一种环保甲醇燃料及其制备方法与流程

本发明涉及能源化工，具体为一种环保甲醇燃料及其制备方法。

背景技术：

1、甲醇燃料是一种利用甲醇作为燃料的新型燃料系统。甲醇是一种无色、有毒、易燃的液体，可以通过化学合成或生物发酵等方式制备。与传统燃料相比，甲醇燃料具有以下优点：1)甲醇是一种可再生的燃料，可以通过生物发酵等方式制备，具有较高的可持续性；2)甲醇的燃烧产物主要是二氧化碳和水，排放的有害气体较少，对环境的污染较小；3)甲醇的燃烧能量高，能够提供较高的动力输出和燃烧效率；4)甲醇的物理性质稳定，易于储存和运输。甲醇燃料目前已经在汽车、船舶、发电机组等领域得到了广泛的应用，同时，随着环保意识的增强和能源需求的变化，甲醇燃料也将在未来得到更广泛的应用和发展。但是甲醇燃料在作为汽车燃料使用过程中存在冷启动困难、热值低、辛烷值低、燃烧不充分等问题。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种环保甲醇燃料的制备方法，包括以下步骤：

2、步骤(1)在硫酸铜水溶液中加入预处理的多壁碳纳米管，以酒石酸钾钠作为螯合剂，用氢氧化钠调节混合液的ph，再加入甲醛水溶液反应，然后在氧气中氧化，得到多壁碳纳米管-氧化铜纳米材料；

3、以上过程中，氧化铜纳米粒子沉积在多壁碳纳米管上，得到多壁碳纳米管-氧化铜纳米材料。

4、步骤(2)通过十六烷基三甲基溴化铵辅助ce(no3)3·6h2o、y(no3)3·6h2o、mn(no3)2分散于去离子水中，再加入多壁碳纳米管-氧化铜纳米材料，滴加碳酸铵和氨水，静置，过滤，洗涤，干燥，煅烧，得到复合纳米粒子；

5、以上过程中，通过十六烷基三甲基溴化铵辅助浸渍，得到了有锰、钇掺杂的多壁碳纳米管-氧化铜-氧化铈的复合纳米粒子。

6、步骤(3)以乙酰丙酸、乙醇为反应物，对甲苯磺酸为催化剂，回流反应，得到乙酰丙酸乙酯；再以乙酰丙酸乙酯、n-苯基-对苯二胺为反应物，对甲苯磺酸为催化剂，继续回流反应，得到双功能助剂；

7、以上过程中，乙酰丙酸、乙醇发生酯化反应得到乙酰丙酸乙酯；乙酰丙酸乙酯的c＝o与n-苯基-对苯二胺的氨基反应，得到双功能助剂。

8、步骤(4)常温常压下，先将甲醇、氨水混合搅拌至均匀，再加入低碳醇，继续搅拌，然后加入过氧化氢、复合纳米粒子、防冻剂、防腐剂、乙二醇单丁醚、乙基叔丁基醚、甜橙皮油、儿茶酚、双功能助剂，搅拌至均匀，得到环保甲醇燃料。

9、以上环保甲醇燃料中：氨水能够在复合纳米粒子的催化作用下转化成二氧化氮，二氧化氮能够促进甲醇着火，缩短点火延迟时间；低碳醇能够提升甲醇的燃烧热值，提高低温性能，改善冷启动问题；过氧化氢能够缩短点火延迟时间；复合纳米粒子中的氧化铜、氧化铈不仅可以做甲醇燃烧的催化剂，氧化铈也可以做氨水催化转化的催化剂，同时，氧化铜也可以在甲醇燃料中起到润滑效果；复合纳米粒子中的多壁碳纳米管可以提升甲醇燃料的润滑性；复合纳米粒子在合成过程中通过十六烷基三甲基溴化铵的加入能够改善复合纳米粒子在甲醇燃料中的分散性；乙二醇单丁醚作为助溶剂，能够提高各组分在燃料中的分散性；乙基叔丁基醚能够提升甲醇燃料的抗爆性、辛烷值；甜橙皮油作为天然添加剂，提升甲醇燃料的辛烷值；儿茶酚作为天然抗氧化添加剂，提升甲醇燃料的稳定性和抗氧化性；双功能助剂，既可以提升甲醇燃料的抗氧化性，也能发挥很好的润滑效果；防腐剂能够避免甲醇燃料对汽车发动机系统的腐蚀；防冻剂能够提升甲醇燃料的耐低温性能。

10、优选地，所述步骤(1)中，预处理的多壁碳纳米管的制备方法：将多壁碳纳米管在400-450℃下热处理30-40min，再用丙酮洗涤，然后用30-33vol％hcl酸处理15-25min，最后再用体积比为3:1的hno3/h2so4混合液在60-80℃下酸处理20-40min后，用去离子水洗涤，得到预处理的多壁碳纳米管。

11、优选地，所述步骤(1)中，硫酸铜水溶液是由无水硫酸铜与去离子水以3.5:100-150的质量比混合得到；用氢氧化钠调节混合液的ph为12-12.5；氧化条件：在140-160℃下在氧气中氧化60-90min；硫酸铜、预处理的多壁碳纳米管、酒石酸钾钠、甲醛水溶液的用量比为35-75kg:0.9-1.8kg:170-340kg:200-400l。

12、优选地，所述步骤(2)中，ce(no3)3·6h2o、y(no3)3·6h2o、mn(no3)2、十六烷基三甲基溴化铵、多壁碳纳米管-氧化铜纳米材料之间的质量比为2.7-2.9:0.18-0.26:0.13-0.2:3.1-3.3:10.3-15.5；滴加碳酸铵和氨水的过程中保持ph为8.2-8.7；静置时间：10-14h。

13、优选地，所述步骤(2)中，干燥条件：在60-80℃下干燥20-30h；煅烧条件：先在550-600℃下煅烧3-4h，再在700-800℃下煅烧18-24h。

14、优选地，所述步骤(3)中，乙酰丙酸、乙醇、对甲苯磺酸之间的质量比为11.6-17.4:5.2-10.5:3.2-3.8；乙酰丙酸与乙醇回流反应条件：在190-210℃下回流反应5.5-6.5h。

15、优选地，所述步骤(3)中，乙酰丙酸乙酯、n-苯基-对苯二胺、对甲苯磺酸之间的质量比为14.4-28.8:22.1-45:4.5-6.5；乙酰丙酸乙酯、n-苯基-对苯二胺回流反应条件：在190-210℃下回流反应7-9h。

16、优选地，所述步骤(4)中，以重量份数计，各组分的含量为：

17、甲醇100-150份、氨水30-40份、低碳醇10-18份、过氧化氢15-25份、复合纳米粒子6-10份、防冻剂1.5-5.5份、防腐剂2.5-8.5份、乙二醇单丁醚2.0-3.5份、乙基叔丁基醚1.8-3.6份、甜橙皮油5-11.5份、儿茶酚2-4.5份、双功能助剂3.5-6.5份。

18、优选地，所述步骤(4)中，防腐剂包括甲基丁香酚；低碳醇由乙醇、丙醇、丙三醇和异丁醇按5:2:1:3的质量比混合得到。

19、采用所述环保甲醇燃料的制备方法制备得到的环保甲醇燃料。

20、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

21、1、本发明中通过在甲醇燃料中添加氨水、低碳醇、过氧化氢、复合纳米粒子、防冻剂、防腐剂、乙二醇单丁醚、乙基叔丁基醚、甜橙皮油、儿茶酚、双功能助剂等，改善了甲醇燃料的品质，缩短了甲醇燃料的着火时间，提升了其稳定性、辛烷值、抗氧化性、润滑性，同时，促进了甲醇燃料的充分燃烧，减少了污染物的排放，更加环保。

22、2、本发明中的复合纳米粒子是有锰、钇掺杂的多壁碳纳米管-氧化铜-氧化铈的复合纳米粒子，各组分协同提升了甲醇燃料的润滑性、缩短了着火时间、促进了甲醇的充分燃烧，锰和钇的掺杂进一步提升了复合纳米粒子的催化活性。

23、3、本发明的双功能助剂具有很好的抗氧化、润滑效果，与儿茶酚、复合纳米粒子协同，能够更好的改善甲醇燃料的抗氧化性能和润滑性能。