乙醇柴油的微乳化研究

2012年第8期化第39卷总第232期www.gdchem.com乙醇柴油的微乳化研究杨楚芬(广东工业大学轻工与化工学院,广东广州51000[摘要]乙醇柴油的开发有助于缓和石油系燃料的供需矛盾,同时乙醇柴油的使用可以减轻汽车尾气对大气的污染。为提高乙醇柴油的稳定性,文章采用乳化与互溶法制备在一定温度范围内稳定存在的乙醇柴油微乳液,研究了不同表面活性剂和助溶剂对该体系的乳化和助溶效果并探讨了温度对该体系的影响。在此基础上,对表面活性剂AEO-3与正庚醇的复配效果进行研究关键词]乙醇柴油:表面活性剂:助溶剂:微乳液中图分类号TQ[文献标识码]A文章编号1007-1865(2012)08001102Microemulsification Study of ethanol Diesel Fuel(Faculty of Chemical Engineering Light Industry, Guangdong University of Technology, Guangzhou 510006, China)Abstract: Using of diesel fuel adding ethanol can reduce atmosphere pollutions and the consumption of petroleum which is a kind of non-renewable resourceTo make diesel fuel and ethanol mutually soluble, ethanol diesel microemulsions which can be stabilized at certain temperature were prepared by different surfactantsand cosolvents. The influences of temperature on the microemulsions stability were discussed. Moreover, the synergism effect of the surfactant AEO-3 and thecosolvent n-heptanol were studied.Keywords: ethanol diesel fuel: surfactant: cosolvent: microemulsion石油是一种不可再生资源,尽管近期的石油储量仍很丰富表125℃时,制备乙醇柴油微乳液所需乳化剂的量及HLB值但总的趋势是在减少。作为现代社会主要能源的石油资源,制约Tab.1 Mass fraction of emulsifier for ethanol diesel microemulsions着国家乃至世界社会的发展。为了缓和石油系燃料的需求矛盾,d its hLB value at25℃1973年中东战争和石油危机以后,各种代用燃料的研究和使用逐步兴起。研究表明,使用掺乙醇的石油系燃料能有效降低汽车乳化剂名称乳化剂添加量/%HLB值尾气中的CO、NOx、HC和PM(颗粒物)的排放。19.22SPAN-20掺醇方式中的乳化与互溶法,采用燃用烃油+醇类+乳化或AFO-3助溶剂的多液混合物方法供醇,在掺醇量不多的情况下,对原柴8.09AEO-714.75124油机的供油和进气系统不必改动,是供醇方式中最简单的一种>30.0013.6(如95%乙醇)与柴油混合时,常出现分层的相分离现象,严重影1103响燃烧性能5.6为了提高乙醇柴油的稳定性,文章以物质互溶基础理论和微正辛醇5.2乳液形成理论为基础,针对这一问题进行研究,讨论在0柴油中加入10%质量比)的乙醇(95%)后,通过添加表面活性剂或助溶剂的方法,形成乙醇柴油微乳液的可能性,以解决混合燃料的相22温度对表面活性剂加入量的影响分离问题,提高燃烧性能。1实验部分1.1仪器和试剂氐温恒温槽(DCW-2008),宁波市海曙天恒仪器厂:电子天平383(J600),常熟市双杰测试仪器厂微乳区0柴油,标准;95%乙醇,分析纯:表面活性剂系列,化学18纯;短链醇系列,化学纯2实验方法调节低温恒温槽恒定于某一温度,在50ml磨口试管中加入定量乙醇柴油混合液中,逐滴滴入表面活性剂或助溶剂并摇荡使两相区其均匀,直至乙醇柴油混合液澄清透明,置于某一温度的低温恒温槽中,放置24h不发生相分离,记录所加乳化剂或助溶剂的量2结果与讨论99.51010.51121适合本实验体系的乳化剂的确定根据微乳液形成理论,含少量乙醇的柴油混合液,通常形成AEO3的质量分数%WO型的微乳液:而按照亲水亲油平衡理论,制备WO型的微图1温度与乳化剂AEO3加入量的关系乳液,需要加入表面活性剂或助溶剂。表1是25℃时,制备稳定Fig. I Relation of adding amount of AEO-3 and temperature for24h以上95%乙醇柴油微乳液(质量比1:9,以下同),所加表面ethanol diesel microemulsions活性剂或助溶剂的量。从表1可以看出,在25℃时,要制得所需要的乙醇柴油微乳稳定温度不同,需要加入的表面活性剂或助溶剂的量也不同图表面活性剂AEO3相近的Tx4(HLB-88和PAN:20(mB86)1是稳定温度与形成上述乙醇柴油微乳液所需加入表面活性剂的乳化效果并不好。这说明选择表面活性剂时,除了HLB值外,还要考虑到其它因素。此外,助溶剂脂肪短链醇的效果也不错微乳液体系所需AEO3的量增加,这主要是由于温度降低,AEO-3且HLB值越小,乳化效果越好。的水落性增强的绕性,来自其分子中的极性基团与水分子形成AEO3的亲氢键的作用。而氢键强度随着温度的下降而上升,在温度降到一[收稿日期]2012-05-10作者简介】杨楚芬(1980-),女,博士,讲师,主要从事化工环保与化工分离过程方面的研究广东化工2012年第8期12www.gdchem.com第39卷总第232期么大的改变,AEO3从柴油中析出,主要分布在极性乙醇(含少量水)线ABC,说明AEO3与正庚醇混合复配后,具有增强乳化性能相中,乳液类型将发生改变,于是出现浊点现象。所以需多加的协同作用。其中AEO-3:正庚醇=25%:75%时,效果最好。从图1中还可以看出,接近0℃时,温度降低很少,所需要的AEO3复合乳化剂进行下面的实验,研究温度的影响,并与AEO3和正小2℃时,即庚醇单独使用时的情况进行比较,如图4所示使把AEO3的量加到1071%,也不能制得稳定的wO微乳液23温度对助溶剂加入量的影响助溶剂脂肪短链醇则是通过物质互溶原理对本实验体系起AEO-3作用的。温度对脂肪链醇的影响如图2。正庚醇ABO3+正庚醇0-正已醇微乳区微乳区23正辛醇一正壬醇两相区111213乳化剂的质量分数%9图4温度与AEO3、正庚醇和复合乳化剂加入量的关系Fig 4 Relation of adding amount of AEO-3, n-heptanol, mixed助溶剂的质量分数/5图2温度与助溶剂加入量的关系Fig2 Relation of adding amount of cosolvents and temperature for比单独使用AEO3或正庚醇时好;当温度低于5℃时,复合乳化ethanol diesel microemulsions剂的效果比单独使用AEO-3时差,但差别不是很大。所以基于乳从图2可以看出,温度对各种醇类体系的影响和温度对乳化化性能和燃烧性能两方面因素的考虑用质量比1:3的表面活剂AEO-3体系的影响类似,只是受影响的程度不相同。温度降低体系所需要加入的醇量增加。这是因为,温度降低,乙醇和柴油3结论的极性差别加大,故需要加入更多量的助溶剂从上面实验可知,采用乳化与互溶法,在0柴油95%乙醇(质脂肪醇碳链越长,则其亲油性就越好,而本实验体系是要制备量比9:1)中加入乳化剂AEO-3或助溶剂如短链醇),可以制得wO型的微乳液,因此亲油性好的助溶剂,有利于WO微乳液的在一定温度下稳定存在的微乳液透明澄清体系。体系的温度降低形成。这一点也可以从图2看出。在25℃以下,随着碳链的增长时,需要加入的乳化剂和助溶剂的量增加。乳化剂AEO3和正庚所需助溶剂的量逐步减少。几种醇中正壬醇的效果最好,但考虑到醇按照质量比1:3复配后,可以得到综合性能比较优越的复合乳长链醇比短链醇价格贵的因素,下面选用正庚醇做助溶剂。24AEO-3与正庚醇复配化剂。由上面的实验结果可知,在本实验所用的表面活性剂中,微参考文献们的微乳化机理不同,将它们复配使用,有可能可以获得更好的冯国琳.乙醇柴油燃料的研究进展团精细石油化工进展,201,1207)微乳化效果。因此,文章对AEO-3和正庚醇进行复配研究,以得46-50到性能更优越的乳化剂。2]Ceviz M A, Yuksel F. Effects of ethanol ullleaded gasoline blends orcyclic variability and emissions in an SI engine[J]. Applied Thermalgineering,2005,25:917-925[3]陈月.助溶剂对甲醇汽油抗水相分离能力影响的研究[广东化工2011,38(216):125-1264]许汉君,姚春德,杨广峰.柴油在乙醇高温热氛围中着火和燃烧的特性[内燃机学报,2010,28(3):207-213[5]Kadota T, Yamasaki H. Recent Advances in the Combustion of Water FuelEmulison]. Progress Energy Combustion Science, 2002, 28: 385-404[6郭瑞莲,纪威.乙醇-柴油混合燃料的应用研究进展[.山东内燃机,20067]陈泓,颜文胜,申立中等.CLZ微乳化乙醇柴油混合燃料的发动机性能研究门,内燃机工程,2011,32(2):74-79[8]Hansen A C, Qin Z, Lyne P w L. Ethanol-diesel fuel blends-areview]. Bioresource Technology, 2005, 96: 277-2800.20.4060.8[9]Chotwichien A, Luengnaruemitchai AJai In. Utilization of palm oiAEO-3质量分数正庚醇alkyl esters as an additive in ethanol-diesel and butanol-diesel blends[J]. Fue2009,88(10):1618-1624图325℃时AEO3与正庚醇复合乳化剂的乳化性能[0黄齐飞,宋崇林,张铁臣等.乙醇柴油混合燃料的相溶性及对发动机ig.3 Synergism effect of AEO-3 and n-heptanol for ethanol diesel性能影响的研究.燃料化学学报,2007,35(3):339-343(本文文献格式:杨楚芬.乙醇柴油的微乳化研究[J].广东化工25℃时,按不同比例对AEO-3和正庚醇制备乙2012,39(8):11-12醇柴油微乳液(1:9)所需复合乳化剂的用量如AEO3与助溶剂正庚醇混合后的乳化效果只是加和作用的