醛，1份的醋酸铵，5份的冰醋酸，20份的去离子水；
向配有搅拌磁子的反应容器中加入1,10-邻二氮杂菲-5,6-二酮、吡啶-3-甲醛，醋酸铵和冰醋酸，在115℃下加热回流3h，将反应物冷却至室温后加入去离子水进行稀释，然后用滴管向混合物中缓慢滴加浓氨水并持续搅拌，有大量黄色沉淀生成后，抽滤，并用水洗涤，再用乙醇重结晶即可。
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