一种清洁车用燃料添加剂及其制备方法与流程

本发明涉及燃料添加剂，具体是一种清洁车用燃料添加剂及其制备方法。

背景技术：

1、随着社会经济发展和人们出行需求的持续增长，汽车工业的发展不断加快，与人类生活的关系越来越紧密，但汽车工业的飞速发展和市场的不断扩大，同时也带来了大量的能源消耗，移动源的排放总量随着机动车数量和日常行驶里程的增加而变得十分巨大，汽车的生产、使用、报废都带来了环境大气危害和城市空气污染，机动车污染已经成为城市大气污染的重要来源之一。

2、柴油机是蒸汽时代之后一个新时代的开端，经过一个世纪的发展，柴油机凭借其卓越的动力性、可靠性和经济性，在国民经济的各个领域，尤其在交通运输业得到了广泛应用。伴随柴油燃料的大规模使用，随之而来的是大量污染物的排放，近年来研究人员通过预处理或燃油调节等方式将生物柴油应用于柴油机，取得了良好的效果，预处理或燃料调整是指在基础燃料中添加燃料添加剂，以改变燃料的性能，从而优化发动机性能、减少排放，许多燃料添加剂，如水、纳米颗粒、氢、二甲醚、碳纳米颗粒等。

3、碳纳米颗粒加入燃料中时，反应面积的增加和含氧官能团提供的氧气有助于促进完全燃烧，碳纳米管的高比表面积和高导热性使其作为燃料添加剂也具有良好的效果；纳米金属添加剂能够提高柴油在任何基础流体介质中的理化特性，如热导率、质量扩散率等，同时纳米金属添加剂与生物柴油、柴油及共混物混合后，能改善燃料的运动粘度、闪点等参数，对因含氧燃料和三级添加剂带来的柴油机制动功率下降、制动比油耗上升问题有一定缓解作用。但是，纳米添加剂由于较高的比表面积，产生更强的分子吸引力，纳米颗粒有可能会聚集成较大的颗粒，从而导致表面沉积，降低了燃料的稳定性，而混合不足导致分散不均匀也会降低其稳定性，限制了纳米添加剂的使用及推广。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提出了一种清洁车用燃料添加剂及其制备方法，本发明中的燃料添加剂加入了ni-co双金属mof@cnts纳米材料，该纳米材料将ni-co双金属mof材料与碳纳米管相结合，金属纳米颗粒具有高能量密度、强催化作用、高点火概率、超塑性和低烧结温度等特点，有利于燃料燃烧。金属纳米颗粒可以与水蒸气反应形成羟基自由基，从而加速烟尘氧化，减少烟尘排放，同时金属纳米颗粒可以催化与碳原子的反应，降低碳的氧化温度，促进co向co2的转化，从而减少co的排放，而双金属相较于单金属来说，金属间的协同效应有助于提高其效果；与碳纳米管复合，碳纳米管提高了反应面积、氧官能团提供氧气有助于促进完全燃烧，通过该技术方案制备了ni-co双金属mof@cnts纳米材料，由碳纳米管和由微小纳米棒组合而成的大小为400~700nm的纳米颗粒构成。

2、为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

3、一种清洁车用燃料添加剂由以下重量份的组分组成：ni-co双金属mof@cnts纳米材料5~40份、3-羟基丁酸甲酯70~100份、抗氧化剂5~40份、十六烷值改进剂30~50份、防冻剂5~15份、表面活性剂5~25份、清洁添加剂10~80份；

4、其中，抗氧化剂为l-抗坏血酸、生育酚乙酸酯、羟基甲苯丁酯、苯二胺和乙二胺中的一种，十六烷值改进剂为乙二醇二甲醚、环烷基硝酸酯中的一种，防冻剂为乙二醇甲醚、聚乙二醇、甲醇中的一种，表面活性剂为十二烷基磺酸钠，清洁添加剂为聚醚胺。

5、进一步地，ni-co双金属mof@cnts纳米材料，由以下原料制备而成：六水合硝酸镍0.02~0.1mol/l、六水合硝酸钴0.02~0.1mol/l、均苯三甲酸0.02~0.1mol/l、聚乙烯吡咯烷酮0.002~0.005 mol/l、n,n-二甲基甲酰胺20ml、碳纳米管0.1~1g/l；

6、优选地，六水合硝酸镍为98%纯、六水合硝酸钴为97%纯、均苯三甲酸为95%纯、n,n-二甲基甲酰胺为99.8%纯、聚乙烯吡咯烷酮的mw为40000g/mol；

7、优选地，碳纳米管的长度为2~6μm、外径10~20nm、内径5~10nm。

8、进一步地，ni-co双金属mof@cnts纳米材料的制备方法包括以下步骤：

9、s1，取0.4~2mmol六水合硝酸镍和0.4~2mmol六水合硝酸钴，共同超声溶解在20ml的去离子水中，超声10~30min，得到金属盐溶液a；

10、s2，取0.4~2mmol的均苯三甲酸在20ml的无水乙醇中超声溶解，超声10~30min，得到溶液b；

11、s3，取0.04~0.1mmol的聚乙烯吡咯烷酮溶于20ml n,n-二甲基甲酰胺中超声溶解，超声10~30min，得到溶液c；

12、s4，将步骤s1~s3中制备得到的金属盐溶液a、溶液b、溶液c混合，磁力搅拌15~60min至混合均匀，搅拌速度200~500rpm，得到mof溶液；

13、s5，在步骤s4中制备的mof溶液中加入碳纳米管，超声处理至碳纳米管均匀分散，超声时间为1~3h，得到mof@cnts溶液；

14、s6，将步骤s5中制备得到的mof@cnts溶液转移至70ml的特氟龙内衬的高压反应釜中，在防爆烘箱中进行反应，反应温度为130~170℃，反应时间为8~15h，反应结束后待高压反应釜冷却至室温，得到反应产物；

15、s7，将步骤s6中得到的反应产物在离心机中离心分离，收集沉淀物，依次使用去离子水、无水乙醇进行清洗，并在真空干燥箱中干燥，真空度为-0.1mpa，干燥时间为10~24h，温度为60~90℃，得到所述ni-co双金属mof@cnts纳米材料。

16、进一步地，步骤s7中所述离心，离心转速2000~4000rpm，离心时间5~10min。

17、进一步地，清洁车用燃料添加剂的制备方法，包括以下步骤：

18、p1，将3-羟基丁酸甲酯、十六烷值改进剂、防冰剂按配方比例称取后混合均匀，得到混合物；

19、p2，将ni-co双金属mof@cnts纳米材料、抗氧化剂、表面活性剂和清洁添加剂按照配方比例称取后加入步骤p1中所得的混合物中，搅拌使各组分混合均匀，得到所述清洁车用燃料添加剂。

20、进一步地，步骤p1和p2中所述混合在真空搅拌机中进行，搅拌速度为100~300rpm，搅拌时间为20~60min，抽真空至0.08mpa。

21、本发明取得的有益效果如下：

22、本发明制备了碳纳米管和ni-co双金属mof纳米颗粒共同组成的纳米材料，作为纳米添加剂与其他组分共同制备燃料添加剂。ni-co双金属mof纳米颗粒由微小纳米棒组合成大小为400~700nm的纳米颗粒，其尺寸和体积较小，减少了颗粒沉积的机会，同时与碳纳米管复合，碳纳米管和ni-co双金属mof纳米颗粒交替排布互相间隔，有效减少了颗粒聚集，十二烷基磺酸钠在纳米颗粒外表面形成的负电荷层减少了颗粒沉降；相较于单金属纳米颗粒，双金属之间的结合引起电子表面特性的变化，从而发挥协同效应；碳纳米管和ni-co双金属mof纳米颗粒均具有较大的比表面积，二者协同，能够在其表面吸附更多燃料分子，提高反应面积、提供氧气有助于燃料的燃烧效率提升，减少能源浪费；碳纳米管能够吸附杂质、净化燃料中的杂质成分，而ni-co双金属mof纳米颗粒具有催化作用，降低碳的氧化温度，故ni-co双金属mof@cnts纳米材料作为燃料添加剂不仅促进了co向co2的转化，从而减少co的排放，还通过降低燃料的燃烧温度，抑制了nox的形成，减少了氮氧化物的产生，使得排放污染进一步下降；碳纳米管的强度和耐磨特性能够改善发动机部件的机械性能、延长寿命，其良好的导电性也有助于提升燃料导电性，提高了燃料的点火性和燃烧效率。在柴油中使用含有ni-co双金属mof@cnts纳米材料的燃料添加剂，柴油的热值得到提升，闪点增高，燃点降低，发动机的制动比油耗降低，制动功率提高，nox和co的排放量有所下降。