纳米复合降凝剂对柴油低温流动性的影响及其降凝机理研究

发布时间：2020-08-04 17:24

【摘要】：本文通过选取纳米材料(蒙脱土、二氧化硅、氧化石墨烯)和具有代表性的聚合物降凝剂进行复合来制备一系列纳米复合降凝剂用来改善柴油的低温流动性,并利用差示扫描量热仪(DSC)、偏光显微镜(POM)、粘度-温度曲线等现代测试方法来探究纳米复合降凝剂对柴油的降凝机理并为其做出合理的解释。本文的具体研究以及相应结论如下:(1)以蒙脱土为原料制备了有机纳米蒙脱土,通过采用溶剂共混法制备聚甲基丙烯酸酯(PMA)、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVAC)、聚α烯烃(PAO)等三种不同复合质量比例的纳米复合降凝剂,研究各种不同纳米复合降凝剂对柴油低温性能的影响。结果表明,纳米复合PMA降凝效果最好,当0.15 wt.%的纳米复合PMA(4:1)加入柴油中,可使柴油的CFPP和SP分别最高降低16℃和14℃;纳米复合PMA(4:1)使柴油的结晶温度提前并且石蜡晶体的数量基本保持稳定。此外,蒙脱土作为石蜡晶体的异相成核位点改变了晶体的形状和形貌,使得蜡晶变得更加紧凑、有规则、排列均匀,使更多被包裹的液态柴油从三维网状的蜡晶中释放出来。因此,纳米复合PMA(4:1)对于柴油是效果最好的低温流动改进剂。(2)将三种不同烷基链的甲基丙烯酸烷基酯(MC),即甲基丙烯酸十四酯(MC_(14)),甲基丙烯酸十六酯(MC_(16))和甲基丙烯酸十八酯(MC_(18))与马来酸酐(MA)进行共聚形成二元共聚物(MC-MA),然后通过溶剂共混法将SiO_2与MC-MA进行复合制备MC-MA/SiO_2纳米复合降凝剂,研究MC-MA/SiO_2纳米复合降凝剂对柴油低温流动性能的影响。结果表明,相比于MC-MA,MC-MA/SiO_2纳米复合降凝剂在柴油中表现出更好的性能,当用0.2 wt.%的MC_(14)-MA/SiO_2纳米复合降凝剂处理柴油时表现出最佳的降凝效果,其CFPP和SP分别为6℃和18℃。另外,MC_(14)-MA/SiO_2纳米复合降凝剂能有效降低柴油低温下的粘度,并且改变石蜡分子结晶行为和晶体形貌抑制大蜡晶的形成,使蜡晶变得更均匀、细小、排列整齐,从而来改善柴油低温性能。(3)通过原位自由基聚合法制备了一种新型的纳米复合聚甲基丙烯酸十四酯-氧化石墨烯(PMA_(14)-GO)降凝剂来改善柴油的低温性能,PMA_(14)-GO对CFPP和SP的效果优于PMA_(14)。研究含有不同质量的GO即PMA_(14)-3GO,PMA_(14)-6GO和PMA_(14)-9GO,其中,PMA_(14)-6GO和PMA_(14)-9GO是改善CFPP和SP最佳的候选物。具体来说,添加0.2 wt.%的PMA_(14)-6GO可将柴油CFPP降低14℃,并且0.2 wt.%的PMA_(14)-9GO将柴油SP降低19℃。PMA_(14)和PMA_(14)-GO纳米复合降凝剂有效地降低了柴油的粘度,其中加入PMA_(14)-6GO对柴油的粘度降低最低。由于异相成核机理,PMA_(14)-GO纳米复合降凝剂通过形成均匀和细小的颗粒状晶体并阻碍三维网状结构大晶体形成,提高了柴油的结晶温度并改变了蜡晶体的结晶行为,因此,PMA_(14)-GO纳米复合降凝剂有效地改善了柴油的低温流动性能。
【学位授予单位】：上海应用技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TE626.24
【图文】：

纳米材料的形态结构

纳米复合降凝剂对柴油低温流动性的影响及其降凝机理研究

GC-MS分析柴油中正构烷烃的含量及其分布

纳米复合降凝剂对柴油低温流动性的影响及其降凝机理研究

原始纳米蒙脱土和有机改性蒙脱土的红外谱图

【参考文献】