CN117844456A - 一种超低电导率纳米流体冷却液及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超低电导率的纳米流体冷却液及其制备方法和应用，属于纳米流体技术领域。该冷却液由以下质量百分比的组分制备而成：基础液94～97％、异辛酸1.0～2.0％、甲基苯骈三氮唑0.1～1.1％、防锈剂0.05～0.25％、乙二胺四乙酸0.009～0.1％、钼酸钠0.05～0.1％、消泡剂0.003～0.015％、着色剂0.002～0.004％、天然层状纳米片0.006～0.018％、pH调节剂0.2～0.8％；所述的基础液由水和乙二醇组成，所述的天然层状纳米片选自如下的至少一种：水滑石、高岭土、膨润土、蛇纹石。本发明的纳米流体冷却液具有超低电导率，能够保证冷却液在电池组中的运行，不影响电池的正常工作和使用寿命，适用于现代新能源汽车，可延长动力系统的使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于纳米流体技术领域，具体而言，涉及一种纳米流体冷却液，尤其涉及一种超低电导率的纳米流体冷却液及其制备方法和应用。
技术背景
发动机冷却液是带走发动机废热，维持发动机在正常温度区间工作的重要介质。随着发动机功率密度的提高和关键零部件热负荷的增大，急需改善冷却液的性能以促进冷却系统的高效化、紧凑化和轻型化，从而提高发动机传热效率，降低油耗和改善排放。基于纳米技术的纳米流体作为新型传热介质，凭借高于纯液体的导热能力，优于毫/微米粒子悬浮液的稳定性以及优异的抗腐、抗蚀、防垢等性能，在现代新能源车辆热管理系统中具有诸多应用优势。
无论是发动机燃烧做功产生的多余热量，还是传动系统零部件的摩擦生成热，都需要冷却液为导热介质来进行热传导、分配、储存和释放。冷却液除了能够传递热量，还必须具有抗冻、抗沸、防蚀、防垢等性能保障。水作为最常用的冷却介质，凭借其经济、无毒，以及较高的热导率和比热容，广泛用于发动机冷却液的基础液。同时，二元醇因具有较高的沸点和较低的冰点，并且能与水以任意比例调配，用作主体添加剂以满足不同气候条件下的抗冻、抗沸需要。此外，添加多种类的无机盐、有机羧酸盐、缓蚀剂、防腐剂等化学物质以保证冷却液的抗蚀、防垢等性能。
然而，基于水-乙二醇型的冷却液因含有多种无机盐、有机羧酸盐以及染色剂等，致使冷却液的电导率一般在1000us/cm左右，过高的电导率会使新能源汽车电池短路并使得冷却管路发生化学腐蚀引发事故。此外，基于纯液体介质本身的热导率有限，换热效率低，相比于金属及其氧化物有1～3个数量级的差距。因此，随着新能源汽车的广泛使用，急需开发一种具有低电导率、高传热、高效率的车用发动机冷却液。
发明内容
鉴于现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种机动车发动机用低电导率纳米流体冷却液，该冷却液可在新能源汽车的动力系统中应用，并且满足GB 29743-2013LEC-Ⅱ-35号乙二醇型机动车发动机冷却液的国家质量标准。
为了实现上述技术目的，本发明人经过不断地多层次试验筛选，最终提供了如下技术方案：一种超低电导率的纳米流体冷却液，由以下质量百分比的组分制备而成：基础液94～97％、异辛酸1.0～2.0％、甲基苯骈三氮唑0.1～1.1％、防锈剂0.05～0.25％、乙二胺四乙酸0.009～0.1％、钼酸钠0.05～0.1％、消泡剂0.003～0.015％、着色剂0.002～0.004％、天然层状纳米片0.006～0.018％、pH调节剂0.2～0.8％；所述的基础液由水和乙二醇组成，所述的天然层状纳米片选自如下的至少一种：水滑石、高岭土、膨润土、蛇纹石。
需要说明的是，本发明所筛选的纳米流体冷却液配方中，基础液由纯水和乙二醇组成，主要用于调节冷却液的凝点和沸点；pH调节剂采用氢氧化钾，保证冷却液处于微弱碱性；异辛酸和甲基苯骈三氮唑分别为有机酸和有机碱，两者通过形成离子态分子，可快速的吸附在金属表面形成双电层钝化膜，缓冲界面pH，并防止氢分子穿透金属组织，从而有效抑制氢渗腐蚀；乙二胺四乙酸作为螯合剂和缓冲剂，与氢氧化钾形成缓冲体系，保障冷却液pH的稳定，同时螯合使用中可能产生的金属离子，防止催化降解或电化学腐蚀的发生。
另外，在冷却液中加入纳米材料制成纳米流体，具有比基液更高的导热系数、更强的换热能力、更低的管路腐蚀性以及多样的冷却介质特性。而本发明的纳米流体冷却液配方中，加入的纳米材料为天然层状纳米片(水滑石、高岭土、膨润土、蛇纹石)，这种纳米片相比传统金属或金属氧化物纳米粒子，具有更大的比表面积，更高的结构稳定性和绝缘性，层状结构可与更多的基液分子相互作用，增加纳米材料在冷却液中的分散稳定性；同时，更大的比表面积可降低纳米材料的使用量，既可通过无规则布朗运动增强导热，又不会抑制其它添加剂的性能发挥。
进一步优选地，如上所述超低电导率的纳米流体冷却液，其中的基础液中水和乙二醇的质量比为1：(1.05～1.2)。再进一步优选地，如上所述超低电导率的纳米流体冷却液，其中的基础液中水和乙二醇的质量比为1：(1.08～1.11)。
进一步优选地，如上所述超低电导率的纳米流体冷却液，其中的pH调节剂为氢氧化钾。
进一步优选地，如上所述超低电导率的纳米流体冷却液，其中的消泡剂由消泡剂DOWSILTW62和消泡剂DOF-420组成。再进一步优选地，如上所述超低电导率的纳米流体冷却液，其中的消泡剂中消泡剂DOWSILTW62和消泡剂DOF-420的质量比为1：(1.2～6)
进一步优选地，如上所述超低电导率的纳米流体冷却液，其中的防锈剂为防锈剂B1econe-11，着色剂为桃红或酞青蓝。
另外，本发明还提供了一种上述超低电导率的纳米流体冷却液的制备方法，该方法包括如下步骤：
(1)将乙二醇溶于纯水后加入异辛酸，搅拌使溶解，然后加入甲基苯骈三氮唑，再次搅拌使溶解并混匀；
(2)在步骤(1)得到的混合溶液中加入天然层状纳米片，充分搅拌使混匀；
(3)在步骤(2)的得到混合液中加入防锈剂、乙二胺四乙酸、钼酸钠、消泡剂、着色剂，搅拌使溶解，然后加入配制的pH调节剂溶液，调节体系的pH＝7.2～8.0，制成无水冷却液。
进一步优选地，如上所述超低电导率的纳米流体冷却液的制备方法，其中的天然层状纳米片的尺寸为：水滑石≥5000目，高岭土≥10000目，膨润土≥500目，蛇纹石≥2000目。
进一步优选地，如上所述超低电导率的纳米流体冷却液的制备方法，其中的pH调节剂溶液是将氢氧化钾溶解于纯水中而得。
与现有技术相比，本发明提供的纳米流体冷却液具有如下优点和显著进步性：
(1)通过异辛酸和甲基苯骈三氮唑形成离子态分子实现增强的协同效应，可快速的在金属表面形成分子吸附膜或纯化膜，缓冲界面pH值，防止氢分子穿透金属组织并置换表面水分，从而对铜，铝、铸铁、钢、镍、锌等多种金属材料均呈现有效地防蚀效果。因此，本发明所提供的纳米流体冷却液的腐蚀性低，其在循环流动过程中对金属基本无腐蚀。
(2)通过加入天然层状纳米片，利用纳米片的无规布朗运动产生粒子间相互碰撞，引起液体对流，增强导热性能。同时，纳米片的非导电性及离子分子的电荷定域效应，使得该冷却液具有极低的电导率。不仅如此，天然层状纳米片相比传统金属或金属氧化物纳米粒子，具有更大的比表面积，更高的结构稳定性和绝缘性，层状结构可与更多的基液分子相互作用，增加纳米材料在冷却液中的分散稳定性；同时，更大的比表面积可降低纳米材料的使用量，既可通过无规布朗运动增强导热，又不会抑制其它添加剂的性能发挥。因此，本发明所提供的纳米流体冷却液具有超低电导率，能够保证冷却液在电池组中的运行，不影响电池的正常工作和使用寿命，适用于现代新能源汽车，可延长动力系统的使用寿命。
(3)本发明所提供的超低电导率纳米流体冷却液具有较低的冰点，使其在低温环境下也能够正常的使用，可起到更好的防冻效果。同时，本发明的纳米流体冷却液可促使车辆热管理系统的微型化、紧凑化和轻型化，不仅能减少传热介质流量、降低泵功率、节省制造材料，而且能降低整车能耗和改善排放、改善汽车零部件耐磨性、提高整车负载能力、并延长冷却液的使用寿命。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明的保护范围。需要说明的是，纳米流体冷却液产品配方为：纯水和乙二醇(基础液)、氢氧化钾、异辛酸(有机酸)、甲基苯骈三氮唑(有机碱)、防锈剂B1econe-11、乙二胺四乙酸、钼酸钠(金属缓蚀剂)、消泡剂DOWSILTW62、消泡剂DOF-420、桃红(着色剂)，天然层状纳米片选用水滑石、高岭土、膨润土或蛇纹石。原料配比及测试结果如下实施例所示：
实施例1：
制备方法(各实施例和对比例的制备方法一致)：
(1)将乙二醇溶于纯水后，然后加入异辛酸，搅拌使溶解，再加入甲基苯骈三氮唑，再次搅拌使溶解并混匀；
(2)在步骤(1)得到的混合溶液中加入纳米材料(天然层状纳米片)，充分搅拌使混匀；
(3)在步骤(2)的得到混合液中加入防锈剂、乙二胺四乙酸、钼酸钠、消泡剂、着色剂，搅拌使溶解，然后加入配制的氢氧化钾溶液，调节体系的pH＝7.6，取样检测成品是否合格，合格后出料。
对比例1：与实施例1不同的是，采用纳米氧化铝代替水滑石。
对比例2：与实施例1不同的是，采用纳米氧化铜代替水滑石。
对比例3：与实施例1不同的是，采用纳米二氧化钛代替水滑石。
实施例2：
实施例3：
实施例4：
实施例5：
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实施例6：
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实施例7：
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检测结论：本发明的纳米流体冷却液样品符合GB 29743-2013LEC-Ⅱ-35号乙二醇型机动车发动机冷却液的国家质量标准。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，其保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内，本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (10)
1.一种超低电导率的纳米流体冷却液，其特征在于，由以下质量百分比的组分制备而成：基础液94～97％、异辛酸1.0～2.0％、甲基苯骈三氮唑0.1～1.1％、防锈剂0.05～0.25％、乙二胺四乙酸0.009～0.1％、钼酸钠0.05～0.1％、消泡剂0.003～0.015％、着色剂0.002～0.004％、天然层状纳米片0.006～0.018％、pH调节剂0.2～0.8％；所述的基础液由水和乙二醇组成，所述的天然层状纳米片选自如下的至少一种：水滑石、高岭土、膨润土、蛇纹石。
2.根据权利要求1所述超低电导率的纳米流体冷却液，其特征在于，所述的基础液中水和乙二醇的质量比为1：(1.05～1.2)。
3.根据权利要求2所述超低电导率的纳米流体冷却液，其特征在于，所述的基础液中水和乙二醇的质量比为1：(1.08～1.11)。
4.根据权利要求1所述超低电导率的纳米流体冷却液，其特征在于，所述的pH调节剂为氢氧化钾。
5.根据权利要求1所述超低电导率的纳米流体冷却液，其特征在于，所述的消泡剂由消泡剂DOWSILTW62和消泡剂DOF-420组成。
6.根据权利要求5所述超低电导率的纳米流体冷却液，其特征在于，所述的消泡剂中消泡剂DOWSILTW62和消泡剂DOF-420的质量比为1：(1.2～6)。
7.根据权利要求1所述超低电导率的纳米流体冷却液，其特征在于，所述的防锈剂为防锈剂B1econe-11，所述的着色剂为桃红或酞青蓝。
8.一种根据权利要求1所述超低电导率的纳米流体冷却液的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
(1)将乙二醇溶于纯水后加入异辛酸，搅拌使溶解，然后加入甲基苯骈三氮唑，再次搅拌使溶解并混匀；
(2)在步骤(1)得到的混合溶液中加入天然层状纳米片，充分搅拌使混匀；
(3)在步骤(2)的得到混合液中加入防锈剂、乙二胺四乙酸、钼酸钠、消泡剂、着色剂，搅拌使溶解，然后加入配制的pH调节剂溶液，调节体系的pH＝7.2～8.0，制成无水冷却液。
9.根据权利要求1所述超低电导率的纳米流体冷却液的制备方法，其特征在于，所述天然层状纳米片的尺寸为：水滑石≥5000目，高岭土≥10000目，膨润土≥500目，蛇纹石≥2000目。
10.根据权利要求1所述超低电导率的纳米流体冷却液的制备方法，其特征在于，所述pH调节剂溶液是将氢氧化钾溶解于纯水中而得。
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