研究和评论:工程和技术雷竞技苹果下载杂志》上
菜单ISSN: 2319 - 9873
ISSN: 2319 - 9873
+ 44 7456 0355801燃料年代和燃烧研究实验室,纳米科学技术学院研究所科技卡利卡特673年601年,印度
收到:2015年5月08接受:2015年5月15发表:2015年5月22日
访问更多的相关文章研究和评论:工程和技术雷竞技苹果下载杂志》上
有害物质与生物柴油的使用是一个严重的问题和各种燃料添加剂用于减少碳排放和改善发动机的性能。使用氧化铈纳米颗粒作为燃料添加剂是减少碳排放的方法之一,由于其独特的氧化还原功能和氧气缓冲能力。与过渡金属掺杂的二氧化铈锆等提高了氧气的存储能力和热稳定性,从而提高同时氧化和还原反应。目前的工作重点是开发基于铈锆混合氧化物纳米颗粒添加剂对降低柴油机排放的燃料和生物柴油,柴油混合。铈锆混合氧化物合成通过有限降水的方法。纳米流体的稳定性是提高表面活性剂的加入,即油酸。确定最优的浓度表面活性剂临界胶束浓度估计的基础上,通过标准测试。稳定的催化纳米颗粒燃料电动电势的测量评估。各种属性确定按ASTM标准探讨纳米颗粒燃料性能的影响。的催化纳米颗粒在柴油-生物柴油混合燃料特性无明显影响。 Engine performance and emission tests were conducted on single cylinder diesel engine to assess the potential of synthesized nanofuel and 15% average reduction of NO emissions was observed for B5 and B10 blends with 15 ppm of catalytic nanoparticle concentration.
铈锆、纳米、生物柴油排放。
柴油发动机用于电力行业的不同应用程序由于更好的燃油经济性和输出功率。但是固有的尾气排放的氮氧化物和颗粒物(PM)与它们对人类健康和环境造成巨大威胁。改善柴油机性能必需是由于严重的能源危机和排放标准,越来越严格。多数研究表明,生物柴油的混合导致轻微增加氮氧化物排放比柴油(1]。HC和氮氧化物排放的阳光反应形成光化学烟雾和酸雨导致呼吸问题和人类眼睛刺激性。改进技术的发展对降低柴油机排放的意义在当下的场景。减排技术被用于柴油发动机可以分为三类而且替代燃料,修改后燃烧过程和排气处理系统。
混合生物柴油与柴油和燃料添加剂来提高其燃烧特性是一种很有前途的解决方案,在这方面。生物柴油由长链脂肪酸的单烷基酯可以来自各种非食用油脂Madhuca籼稻,麻风树,Pongamia pinnata从原油等。合成生物柴油麻风树油(CJCO)通常是由两个步骤的方法,因为它的脂肪酸含量高。第一步包括酸前处理过程以减少游离脂肪酸含量其次是碱性酯化过程。广泛的作品已经完成优化的生物柴油和原油产量麻风树石油作为原料2- - - - - -4]。生物柴油动力柴油机显示更好的效率由于生物柴油中的氧含量,从而改善燃烧过程(5]。PM排放的降低生物柴油的使用主要是因为低芳烃和硫化合物和高十六烷的生物柴油(1),除了高氧含量,导致更好的氧化烟尘。多数文献报道NOx排放的增加与生物柴油与柴油相比。Lebeckas和Slavinskas。6)报道,在NOx排放的百分比比例增加氧气在菜籽油甲酯。Sahoo et al。7)检测生物柴油来自三个不同的饲料股票在一个水冷三缸拖拉机发动机。最大的力量得到增强B50麻疯树生物柴油的混合。对CO排放麻疯树生物柴油混合均呈增长趋势,而karanja生物柴油显示公司减少排放。然而艾登和Bayindir[所做的研究8)有限公司排放呈下降趋势与棉籽油甲酯,由于清洁和完全燃烧。显著降低HC排放报告用生物柴油从不同饲料股票(7]。
各种实验调查报告对燃料添加剂提高柴油机性能和减少废气排放。在研究进行的味道等。9],烟灰氧化钴和领导的能力为基础的混合氧化物催化剂进行了观察,这些混合氧化物减少煤烟的最高燃烧温度由190ºC和115ºC,有或没有铂金分别浸渍。研究还表明,烟尘氧化发生主要是由于晶格氧的催化剂。Rao et al。10)使用含氧化合物、三醋精作为抗爆添加剂在椰子油为基础的生物柴油和10%的混合三醋精被发现最佳浓度最大值降低HC排放。Keskin et al。11]调查Mg的影响和钼添加剂基于B60混合生物柴油的性质,性能和排放特性。增加12μmol Mg / l添加剂显示减少的倾点和运动粘度57%和17%,分别,而莫添加剂显示减少71%和19%分别倾点和运动粘度。也得出结论,生物柴油混合与Mg和莫有更好的影响减少PM排放由于其催化效果。Varatharajan et al。12)研究抗氧化剂的作用在麻疯树生物柴油在柴油机排放和发现抗氧化剂在生物柴油是有效控制氮氧化物而且给稍高CO和HC排放。
列宁et al。13)调查的可行性的锰和铜金属氧化物纳米大小的形式作为柴油添加剂。锰氧化物添加剂导致减少一氧化碳和氮氧化物的分别为37%和4%。在各种金属氧化物二氧化铈,尤其是纳米大小的形式,是一个很好的催化剂,减少排放和提高效率。基于二氧化铈材料的催化活性主要是由于两个因素即氧气储存/氧化还原能力和表面增强14]。氧化铈纳米大小的形式具有较高的表面体积比,导致好氧容量,同时造成氧化和减少排放。从化学计量CeO氧化铈进行转换2Ce(+ 4)状态2O3(+ 3)价态通过一个相对较低的能量反应。15]。掺杂的二氧化铈锆使抑制的烧结二氧化铈,因此提供了催化剂的热稳定性(16),除了改善氧容量(OSC)。OSC的增加主要是由于大部分缺陷的发生。80 ppm的氧化铈纳米颗粒在生物柴油闪点增加近5%,而结果没有显著的影响在寒冷的温度特性,生物柴油在添加纳米颗粒(17]。Arul Mozhi et al。赛尔凡来到18实验研究了氧化铈的应用在柴油和diesel-biodiesel-ethanol混合和观察燃油消耗率下降约9%。尽管减少烟、CO和HC排放的观察与二氧化铈的添加,没有发现排放增加。
纳米流体是稳定的纳米级粒子的流体悬浮体,而不是简单的particle-liquid混合物。有两个主要方法合成纳米流体,即单步和两步方法。单步方法包括合成和分散纳米粒子的流体,同时进行。Chang et al。19)准备TiO2——纳米流体通过单步化学方法使用高压均质器。Lo et al。20.)确定最优参数的制备氧化铜nanofluid通过埋弧纳米颗粒合成系统使用铜电极(sans)。两步骤方法,纳米颗粒首先产生干燥粉末的化学或物理方法,然后分散到液体在第二步中通过密集的磁力搅拌、超声波搅拌等等。李等人。21)产生的氧化物纳米流体通过两步方法,首先A12O3和措纳米颗粒是由气体冷凝和分散在水和乙二醇紧随其后的是彻底的震动,确保均匀悬浮。Abareshi et al。22)准备由分散Fe纳米流体3O4纳米粒子合成了有限降水方法,在去离子水与四甲基氢氧化铵作为分散剂。w . Yu et al。23菲]合成了稳定的煤油3O4纳米流体采用相转移法油酸成功接枝到表面的铁3O4纳米颗粒的吸附模式,从而很好地保证了纳米流体的稳定性。
纳米颗粒分散在基液的稳定性的一个主要问题是纳米流体的实际应用而言。劳拉et al。24]采用不同的分散技术像声波降解法、球磨、高压均质化准备稳定的水性纳米流体和高压均质化方法被发现最佳的一个。各种技术被用于估计纳米流体的稳定性。沉积方法是最基本的方法测定纳米流体的稳定性,沉积物重量或沉积物体积的测量纳米颗粒在nanofluid外部力场(25]。辛格和Raykar26]使用离心方法评价微波合成法合成的银纳米流体的稳定性,减少AgNO3聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为稳定剂。金等。27)使用电动电势来研究金纳米颗粒悬浮在水中的稳定性,得出特征稳定性是由于金纳米颗粒带负电。光谱吸收性分析是另一个有效的方法来评估纳米流体的稳定性使定量结果对应于纳米流体的浓度。不同的技术被用于增强纳米流体的稳定性,如添加表面活性剂的表面改性技术,超声搅拌等。表面活性剂如十六烷基三甲基溴化胺(CATB)和钠进行(sdb)显著增加铜的稳定- H2纳米流体通过静电斥力(阿25]。
目前的工作主要集中在一个稳定发展的基础燃料添加剂催化纳米颗粒与生物柴油降低柴油机有害排放的混合和性能增强。催化纳米颗粒用于目前的工作是氧化铈锆混合,这是一个很好的催化剂,减少废气排放。生物柴油的合成麻疯树Curcus石油通过两步酯交换过程和铈锆混合氧化物纳米颗粒被有限降水方法合成。稳定的催化纳米颗粒在柴油-生物柴油混合的一个主要问题的实际应用中铈锆氧化物纳米颗粒混合。使用表面活性剂是一种被广泛接受的方法,提高稳定性和已经从事目前的工作。最大稳定性的最佳浓度的表面活性剂临界胶束浓度估计的基础上决定的,通过标准测试。稳定的催化纳米颗粒在生物柴油混合电动电势的测量评估在不同的温度,通过动态光散射系统。各种属性的生物柴油,柴油混合,如密度、运动粘度、闪点、云和倾点测定按ASTM标准调查纳米颗粒燃料性能的影响。发动机的性能和排放测试单缸柴油机上进行了评估合成nanofuel的潜力。
生物柴油合成
两步方法用于从麻疯树油的合成生物柴油。第一步包括酸酯化FFA含量降低显著水平。麻疯树油倒在一个锥形烧瓶加热和H的解决方案2所以4石油酸1% (w / w)甲醇(9:1甲醇油摩尔比),加热50岁ºC,添加到它。这个解决方案是搅拌1小时,保持反应温度在50岁ºC。1小时的反应后,混合物被允许接受2小时和顶部的甲醇-水分数层被移除。第二步的合成、生物柴油生产通过碱催化剂通过转酯化使用该产品获得的第一步。石油催化剂氢氧化钠0.55% (w / w)和甲醇(6:1甲醇油摩尔比)混合注入酸预处理的油,加热到60ºC,在锥形烧瓶和搅拌1.5小时60ºC产生反应的产品即自由甘油和脂肪酸酯,称为生物柴油。反应产物被允许接受一夜之间和生物柴油从底部甘油分离层。原油混合生物柴油通常是被污染的水、洗涤法净化的生物柴油在当下的工作。生物柴油注入相同数量的蒸馏水和这种混合搅拌,直到混合均匀,这个过程重复了4到5次。混合落定,水会慢慢下沉,带着它的可溶性杂质和顶层生物柴油被分离。水的脱水也为了摆脱在纯化生物柴油。 In the first stage, silica gel was used to adsorb water and then it was heated up to 100ºC to remove the remaining traces of water.
铈锆混合氧化物的合成
催化纳米粒子应用于目前的工作是氧化铈锆混合并被公司沉淀合成方法。0.1前体溶液,硝酸铈铵和氯氧化锆是在预期的比率和混合。准备的解决方案是搅拌15分钟60ºC,通过热板的电磁搅拌器。添加氨水滴智慧大力搅拌溶液,直到它到达pH值超过10。氨水的加入,溶液变黄和混合搅拌约2小时。收集沉淀,用水洗了反复和丙酮去除多余的氨气,样本然后干8个小时60°C在真空炉。多孔黄色粉末是获得基于臼细粉和教廷在500°C 1小时。
合成混合氧化物的特点是通过扫描电子显微镜和能量色散谱仪(:FESEM日立SU6600)进行定量和定性分析。TEM图像合成的纳米粒子所示图1,这表明一个球形的形状和大小在20到30 nm范围。表1显示了混合氧化物纳米颗粒的元素成分,获得的能量色散光谱,证实存在Ce、Zr和O2在示例分析。XRD模式Ce-Zr混合氧化物纳米颗粒sythesized通过有限的降水方法所示图2。
x射线衍射模式显示了萤石型结构的峰值特性,与飞机对应(1 1 1),(2 0 0),(2 2 0)和(3 1 1)。
图1:TEM Ce Zr O2纳米颗粒的形象
图2:Ce Zr O x射线衍射模式2纳米粒子
| 元素 | 重量% | 原子% |
|---|---|---|
| O (K) | 22.45 | 68.66 |
| 锆(左) | 22.74 | 12.2 |
| Ce(左) | 54.81 | 19.14 |
| 总 | One hundred. | One hundred. |
表1:元素组成Ce Zr O2纳米颗粒。
合成Nanofuel
在目前的工作,两步方法用于合成纳米流体。铈锆混合氧化物纳米粒子合成了有限降水方法分散在各种生物柴油混合:B5、B10去往B15,通过超声波浴。合成纳米流体的搅拌时间被设置为90分钟。油酸是添加表面活性剂来提高纳米流体的稳定性。Oelic酸长链脂肪酸,密度高于柴油。在Ce - Zr-O2柴油悬浮,liphophobic oelic酸得到附加到催化纳米颗粒的表面,从而防止结块。表面活性剂的浓度进行优化的基础上,确定临界胶束浓度(CMC)的浓度表面活性剂溶液中胶束形成之上,进一步添加表面活性剂添加在系统进入胶束,估计CMC的一般方法是通过绘制相应的物理化学性质对表面活性剂浓度曲线和注意的浓度急剧变化的斜率情节发生。在目前的工作估计的理化性质选择CMC是表面张力。表面活性剂的浓度从0.01%变化vol. vol. 0.1%生物柴油混合- B5, B10去往B15和每个浓度的表面张力是由最大气泡压力法。在这种方法中所需的压力迫使气泡毛细管,这是垂直沉浸在液体中调查,决定通过增加压力和记录它的价值泡沫出现前从毛细管中液体。表面张力的计算压力,毛细管半径和深度沉浸。
稳定的催化纳米颗粒在柴油-生物柴油混合的一个主要技术挑战的实际应用中铈锆混合氧化物纳米粒子由于聚集的机会。不同的物理和化学疗法用于改善纳米流体的稳定性包括添加表面活性剂、悬浮粒子的表面改性,应用程序集群强大的力量的纳米颗粒等。28]。纳米颗粒与表面活性剂在生物柴油混合- B5、B10和去往B15用通过超声波水浴。合成nanofluid的稳定性是由电动电势测量使用动态光散射(DLS)使:莫尔文Zetasizer纳米仪器,在不同浓度的Ce-Zr-O2纳米粒子从2.5至15 ppm。电动电势的测量稳定性nanofluifs和斥力的大小或纳米粒子之间的吸引力。电动电势研究进行了不同浓度的纳米颗粒在温度35ºC, 25ºC, 15ºC和5ºC。
柴油-生物柴油混合的性质,如密度、粘度、闪点、云计算和倾点测定按ASTM标准调查纳米颗粒燃料性能的影响。密度是由比重瓶(29日和粘度用布鲁克菲尔德流变仪测量30.]。修改燃料的闪点决心利用克利夫兰的Flash &燃点装置(31日)和云倾点是由ASTM D97-12 [32]。
纳米粒子在生物柴油混合计量性能的影响和排放特征决定通过执行恒速测试在单缸四冲程水冷柴油机。一个涡流测功器是用于加载引擎和速度meausured通过接近传感器。等排放不,HC和CO测量通过AVL排放分析仪。实验是由加载引擎从零到最大负载不同生物柴油blends-B5 B10和去往B15通过改变纳米颗粒浓度从0到15 ppm。图4显示了发动机试验装置的示意图。
铈锆混合氧化物纳米颗粒合成了有限降水方法,被用来作为添加剂,在柴油-生物柴油混合,在目前的工作。从麻疯树生物柴油合成Curcus石油转酯化过程由两个步骤。电动电势的催化纳米颗粒在生物柴油混合DLS的衡量手段。各种属性的生物柴油,柴油混合测定按ASTM标准研究纳米颗粒燃料性能的影响。发动机性能和排放测试进行了单缸柴油机和结果进行了比较。
Oelic酸作为表面活性剂在现在的工作,因为它很低hydrauphilic liphophilic平衡(HLB)值。表面张力的变化的生物柴油blends-B5 B10去往B15与表面活性剂浓度所示图3。骤降的观察表面张力表面活性剂浓度0.05% vol.混合,这对应于临界胶束浓度(CMC) (图3)。
图3:表面张力与表面活性剂浓度的变化。
稳定的催化纳米颗粒添加燃料从电动电势测量估计,而不同的纳米颗粒的浓度和温度。基于温度的电动电势分析表明,电动电势值温度的增加而增加。数据4来4 d显示了生物柴油混合的电动电势在不同的温度下。对应于最大浓度稳定在不同温度下B5, B10去往B15被发现是7.5 ppm,分别10 ppm和15 ppm,温度,如图所示图4模拟。B5生物柴油混合被发现有最大电动电势值,因此最大稳定(数据4 a-4d)。
图4:电动电势的变化与纳米颗粒剂量水平在5°C
图4 b:电动电势的变化与纳米颗粒剂量水平15°C。
图4 c:电动电势的变化与纳米颗粒剂量水平25°C。
图4 d:电动电势的变化与纳米颗粒剂量水平在35°C。
密度
密度的燃料燃烧和发动机的性能有很大影响。名义上增加0.58%的密度是观察B10生物柴油混合纳米粒子添加所示图5。但是没有显著变化其他blends-B5和去往B15密度(图5)。
图5:密度的变化与纳米颗粒剂量水平。
粘度
粘度是重要的财产就燃料液滴的大小和雾化。高粘度导致可怜的蒸发的燃油喷雾和极压燃油喷射系统。图6显示没有显著变化的动态粘度B5和去往B15增加纳米颗粒剂量水平。然而对于B10生物柴油混合,有名义上的增量的1.45% (图6)。
图6:变化的动态粘度与纳米颗粒剂量水平。
闪点
闪点是最高温度高达燃料可以存储、运输和安全处理。闪点增加5.6%是观察到的B5和B10混合纳米颗粒所示图7,指出降低波动性的燃料。增加2.7%的闪点是去往B15混合观测。增加闪点温度是可取的安全处理燃料(图7)。
图7:闪点变化与纳米颗粒剂量水平。
云计算和倾点
云计算和倾点表示寒冷的燃料的行为。倾点下降1ºC观察B5和B10混合15 ppm纳米颗粒所示图8,而没有去往B15混合观察变化。倾点的减少可能是由于延迟碳氢化合物的形成具有纳米粒子的集群,在冷却(图8)。
图8:变化的云倾点和纳米计量水平。
性能和排放的研究
制动热效率
数据9来9 c显示制动热效率的变化与催化纳米颗粒的浓度B5、B10和去往B15混合而成的。在制动热效率提高8.7%和15.3%分别观察B5和B10混合了15 ppm纳米颗粒添加。这可能归因于催化效果和氧气缓冲能力的铈锆氧化物纳米颗粒存在于促进更长和更完全燃烧的燃料。改善与混合制动热效率也可能是由于增加的生物柴油润滑性可能会减少摩擦损失(33)(数据9- - - - - -9 c)。
图9:变异的制动热效率B5混合纳米颗粒剂量水平。
图9 b:制动热效率的变化与B10混合纳米颗粒剂量水平。
图9 c:变异的制动热效率去往B15混合纳米颗粒剂量水平。
没有发射
数据10来10 c显示的变化没有发射纳米给药B5, B10和去往B15混合而成的。氮氧化物的形成主要取决于两个因素,即氧可用性和燃烧温度。轻微增加没有观察纯B5混合排放,这可能由于更高的氧含量与生物柴油混合,比柴油。没有发现形成随负载增加,这可能是由于增加的燃烧温度更高的负载。一个总体上减少排放没有混合生物柴油与柴油的催化纳米颗粒生物柴油混合。减少22.8%的排放没有为B5混合在一起负载催化纳米粒子浓度的10 ppm。观察同样的最大平均减少15% B5和B10混合催化纳米颗粒浓度15 ppm。这没有减少排放可能归因于双价二氧化铈。氧化铈(首席执行官2)供应氧气的减少碳氢化合物以及烟尘,和被转化为氧化铈(Ce2O2),这反过来将re-oxidized CeO2通过减少氧化氮,按后反应
(2)
图10:没有排放变化B5混合纳米颗粒剂量水平。
HC排放
数据11个来11 c显示变化的HC排放与纳米颗粒的浓度B5、B10和去往B15混合而成的。HC排放高发现在低负荷可能是由于低热值的生物柴油需要高当地燃气比例导致HC排放的增加(34]。观察HC排放量减少24%的半负载B5混合10 ppm纳米计量和减少25%是去往B15 15 ppm纳米给药观察。HC排放的减少可能是由于氧化还原Ce-Zr-O的性质2纳米颗粒导致氧化碳氢化合物。混合氧化物纳米颗粒也降低了烟尘氧化温度,从而提高烃氧化,促进完全燃烧(数据11个- - - - - -11 c)。
图11:变异的HC排放B5混合纳米颗粒剂量水平。
图11 b:HC排放的变化与B10混合纳米颗粒剂量水平。
图11 c:变异的HC排放去往B15混合纳米颗粒剂量水平。
使用的燃料催化剂出生,铈锆氧化物纳米颗粒导致减少柴油机有害排放由于其独特的氧化还原功能和氧气缓冲能力。锆掺杂氧化铈纳米颗粒被公司沉淀合成方法。TEM图像证实了合成纳米颗粒的尺寸范围是20 - 30 nm。纳米颗粒燃料的稳定性是提高油酸的加入。表面活性剂浓度进行优化,发现0.05%。卷,由临界胶束浓度(CMC)测试基于表面张力的测量。Ce - Zr-O2/生物柴油混合纳米流体合成使用超声波振动器由两个步骤的方法。纳米流体的稳定性是由电动电势测量。对应于最大浓度稳定在不同的温度下B5, B10和去往B15混合被发现是7.5 ppm,分别为10 ppm和15 ppm。没有显著的变化被观察到的属性添加Zzirconium掺杂氧化铈纳米颗粒在柴油-生物柴油混合。混合氧化物纳米粒子被发现有效地降低与混合生物柴油的排放。观察平均减少15%的排放B5和B10混合15 ppm的催化纳米颗粒浓度。最多减少25%的观察HC排放与15 ppm去往B15混合催化纳米颗粒浓度。Ce - Zr-O2分散的生物柴油混合一起发现表面活性剂可有效提高发动机的性能和降低有害排放。
作者大大承认印度石油有限公司的支持(HPCL),印度。
