《甲醇_柴油微乳化液配方研制》由会员分享，可在线阅读，更多相关《甲醇_柴油微乳化液配方研制（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、2007 年 第 9 期 广 东 化 工 第 34 卷 总第 173 期 5 甲醇柴油微乳化液配方研制 胡福田，于新 (仲恺农业技术学院 化学化工系，广东 广州 510225) 摘 要以某有机酸与碱液反应作为主表面活性剂，副表面活性剂、中长碳链醇作助剂，制备了甲醇柴油微乳化液，并对其临界分层温度的各种影响因素进行了系统的研究。结果表明，碱液、副表面活性剂、醇对临界分层温度有显著影响，正丁醇是各种助剂中最好的。复配表面活性剂优于单一表面活性剂，能发生协同作用，达到最佳效果。从理论上分析了碱液和醇类在微乳液形成中的作用机理，主表面活性剂与副表面活性剂的复配机理。 关键词甲醇；柴油；微乳化；表面活
2、性剂 The Study on Preparation of Diesel-methanol Micro-emulsified Mulsion Hu Futian, Yu Xin (Department of Chemistry and Chemical Engineering, Zhongkai University of Agriculture and Technology, Guangzhou 510225, China) Abstract: The formation of diesel oil-methanol micro emulsion with the cationic sur
3、factant organic acid and lye, with cosolvent and alcoholic cosurfactant was examined. The various factors that influenced the critical delamination temperature were studied. The experimental result showd that the quantity of lye, the cosurfactant and the alcoholic cosolvent chain length had a substa
4、ntial effect on the critical delamination temperature. Among theses alcohols, butanol had the best effect. The mixed surfactant was superior to the single surfactant and there existed an optimum proportion. The amount of surfactant added could be decreased considerable by mixing the cationic surfact
5、ant and cosurfactant together in a certain range of proportion. The action of lye and alcohol in the formation of the micro emulsion was explained theoretically. The mechanism of interaction between the cationic surfactant and cosurfactant was depicted in detail. Keywords: methano；diesel oil；micro e
6、mulsion；surfactant 我国的石油储量有限， 随着工业的发展及消费水平的提高，对石油的需求量不断增长。而国内煤炭储量十分丰富，为了实现合理的能源结构，逐步采用以煤代油的策略将是国家能源政策的必由之路。通过煤制取的发动机代用燃料，除了 DME 外，还有甲醇等1。其中从煤制取甲醇的生产技术早已成熟，且甲醇还可以从许多化工和制药工业的副产品中获得。而且当燃料中含氧量增高时，可实现无烟燃烧。因此，从环保和经济因素考虑，在柴油中掺烧甲醇非常具有吸引力。柴油中掺烧甲醇的最大难点在于难以获得价廉、稳定的柴油甲醇混合燃料。国内对柴油甲醇乳化燃料的研究报道内容多集中在内燃机燃烧方面，对柴油甲醇乳化
7、燃料配制的研究报道则相对少得多，而且现有乳化柴油存在着稳定性差、储存时间短等缺点，限制了乳化柴油的推广应用2-5。 由于微乳化柴油甲醇混合燃料性质稳定，保存期长，可使燃烧更加充分，降低排放效果更好，所以研制柴油甲醇微乳化液是解决这一课题的有效途径。 本课题以油脂加工过程中的副产物一种有机酸为主要原料，首先筛选出能够形成微乳化柴油的微乳化剂配方，然后专 稿 专 稿 收稿日期 2007-03-03 作者简介 胡福田(1968-)，男，湖南人，博士，讲师，主要从事化学工程与应用化学的研究。 广 东 化 工 2007 年 第 9 期 6 第 34 卷 总第 173 期 在此基础上又找到了形成微乳化柴
8、油的最佳微乳化剂、甲醇、柴油的配比。用该配比配制的微乳化柴油不但具有显著的节油效果，而且可较大程度降低尾气中有害气体的排放。 1 实验 1.1 微乳化剂的选择 甲醇与柴油的化学组成、理化性质差异较大，从表 1 可知，柴油和甲醇的界面张力大，甲醇在柴油中不能稳定分散，容易聚集分离，乳化困难。所以要形成透明、稳定长期的微乳化液，就必须加入适宜的微乳化剂。 本课题筛选微乳化剂的依据如下： 表 1 柴油和甲醇的表面张力 Tab.1 Surface tension of diesel fuel and methanol 温度/ 表面张力/(10-3 Nm-1)，0柴油 表面张力/(10-3 Nm-1)，
9、甲醇20 35.2 22.6 30 33.2 21.5 40 32.7 20.6 (1)亲油基团与油相具有相似结构的乳化剂乳化效果好。根据相似相溶原理，要求乳化剂的亲油基团的结构和柴油的结构越相似越好。结构与柴油越相似，界面上的吸附作用也就越强，就能既可使柴油甲醇界面张力降低得多，又能使界面膜的强度大，因而稳定性就好。本课题选取了与柴油的主要成分有相似分子结构的有机酸和乳化剂。 (2)混合乳化剂的效果往往比单一乳化剂效果好。为了形成稳定的微乳化液，要求乳化剂不仅能大量降低柴油甲醇的界面张力，而且能在两者界面形成坚固的保护膜。有些物质的表面活性大，能大量降低界面张力；有些物质表面活性虽然较差，但
10、能在微乳粒周围形成坚固的保护膜。膜的强度增加，不易破裂，分散相不易聚结，乳化液更加稳定。选择具有相似分子结构的这两类表面活性剂，把它们组合起来，就可以取长补短，达到更好的乳化效果。因此，使用一种以上的表面活性剂加助剂制备的微乳化液，比用单一表面活性剂加助剂制备的微乳化液更稳定。因此本课题使用混合表面活性剂加助剂进行微乳化配方设计。 (3)辅助表面活性剂是微乳液形成的一个不可缺少的组分。一般乳状液的形成主要是由于乳化剂在界面的吸附，形成坚韧的保护膜，同时降低界面张力，使两相较易分散。但无论如何仍有界面，从而有界面张力的存在，故此种体系是不稳定的。若再加入一定量的极性有机物，可将界面张力降至不可测
11、量的程度，以致出现瞬间负值。此后即形成稳定的微乳液。辅助表面活性剂是微乳液形成一个不可缺少的组成，它除了降低界面张力外，还可以增强界面膜的流动性，使界面膜的弯曲更加容易，有利于微乳液的形成。 1.2 微乳化剂配方的筛选 虽然有以上这些理论依据，但关于微乳化剂中各种组分的具体确定，目前还没有成熟完整的理论模式来测算指导，必须靠经验积累和试验实践来确定每种组分的实际乳化效果。 因此，进行深入细致的实验选择尤为必要。 1.2.1 实验试剂 (1)主乳化剂：由有机酸(酸值为 130 KOH mg/g)和碱溶液反应制成。(2)乳化剂：非离子表面活性剂，上海大众药业有限公司。(3)助表面活性剂：醇类，济南
12、化工二厂，纯度 98%。 1.2.2 实验步骤 通过大量的配制试验，考察了各种组分的乳化效果，从而找到了合适的微乳化剂配方。所找到的微乳化剂配方中阴离子型表面活性剂的比例占绝大多数，而非离子型表面活性剂仅占6%左右，这就使所配制的微乳化柴油成本大大降低。 配制微乳化剂。 向锥形瓶中加入 250 g 有机酸， 再加入 40 g碱溶液，振荡 15 min 待反应完毕后，加入 20 g 乳化剂、10 g助剂，盖上塞子，然后采用手摇振荡的方法使锥形瓶内各种物质完全混合均匀。在室温下静置，待泡沫消失，即得到微乳化剂。 由上述实验步骤得到含有机酸 78.1%(质量分数)， 含碱溶液12.5%(质量分数)，
13、含乳化剂为 6.3%(质量分数)，含助剂3.1%(质量分数)的微乳化剂。该剂为完全透明的棕色油状液体，无特殊不良气味，稳定性好，自配制起至今无任何变化。 1.3 微乳化柴油的配制 本课题使用上面的微乳化剂配方来配制微乳化柴油，在相同的实验室条件下，分别进行了微乳化柴油配制的小样试验和扩大试验。配制方式用天平分别称取一定量的甲醇、微乳化剂、柴油，按一定顺序加入到烧杯中，搅拌一段时间后，静置，观察到体系为透明的均相液体后，继续加入一滴微乳化剂，重复上述操作，直至体系出现浑浊为止。然后取体系出现浑浊的前一滴加剂量作为该微乳剂的最终加剂量，重新按上述步骤配制微乳液。从刚刚配制的微乳油样中取出一部分，测
14、其临界分层温度，其余的倒入带磨口塞的锥形瓶中，保存起来，观察其稳定性如何。 2 结果与讨论 2.1 碱液对微乳化效果的影响 有机酸的亲油性很强，单独使用其乳化能力和效率很低，根本不能形成稳定的微乳化液。碱液可以中和有机酸，形成阴离子表面活性剂，亲水性增强有利于形成油包水型微乳液。取一定量的甲醇、柴油、有机酸、碱液，改变碱液与有机酸的质量比，并在不同甲醇含量情况下，配制微乳液，同时测定其临界分层温度。由图 1 可见，当两者的比例较小时，有机酸没有被完全中和，此时形成微乳液的临界分层温度较高，乳液的稳定性较差。当两者摩尔比例为 1.5 时所形成的微乳液稳定性较2007 年 第 9 期 广 东 化 工 第 34 卷 总第 173 期 7 高，表现出微乳液的临界分层温度降低了，此时有机酸与碱液的反应已经比较完全，再增加碱液的量没有明显的效果。 0102030405060101520253035404550临界分层温度/甲醇含量/%碱液与有机酸比为1碱液与有机酸比为1.5碱液与有机酸比为2图 1 碱液与有机酸的摩尔比对微乳化效果的影响 Fig.1 Effect of mole ratio between alkaline liquor and organic acid to micro emulsion 2.2 表面
