一种纳米材料柴油助燃剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及柴油助剂技术领域，具体涉及一种纳米材料柴油助燃剂及其制备方法。
背景技术
柴油是柴油机燃油和发电供暖的主要燃料，随着经济生产的快速推进，柴油的消耗量逐年增长；同时柴油在燃烧过程中，由于与氧气接触面积小，燃烧不充分，燃烧效率低，很容易造成柴油染料的浪费、产生有害气体和颗粒污染物。
在资源日渐紧缺、环保意识强烈的当下，提高柴油染料的燃烧值和利用率十分中药。传统的方法是在柴油中添加助燃剂，主要有表面活性剂、有机活化剂等，这些助燃剂在一定程度上可以提高柴油的燃烧值和燃烧效率，但是存在不稳定、成本高、二次污染等问题，无法满足绿色环保的要求。
中国专利CN108102749B公开了一种柴油纳米助燃剂的制备方法，涉及助燃剂技术领域，包括以下步骤：(1)利用高能电子束对凹凸棒土进行辐照，得到A；(2)将A加入乙醇中并搅拌，得到凹凸棒土乙醇悬浊液B；(3)在悬浊液B中加入氨基硅油和硅烷偶联剂，搅拌后干燥，并研磨，得到疏水凹凸棒土，即柴油纳米助燃剂。此发明制备的柴油纳米助燃剂对柴油的燃烧效果提高有待改进，同时燃烧后产生的颗粒污染物较多。
中国专利CN107858183A公开了一种高效柴油助燃剂及其制备方法。所述高效柴油助燃剂包括：乙醇，二茂铁，二甲苯，三硝基甲苯，甲缩醛，钛酸乙二酯，呋喃甲醛，异丙醇，邻二硝基苯。制备的高效柴油助燃剂含有乙醇，乙醇的燃烧性能好，燃烧充分，能够有效降低和减少有害气体排放，有利于环境保护和改善生态环境，是绿色环保柴油；但是此发明高效柴油助燃剂中添加的二茂铁并不能提高柴油的燃烧效率，还会增加不完全燃烧产物。
因此，本发明针对传统柴油助燃剂成本较高、制备复杂、不够清洁环保的问题，提供一种纳米材料柴油助燃剂及其制备方法。
发明内容
本发明针对上述问题，提供一种纳米材料柴油助燃剂及其制备方法。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种纳米材料柴油助燃剂，纳米材料柴油助燃剂由以下重量份的原料制备而成：改性纳米氧化钇3.5份～5.5份、丁酸戊酯10.0份～15.0份、甲醇35.0份～55.0份、环十二烷基硝酸酯5.5份～8.5份、松香0.5份～1.0份、脂肪酸聚乙二醇酯3.0份～5.0份、异丙醇胺2.2份～2.8份、硬脂酸镍0.05份～0.10份。
进一步的，纳米材料柴油助燃剂由以下重量份的原料制备而成：改性纳米氧化钇4.0份～5.0份、丁酸戊酯11.0份～14.0份、甲醇40.0份～50.0份、环十二烷基硝酸酯6.5份～7.5份、松香0.6份～0.9份、脂肪酸聚乙二醇酯3.5份～4.5份、异丙醇胺2.4份～2.6份、硬脂酸镍0.06份～0.08份。
进一步的，改性纳米氧化钇的制备步骤如下：
步骤a、将纳米氧化钇在氢氧化钠溶液中浸渍5min～8min，然后用水洗涤1次～3次，再在温度为200℃～300℃的条件下干燥2小时～4小时，得到纳米氧化钇初品；
步骤b、步骤a中得到的纳米氧化钇初品与去离子水混合，以300转/分钟～500转/分钟的速率超声分散30min～40min，得到纳米氧化钇悬浮液，备用；
步骤c、将硬脂酸用正丁醇溶解，然后加入步骤b得到的纳米氧化钇悬浮液中，超声分散20min～30min，然后油浴加热至回流，并保持回流35min～45min，产物冷却至室温后，离心分离，下层沉淀物用无水乙醇洗涤1次～3次，最后干燥得到改性纳米氧化钇。
更进一步的，步骤a中，氢氧化钠溶液的浓度为65％～70％。
更进一步的，步骤b中，纳米氧化钇初品与去离子水的质量比为1：10～15。
更进一步的，步骤c中，硬脂酸与纳米氧化钇的质量比为0.5～1.0：10。
更进一步的，步骤c中，干燥是在温度为120℃～125℃的条件下干燥3小时～4小时。
本发明的又一发明目的在于，提供上述一种纳米材料柴油助燃剂的制备方法，按照所述重量份将丁酸戊酯、甲醇、环十二烷基硝酸酯、松香、脂肪酸聚乙二醇酯和异丙醇胺混合搅拌5min至均匀，然后加入所述重量份的硬脂酸镍和改性纳米氧化钇，再次搅拌20min～25min，得到所述纳米材料柴油助燃剂。
进一步的，混合搅拌速率为250转/分钟～450转/分钟、再次搅拌速率为80转/分钟～120转/分钟。
本发明的优点是：
(1)本发明制备的纳米材料柴油助燃剂，性能稳定、可以明显提高柴油的燃烧效率，实现柴油充分燃烧，避免二次污染，减少固体颗粒污染物的产生，具有较好的清洁净化作用，环保性好；
(2)本发明制备的纳米材料柴油助燃剂，添加改性纳米氧化钇，促进组分相容稳定，增加柴油与空气的接触面积，催化提高燃烧效率，实现柴油充分燃烧，有效避免柴油资源浪费，而且陈本较低，制备方法简单；
(3)本发明纳米材料柴油助燃剂，可有效降低二次污染，减少有害气体排放和固体颗粒污染，保护环境安全，不伤害人体健康。
具体实施方式
以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例1
一种纳米材料柴油助燃剂
由以下重量份的原料制备而成：改性纳米氧化钇3.5kg、丁酸戊酯10.0kg、甲醇35.0kg、环十二烷基硝酸酯5.5kg、松香0.5kg、脂肪酸聚乙二醇酯3.0kg、异丙醇胺2.2kg、硬脂酸镍0.05kg；其中，改性纳米氧化钇的制备步骤如下：
步骤a、将纳米氧化钇在质量浓度为65％的氢氧化钠溶液中浸渍5min，然后用水洗涤1次，再在温度为200℃的条件下干燥2小时，得到纳米氧化钇初品；
步骤b、步骤a中得到的纳米氧化钇初品与去离子水混合，以300转/分钟的速率超声分散30min，得到纳米氧化钇悬浮液，备用；其中，纳米氧化钇初品与去离子水的质量比为1：10；
步骤c、将硬脂酸用正丁醇溶解，然后加入步骤b得到的纳米氧化钇悬浮液中，超声分散20min，然后油浴加热至回流，并保持回流35min，产物冷却至室温后，离心分离，下层沉淀物用无水乙醇洗涤1次，最后在温度为120℃的条件下干燥3小时得到改性纳米氧化钇；其中，硬脂酸与纳米氧化钇的质量比为0.5：10。
制备方法为：
按照上述重量份将丁酸戊酯、甲醇、环十二烷基硝酸酯、松香、脂肪酸聚乙二醇酯和异丙醇胺混合搅拌5min至均匀，然后加入所述重量份的硬脂酸镍和改性纳米氧化钇，再次搅拌20min，得到所述纳米材料柴油助燃剂；其中，混合搅拌速率为250转/分钟、再次搅拌速率为80转/分钟。
实施例2
一种纳米材料柴油助燃剂
由以下重量份的原料制备而成：改性纳米氧化钇5.5kg、丁酸戊酯15.0kg、甲醇55.0kg、环十二烷基硝酸酯8.5kg、松香1.0kg、脂肪酸聚乙二醇酯5.0kg、异丙醇胺2.8kg、硬脂酸镍0.10kg；其中，改性纳米氧化钇的制备步骤如下：
步骤a、将纳米氧化钇在质量浓度为70％的氢氧化钠溶液中浸渍8min，然后用水洗涤3次，再在温度为300℃的条件下干燥4小时，得到纳米氧化钇初品；
步骤b、步骤a中得到的纳米氧化钇初品与去离子水混合，以500转/分钟的速率超声分散40min，得到纳米氧化钇悬浮液，备用；其中，纳米氧化钇初品与去离子水的质量比为1：15；
步骤c、将硬脂酸用正丁醇溶解，然后加入步骤b得到的纳米氧化钇悬浮液中，超声分散30min，然后油浴加热至回流，并保持回流45min，产物冷却至室温后，离心分离，下层沉淀物用无水乙醇洗涤3次，最后在温度为125℃的条件下干燥4小时得到改性纳米氧化钇；其中，硬脂酸与纳米氧化钇的质量比为1.0：10。
制备方法为：
按照所述重量份将丁酸戊酯、甲醇、环十二烷基硝酸酯、松香、脂肪酸聚乙二醇酯和异丙醇胺混合搅拌5min至均匀，然后加入所述重量份的硬脂酸镍和改性纳米氧化钇，再次搅拌25min，得到所述纳米材料柴油助燃剂；其中，混合搅拌速率为450转/分钟、再次搅拌速率为120转/分钟。
实施例3
一种纳米材料柴油助燃剂
由以下重量份的原料制备而成：改性纳米氧化钇5.0kg、丁酸戊酯14.0kg、甲醇50.0kg、环十二烷基硝酸酯7.5kg、松香0.9kg、脂肪酸聚乙二醇酯4.5kg、异丙醇胺2.6kg、硬脂酸镍0.08kg；其中，改性纳米氧化钇的制备步骤如下：
步骤a、将纳米氧化钇在质量浓度为66％的氢氧化钠溶液中浸渍6min，然后用水洗涤3次，再在温度为220℃的条件下干燥2,5小时，得到纳米氧化钇初品；
步骤b、步骤a中得到的纳米氧化钇初品与去离子水混合，以350转/分钟的速率超声分散32min，得到纳米氧化钇悬浮液，备用；其中，纳米氧化钇初品与去离子水的质量比为1：11；
步骤c、将硬脂酸用正丁醇溶解，然后加入步骤b得到的纳米氧化钇悬浮液中，超声分散22min，然后油浴加热至回流，并保持回流37min，产物冷却至室温后，离心分离，下层沉淀物用无水乙醇洗涤3次，最后在温度为121℃的条件下干燥4小时得到改性纳米氧化钇；其中，硬脂酸与纳米氧化钇的质量比为0.6：10。
制备方法为：
按照所述重量份将丁酸戊酯、甲醇、环十二烷基硝酸酯、松香、脂肪酸聚乙二醇酯和异丙醇胺混合搅拌5min至均匀，然后加入所述重量份的硬脂酸镍和改性纳米氧化钇，再次搅拌21min，得到所述纳米材料柴油助燃剂；其中，混合搅拌速率为300转/分钟、再次搅拌速率为90转/分钟。
实施例4
一种纳米材料柴油助燃剂
由以下重量份的原料制备而成：改性纳米氧化钇4.0kg、丁酸戊酯11.0kg、甲醇40.0kg、环十二烷基硝酸酯6.5kg、松香0.6kg、脂肪酸聚乙二醇酯3.5kg、异丙醇胺2.4kg、硬脂酸镍0.06kg；其中，改性纳米氧化钇的制备步骤如下：
步骤a、将纳米氧化钇在质量浓度为69％的氢氧化钠溶液中浸渍7min，然后用水洗涤1次，再在温度为280℃的条件下干燥3.5小时，得到纳米氧化钇初品；
步骤b、步骤a中得到的纳米氧化钇初品与去离子水混合，以450转/分钟的速率超声分散38min，得到纳米氧化钇悬浮液，备用；其中，纳米氧化钇初品与去离子水的质量比为1：14；
步骤c、将硬脂酸用正丁醇溶解，然后加入步骤b得到的纳米氧化钇悬浮液中，超声分散28min，然后油浴加热至回流，并保持回流43min，产物冷却至室温后，离心分离，下层沉淀物用无水乙醇洗涤1次，最后在温度为124℃的条件下干燥3小时得到改性纳米氧化钇；其中，硬脂酸与纳米氧化钇的质量比为0.9：10。
制备方法为：
按照所述重量份将丁酸戊酯、甲醇、环十二烷基硝酸酯、松香、脂肪酸聚乙二醇酯和异丙醇胺混合搅拌5min至均匀，然后加入所述重量份的硬脂酸镍和改性纳米氧化钇，再次搅拌24min，得到所述纳米材料柴油助燃剂；其中，混合搅拌速率为400转/分钟、再次搅拌速率为110转/分钟。
实施例5
一种纳米材料柴油助燃剂
由以下重量份的原料制备而成：改性纳米氧化钇4.5kg、丁酸戊酯12.0kg、甲醇45.0kg、环十二烷基硝酸酯7.0kg、松香0.8kg、脂肪酸聚乙二醇酯4.0kg、异丙醇胺2.5kg、硬脂酸镍0.07kg；其中，改性纳米氧化钇的制备步骤如下：
步骤a、将纳米氧化钇在质量浓度为68％的氢氧化钠溶液中浸渍7min，然后用水洗涤2次，再在温度为250℃的条件下干燥3小时，得到纳米氧化钇初品；
步骤b、步骤a中得到的纳米氧化钇初品与去离子水混合，以400转/分钟的速率超声分散35min，得到纳米氧化钇悬浮液，备用；其中，纳米氧化钇初品与去离子水的质量比为1：13；
步骤c、将硬脂酸用正丁醇溶解，然后加入步骤b得到的纳米氧化钇悬浮液中，超声分散25min，然后油浴加热至回流，并保持回流40min，产物冷却至室温后，离心分离，下层沉淀物用无水乙醇洗涤2次，最后在温度为123℃的条件下干燥3.5小时得到改性纳米氧化钇；其中，硬脂酸与纳米氧化钇的质量比为0.8：10。
制备方法为：
按照所述重量份将丁酸戊酯、甲醇、环十二烷基硝酸酯、松香、脂肪酸聚乙二醇酯和异丙醇胺混合搅拌5min至均匀，然后加入所述重量份的硬脂酸镍和改性纳米氧化钇，再次搅拌23min，得到所述纳米材料柴油助燃剂；其中，混合搅拌速率为350转/分钟、再次搅拌速率为100转/分钟。
实验例
为了进一步说明本发明实施例1～5制备的纳米材料柴油助燃剂的进步性，现作如下测试。
分别采用柴油和添加本发明实施例1～5制备的纳米材料柴油助燃剂的柴油，在R-170柴油测功机上进行相同油耗测试各项性能指标，并采用0#柴油与添加本发明实施例5制备的纳米材料柴油助燃剂的0#柴油，进行尾气排放物测试；其中，本发明实施例1～5制备的纳米材料柴油助燃剂的添加量为10.0％，结果统计见下表1、表2：
表1%20本发明实施例1～5制备的纳米材料柴油助燃剂的性能测试
表2 本发明实施例5制备的纳米材料柴油助燃剂的尾气排放对比
上表1、表2结果可以看出本发明实施例1～5制备的纳米材料柴油助燃剂添加到柴油中，可明显提高发动机动力性能且降低油耗，说明本发明实施例1～5制备的纳米材料柴油助燃剂能够有效提高柴油的燃烧效率，可节约使用柴油燃料；同时可明显降低燃烧后尾气中的CO、NOX等有害气体的含量，环保性好。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
