生物柴油组分的润滑性能及其在铁表面吸附行为模拟探究

发布时间：2017-05-24 09:07

  本文关键词：生物柴油组分的润滑性能及其在铁表面吸附行为模拟探究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：越来越严格的排放法规要求降低柴油中的硫含量。加氢精制脱硫时柴油中的极性润滑物质很容易被脱除,导致柴油的润滑性变差。因此寻求合适的添加剂以改善低硫柴油的润滑性成为必要。生物柴油是饱和/不饱和脂肪酸酯的多元混合物,具有优良的润滑性能。本文为了更好地理解脂肪酸酯作为低硫柴油润滑添加剂时的工作机理及影响因素,在四球摩擦磨损试验机上进行了不同酯类化合物的润滑性能试验;采用Materials Studio软件模拟不同酯类在铁表面的吸附行为,探讨脂肪酸甲酯碳链长度、碳碳双键个数和极性羟基对其润滑性能的影响。本文主要研究内容和结论如下:(1)将肉豆蔻酸甲酯(C14:0)、棕榈酸甲酯(C16:0)、硬脂酸甲酯(C18:0)、油酸甲酯(C18:1)、亚油酸甲酯(C18:2)、亚麻酸甲酯(C18:3)、蓖麻油酸甲酯(C18:1OH)、蓖麻油生物柴油和大豆油生物柴油分别按照1.0%、2.0%、3.0%和5.0%的体积分数添加到低硫柴油中,在四球机上进行摩擦磨损试验。结果表明生物柴油和各脂肪酸甲酯均能使试球磨斑直径减小,且添加比例越大,润滑效果越明显。生物柴油对低硫柴油的润滑改善效果均比脂肪酸甲酯单质好。对于饱和脂肪酸甲酯,其润滑改善效果为C18:0C16:0C14:0,即碳链长度越长,其润滑性能越好。对于C18系列脂肪酸甲酯,润滑改善效果为C18:1 OHC18:3C18:2C18:1C18:0,即C=C双键个数越多,润滑性能越好,且含羟基-OH的脂肪酸甲酯润滑性能更优。(2)利用Materials Studio软件模拟C14:0分子体系在不同铁表面Fe(100)、Fe(110)和Fe(111)上的吸附行为,依据单位面积吸附能大小确定Fe(110)表面最有利于脂肪酸甲酯分子吸附。(3)对饱和脂肪酸甲酯C14:0、C16:0和C18:0在Fe(110)表面的吸附行为分别进行蒙特卡洛单分子吸附模拟和分子体系的分子动力学模拟。蒙特卡洛模拟表明,碳链长度的增加可以有效增加单分子在铁表面的吸附能。分子动力学模拟表明,各饱和脂肪酸甲酯分子体系与铁表面的吸附能相近;但随着碳链长度增加,吸附膜内聚能中的范德华能量项的增加,吸附膜的稳定性和致密性增加,与长碳链脂肪酸甲酯更能有效改善低硫柴油润滑性能的结论相一致。(4)对不饱和脂肪酸甲酯C18:1、C18:2、C18:3和C18:1 OH在Fe(110)表面的吸附行为分别进行蒙特卡洛单分子吸附模拟和分子体系的分子动力学模拟。蒙特卡洛模拟表明,C18:1、C18:2和C18:3的单分子吸附能相近;具有更强极性的羟基-OH使C18:1 OH的单分子吸附能明显提高。分子动力学模拟表明,各不饱和脂肪酸甲酯分子体系与铁表面的吸附能相近;吸附膜内聚能的范德华能量项因相对分子量接近而变化不大,但由分子极性引起的静电能显著变化,由模拟得到的不饱和脂肪酸甲酯在Fe(110)表面吸附膜的内聚能排序为:C18:1OHC18:3C18:2C18:1,这与不饱和脂肪酸甲酯改善低硫柴油润滑性能表现一致。
【关键词】：生物柴油 脂肪酸甲酯 润滑性能 吸附行为 分子模拟
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE667
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 引言11-12
• 1.2 生物柴油的制备12
• 1.3 生物柴油的特性12-14
• 1.4 柴油及生物柴油润滑性能研究现状14-17
• 1.4.1 柴油润滑性能研究现状14-16
• 1.4.2 生物柴油润滑性能研究现状16-17
• 1.5 本文主要研究内容17-19
• 第二章 分子模拟基础与模拟软件19-33
• 2.1 分子模拟基础19-25
• 2.1.1 分子模拟简介19-20
• 2.1.2 分子力学简介20-21
• 2.1.3 分子动力学简介21-24
• 2.1.4 蒙特卡洛模拟简介24-25
• 2.2 分子模拟软件Materials Studio25-27
• 2.3 表面吸附模拟研究现状27-28
• 2.4 最优吸附晶面的选择28-31
• 2.5 本章小结31-33
• 第三章 润滑性能实验基础33-39
• 3.1 实验原料及试剂33-35
• 3.2 主要实验仪器35-38
• 3.2.1 气相色谱质谱联用仪GC-MS35-36
• 3.2.2 四球摩擦磨损试验机36-38
• 3.2.3 光学数码显微镜38
• 3.3 本章小结38-39
• 第四章 饱和脂肪酸甲酯的润滑性能及模拟研究39-55
• 4.1 饱和脂肪酸甲酯润滑性能实验39-42
• 4.2 饱和脂肪酸甲酯吸附模拟研究42-53
• 4.2.1 表面吸附模型构建及计算方法43-45
• 4.2.2 饱和脂肪酸甲酯单分子在Fe(110)表面的吸附构型45-48
• 4.2.3 饱和脂肪酸甲酯单分子在Fe(110)表面的吸附能48-49
• 4.2.4 饱和脂肪酸甲酯分子在Fe(110)表面的吸附成膜49-53
• 4.3 本章小结53-55
• 第五章 不饱和脂肪酸甲酯的润滑性能及模拟研究55-69
• 5.1 不饱和脂肪酸甲酯润滑性能实验55-56
• 5.2不饱和脂肪酸甲酯吸附模拟研究56-65
• 5.2.1 不饱和脂肪酸甲酯单分子在Fe(110)表面的吸附构型56-59
• 5.2.2 不饱和脂肪酸甲酯单分子在Fe(110)表面的吸附能59-60
• 5.2.3 不饱和脂肪酸甲酯分子在Fe(110)表面的吸附成膜60-65
• 5.3 生物柴油的润滑性能实验65-68
• 5.4 本章小结68-69
• 第六章 全文总结与展望69-72
• 6.1 全文总结69-70
• 6.2 工作展望70-72
• 参考文献72-77
• 致谢77-78
• 攻读硕士期间发表的论文78

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