纳米仿生自组织燃料增效添加剂及其制备方法

摘要

本发明公开了一种纳米仿生自组织燃料增效添加剂及其制备方法。该纳米仿生自组织燃料增效添加剂包括如下重量配比的仿生自组织分子、纤维素酶催化剂、纳米包裹成膜剂、纳米成膜助剂、界面改性分散剂和去离子磁化水：仿生自组织分子0.5-5份、纤维素酶催化剂0.8-10份、纳米包裹成膜剂2-15份、纳米成膜助剂3-20份、界面改性分散剂0.5-10份、去离子磁化水15-30份。本发明的纳米仿生自组织燃料增效添加剂用途广阔，并且没有任何副作用。该产品可解决因燃烧不完全、燃油雾化不好或燃烧不均匀导致的热量传递不均等各种热损失，提高燃烧效率，节约能源，减少污染物排放。

权利要求

1.一种燃料增效添加剂，其由如下组份按重量配比制成： 仿生自组织分子 0.5-5份 纤维素酶催化剂 0.8-10份 纳米包裹成膜剂 2-15份 纳米成膜助剂 3-20份 界面改性分散剂 0.5-10份 去离子磁化水 15-30份所述仿生自组织分子是聚酰胺、聚苯胺、聚丙烯亚胺、聚碳硅烷、聚醚或聚酯化合物中的一种或两种以上的组合。

2.根据权利要求1的燃料增效添加剂，其特征在于， 仿生自组织分子 1.2-1.5份 纤维素酶催化剂 1.5-2.0份 纳米包裹成膜剂 4.0-4.5份 纳米成膜助剂 6.0-6.5份 界面改性分散剂 1.5-2.0份。

3.根据权利要求1或2的燃料增效添加剂，其特征在于， 所述纤维素酶催化剂为各种水溶性纤维素酶或油溶性纤维素酶催化剂中的一种或两种以上的组合； 所述纳米包裹成膜剂为聚乙烯醇、羟乙基纤维素、水溶性树脂中的一种或两种以上的组合； 所述纳米成膜助剂是多元醇、烷基苯磺酸、脂肪酸或脂肪醚中的一种或两种以上的组合； 所述界面改性分散剂是聚酰胺或多胺中的一种或两种以上的组合。

4.根据权利要求3的燃料增效添加剂，其特征在于， 所述聚乙烯醇、羟乙基纤维素、水溶性树脂是分子量小于1000的均聚高分子； 所述多元醇是二元醇或三元醇，脂肪酸是正十八酸，脂肪醚为正丁醚；

所述聚酰胺是分子量小于2000的均聚聚乙烯酰胺。

5.根据权利要求4的燃料增效添加剂，其特征在于，所述二元醇是丙二醇，所述三元醇是己三醇。

6.权利要求1-5任意一项所述的燃料增效添加剂的制备方法，其特征在于，该方法依次包括如下步骤： (1)配制母液：将仿生自组织分子、纤维素酶催化剂两种物料按比例混合后放入容器内控制温度在40-70℃和压力0.7-1.5大气压下搅拌5-10个小时，同时进行伽马射线、紫外线、高能电子束辐照，辐照剂量控制在0.001-10Gy； (2)配制辅助液：将纳米包裹成膜剂、纳米成膜助剂和界面改性分散剂三种物料按比例混合，在常温和常压下，经低压密封反应釜混合和机械搅拌7-15个小时至出现均匀稳定的混合液； (3)合成纳米仿生自组织燃料增效添加剂：将配制好的辅助液和去离子磁化水搅拌的同时稳速加入上述母液，开始时会出现少量沉淀，加速搅拌直至溶解，待沉淀物溶解分散形成稳定混合溶液后，即可分装为成品。

7.权利要求1-5任一项的燃料增效添加剂在制备液体燃料或固体燃料燃烧时的应用。

说明书

纳米仿生自组织燃料增效添加剂及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及燃料添加剂，尤其涉及纳米仿生自组织燃料增效添加剂及其制备方法。

[0002] 背景技术

[0003] 目前，专利公布的燃油、燃煤添加剂很多，但大多数是属于含有机金属盐、磷、硫等传统金属催化添加剂，含有金属离子及含金属的催化剂，例如中国专利申请01135145.4，一种燃油添加剂；01138785.8，节能环保汽油添加剂；01135177.2，高效燃煤添加剂；公开了多种燃油、燃煤添加剂。使用含金属离子的有机或无机化合物，加入到燃料中，虽然能提高燃烧的热传递效率，但是，金属离子最终会以灰分形式残留，长期使用会对发动机、燃烧室、动力机械设备产生一定磨损和腐蚀。传统的解决办法需要富氧燃烧解决该问题，但却导致燃烧效率下降。

[0004] 发明内容

[0005] 本发明需要解决的技术问题是提供一种对燃烧系统还具有很好的动态养护作用且可提高燃烧效率、减少污染排放的的燃料增效添加剂。

[0006] 本发明需要解决的另一个技术问题是提供一种简单的利用纳米材料制备燃料增效添加剂的方法。

[0007] 本发明的另一目的在于提供纳米仿生自组织燃料增效添加剂的应用。

[0008] 为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

[0009] 一种燃料增效添加剂，其由如下组份按重量配比制成：

[0010]

[0011] 本发明所述的燃料增效添加剂，其中，

[0012]

[0013] 本发明所述的燃料增效添加剂，其中，所述仿生自组织分子是聚酰胺、聚苯胺、聚丙烯亚胺、聚碳硅烷、聚醚或聚酯化合物中的一种或两种以上的组合；

[0014] 和/或

[0015] 所述纤维素酶为各种水溶性纤维素酶或油溶性纤维素酶系列的纤维素酶催化剂中的一种或两种以上的组合；

[0016] 和/或

[0017] 所述纳米包裹成膜剂为聚乙烯醇、羟乙基纤维素、水溶性树脂中的一种或两种以上的组合等；

[0018] 和/或

[0019] 所述纳米成膜助剂是多元醇类、烷基苯磺酸类、脂肪酸类或脂肪醚中的一种或两种以上的组合；

[0020] 和/或

[0021] 所述界面改性分散剂是聚酰胺或多胺中的一种或两种以上的组合。

[0022] 本发明所述的燃料增效添加剂，其中，

[0023] 所述多元醇类是二元醇或三元醇，所述脂肪酸类是正十八酸，脂肪醚为正丁醚； [0024] 和/或

[0025] 所述聚酰胺是分子量小于2000的聚乙烯酰胺；

[0026] 和/或

[0027] 所述多胺是丙二胺。

[0028] 本发明所述的燃料增效添加剂，其中，所述二元醇是丙二醇，所述三元醇是己三醇。

[0029] 本发明所述的燃料增效添加剂的制备方法，其中，该方法依次包括如下步骤： [0030] (1)配制母液：将仿生自组织分子、纤维素酶催化剂两种物料按比例混合后放入容器内控制温度在40-70℃和压力0.7-1.5大气压下搅拌5-10个小时，同时进行伽马射线、紫外线、高能电子束辐照，辐照剂量控制在0.001-10Gy；

[0031] (2)配制辅助液：将纳米包裹成膜剂、纳米成膜助剂和界面改性分散剂三种物料按比例混合，在常温和常压下，经低压密封反应釜混合和机械搅拌7-15个小时至出现均匀稳定的混合液；

[0032] (3)合成纳米仿生自组织燃料增效添加剂：将配制好的辅助液和去离子磁化水搅拌的同时稳速加入上述母液，开始时会出现少量沉淀，加速搅拌直至溶解，待沉淀物溶解分散形成稳定混合溶液后，即可分装为成品。

[0033] 研究发现，本发明纳米仿生自组织燃料增效添加剂倾向于与固体表面发生作用，在一些情况下相互作用还相当强烈，或者观察到静态时没有吸附但是动态时吸附纳米仿生自组织分子呈现“宾-主”效应，即少量的纳米仿生自组织分子改变了整体燃料的性能，如同宾客，反客为主，令添加剂分子沿仿生自组织分子的长轴方向，即碳链排列方向进行排列，导致在固体表面形成分散剂的中介态，即燃油或燃煤片段处在临界分散的中间状态，从而使分子内部吸引力减小。这一理论解释了添加剂中纳米仿生自组织燃料增效添加剂浓度对燃料中不同界面张力扩散速率的影响。当纳米仿生自组织添加剂含量较低时，分散度较小，这是由于添加剂在燃料的面上形成的纳米膜可能不连续，而不能覆盖所有的微观区域。此种情况下未被纳米仿生自组织燃料增效添加剂分散的部分会没有促进燃烧的效果。当纳米仿生自组织添加剂含量较高时，形成连续的纳米自组织膜，从而使燃料燃烧出现两步：普通雾化分散和纳米微爆雾化过程。微观研究还发现纳米仿生自组织分子会均一分散到燃料中间，从而改善了燃料的热扩散作用，提高燃烧效率。本发明的实际效果并不仅仅由该理论的推理决定。

[0034] 本发明的燃料增效添加剂可以直接添加到燃油和燃煤中使用，例如将该添加剂与燃料油以体积比1∶6000加入到各种燃料油和燃煤中，例如汽油、柴油、重油、燃煤等。本发明的燃料增效添加剂产品用途极其广阔，不仅适用于机电设备、交通运输工具，而且适用于工程机械、工矿企业、食品医药行业、航空航天、军事装备等，可以说，凡是不可再生的化石能源使用的地方均可使用，而且没有任何副作用。该产品可解决因燃烧不善、动力性不足、污染环境或设备磨损引起的各种难题，精密度要求高或老旧汽车、锅炉、窑炉及机械设备，其实际效益更佳。

[0035] 本专利技术发明不仅将燃烧效率提高，还同时降低了污染物排放，一举两得。另一方面，本专利发明因为采用了仿生纳米自组织技术，对燃烧系统还具有很好的动态养护作用，保障了燃烧系统的稳定和清洁。

[0036] 仿生自组织分子的定义：具有能够通过分子间作用力产生协同效应，自发组成有特定功能和结构的大分子物质。这一过程按照类似生物蛋白、核酸等有机大分子自组织形成生命物质。仿生自组织分子多为高分子化合物的单体。

具体实施方式

[0037] 下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。

[0038] 实施例1纳米仿生车用汽油添加剂

[0039] 按以下重量配比选取原料：

[0040] 聚酰胺-6(平均分子量为200) 1.2份

[0041] 纤维素酶催化剂 1.5份

[0042] (纤维素酶催化剂为北京拜尔迪生物技术公司Cellulase“Onozuka”R-10) [0043] 十二烷基苯磺酸 6.5份

[0044] 聚乙烯醇(平均分子量为400) 4.2份

[0045] 三正辛胺 2.0份

[0046] 去离子磁化 水15份

[0047] 将聚酰胺-6在1.5个大气压、60℃温度下加入反应釜中，然后加入纤维素酶催化剂，连续搅拌6小时，温度和压力保持不变，同时进行伽马射线辐照，辐照剂量控制在10Gy。 [0048] 向低压密封反应釜中加入十二烷基苯磺酸、聚乙烯醇和三正辛胺按比例混合，在常温和常压下机械搅拌8小时出现稳定均匀的混合液。

[0049] 将上述两种液体混合，并加入去离子磁化水搅拌3小时，待沉淀物溶解形成均一、透明的棕黄色液体，即为纳米仿生车用汽油增效剂。

[0050] 实施例2纳米仿生柴油添加剂

[0051] 按以下重量配比选取原料：

[0052] 聚丙烯亚胺(作为仿生自组织分子，分子量在200-300间) 1.3份 [0053] 果胶酶(作为纤维素酶催化剂) 2.0份 [0054] (果胶酶为北京拜尔迪生物技术公司Pectolase Y-23)

[0055] 聚丙烯酸树脂(作为纳米包裹成膜剂，平均分子量为600) 4.0份 [0056] 丙二醇单乙醚(作为纳米成膜助剂) 6.5份 [0057] 十八烷基胺(作为界面改性分散剂) 2.0份 [0058] 去离子磁化水 30份 [0059] 按照实施例1的方法制备纳米仿生柴油添加剂，区别在于：反应温度控制在70℃，反应釜压力1个大气压下反应5个小时，同时进行紫外射线辐照，辐照剂量控制在8Gy。 [0060] 实施例3纳米仿生工业重油添加剂

[0061] 聚苯胺(作为仿生自组织分子，平均分子量300) 1.4份 [0062] 油溶性纤维素酶(作为纤维素酶催化剂) 2.0份 [0063] (油溶性纤维素酶为美国Sigma公司的纤维素酶RS)

[0064] 水溶性聚氨酯树脂(作为纳米包裹成膜剂，平均分子量为800) 4.5份 [0065] 十八烷基(三乙氧基)醚(作为纳米成膜助剂) 6.2份 [0066] 丁二胺(作为界面改性分散剂) 2.0份 [0067] 去离子磁化水 20份 [0068] 按照实施例1的方法制备纳米仿生工业重油添加剂，区别在于反应温度控制在50℃，反应釜压力1个大气压下反应6个小时，同时进行高能电子束辐照，辐照剂量控制在2Gy。 [0069] 实施例4纳米仿生工业燃煤增效剂

[0070] 聚二甲基硅烷(作为仿生自组织分子，平均分子量400) 1.0份 [0071] 水溶性纤维素酶(作为纤维素酶催化剂) 2.5份 [0072] (水溶性纤维素酶为广东光华化学厂有限公司的BRlG绿色木霉)

[0073] 羟乙基纤维素(作为纳米包裹成膜剂，平均分子量为500) 3.7份 [0074] 十八烷基(三乙氧基)硅醚(作为纳米成膜助剂) 6.2份 [0075] 丁二胺(作为界面改性分散剂) 2.0份 [0076] 去离子磁化水 30份 [0077] 按照实施例1的方法制备纳米仿生燃煤增效剂，区别在于反应温度控制在55℃，反应釜压力1个大气压下反应4个小时，同时进行电子加速器电子束辐照，辐照剂量控制在5Gy。 [0078] 实施例5纳米仿生自组织燃料增效剂增效技术功效

[0079] 将实施例1的纳米仿生车用汽油添加剂，以添加剂与汽油以体积比1∶6000加入汽油车中使用，具体如下：

[0080] 添加剂使用对汽油车(05年产的哈飞金杯车)油耗的影响(百公里油耗/升) [0081]车辆编号 未使用添加剂前 使用后(1∶6000) 平均节油率
1 8.79 7.84 10.83％
2 9.85 8.77 10.94％
3 9.83 8.65 12.00％
4 9.78 8.74 10.63％

[0082] 测定方法，参照国家标准测定：GB/T 12545-90汽车道路试验方法通则和GB/T12534-90汽车燃料消耗量试验方法的要求，在工况和路况都严格达标的条件下获得实验数据。 [0083] 将实施例2的纳米仿生柴油添加剂，以添加剂与柴油以体积比1∶6000加入柴油车中使用，具体如下：

[0084] 添加剂使用对柴油车(07年产的解放赛龙6.8吨)油耗的影响(百公里油耗/升) [0085]车辆编号 未使用添加剂前 使用后(1∶6000) 平均节油率
1 24.25 21.58 10.98％
2 24.49 21.98 10.23％
3 23.74 22.02 7.24％
4 23.96 21.97 8.31％

[0086] 测定方法，参照国家标准测定：GB/T 12545-90汽车道路试验方法通则和GB/T12534-90汽车燃料消耗量试验方法的要求，在工况和路况都严格达标的条件下获得实验数据。 [0087] 实施例6

[0088] 使用实施例3所得的纳米仿生工业重油添加剂，对重油(工业窑炉和锅炉)油耗的影响具体如下：

[0089] 某玻璃集团公司镀膜玻璃浮法生产线重油节油试验，在重油的储油罐中直接加入如实施例3所得的添加剂，添加剂与燃料油体积比为1∶6000。记录实际使用添加剂前后两个月每天的燃油实际消耗，通过每天的油耗计算平均值，重油油耗从51.0吨/天，下降到48.0吨/天，最后得出工业窑炉重油节油率5.89％。观察到窑炉重油燃烧更加充分、排出的烟度明显下降，火焰变短、火焰颜色更加明亮，生产出的玻璃质量提高。

[0090] 某食品生产集团下属虾条生产厂使用WNS4-1.25-Y重油蒸汽锅炉一台，在重油的储油罐中直接加入如实施例3所得的添加剂，添加剂与燃料油体积比为1∶6000。记录实际 使用添加剂前后两个月每天的燃油实际消耗，通过每天的油耗计算平均值，加剂前油耗100.0吨/天与加添加剂后的油耗91.1吨/天比较，得出节油率为8.9％。观察到重油燃烧烟度明显下降，火焰变得更加明亮，单位时间出产的蒸汽量增加。

[0091] 测定方法均参照国家标准测定，符合GB/T 12545-90和GB/T 12534-90的要求。 [0092] 实施例7

[0093] 实施例4所得的纳米仿生工业燃煤增效剂对燃煤(工业窑炉和锅炉)消耗的影响，具体如下：

[0094] 某钢铁集团公司燃煤沸腾锅炉试验，在燃煤的沸腾炉前通过喷射方式加入添加剂，添加剂与燃煤的体积比1∶6000。记录每天的实际燃煤消耗并与不加添加剂的时候比较，实际使用燃煤增效剂两个月后，之前燃煤消耗15.63吨/小时，加剂后燃煤消耗为13.15吨/小时，计算得工业锅炉的节煤率15.89％。观察到燃煤燃烧更加充分、排出的烟度明显下降，火焰颜色更加明亮，生产出的蒸汽量提高。

[0095] 测定方法参照国家电力部标准测定，符合《燃煤锅炉试验方法》的要求。 [0096] 通过本品在国内各型工业设备、发动机上应用的实测数据表明，节省油耗(节省燃煤)可达6-22％(某些情况下更高)，使企业用户经济效益以极低投入获得显著提高。 [0097] 实施例8纳米仿生自组织燃料添加剂对汽车尾气排放的影响

[0098] 将实施例1所得的纳米仿生车用汽油添加剂直接加入标号为93号的汽油中，测定尾气中的有害物质其结果如下：

[0099] (1)添力比例：依照实施例1所得的400ml/L。

[0100] (2)实验车种：现代(Sonata)III 2.0

[0101] (3)实验前行车路程：37894公里

[0102] (4)实验后行车路程：38210公里

[0103] 有害物质检测结果(单位mg/L)

[0104]测定物质 Pb P Cd Cu Cr Ni Zn Fe Mn Al
汽油测定值 0.004 0.05 0.0005 0.006 0.002 0.006 0.003 0.03 0.002 0.001
添加后测定值 0.003 0.04 0.0003 0.005 0.002 0.004 0.002 0.02 0.001 0.001[0105] [0112] 排放试验(实验方法为CVS.75及尾气烟黑检测方法)

[0106]

[0107] 实施例9纳米仿生自组织燃料添加剂对汽车尾气排放的影响

[0108] 将实施例1所得的纳米仿生车用汽油添加剂直接加入标号为93号的汽油中，测定尾气中的有害物质其结果如下：

[0109] (1)添力比例：依照实施例1所得的400ml/L。

[0110] (2)实验车种：现代(Sonata)III 2.0

[0111] (3)实验前行车路程：46512公里

[0112] (4)实验后行车路程：48210公里

[0113] 有害物质检测结果(单位mg/L)

[0114]测定物质 Pb P Cd Cu Cr Ni Zn Fe Mn Al
汽油测定值 0.005 0.05 0.0006 0.006 0.002 0.006 0.003 0.03 0.002 0.001
添加后测定值 0.003 0.03 0.0003 0.004 0.002 0.003 0.002 0.02 0.001 0.001[0115] 实验方法(CVS.75及尾气烟黑检测方法)

[0116]