超支化聚缩水甘油（HPG）修饰的金纳米粒子的合成及其在碳氢燃料中的应用
发布时间：2020-05-26 03:59
【摘要】：高超声速技术的快速发展对碳氢燃料的冷却性能和燃烧性能提出了更高要求。将具有小尺寸效应和特殊表面效应的金属纳米粒子与碳氢燃料相结合,制备均匀、稳定的纳米流体型燃料,从而提升碳氢燃料的热沉和燃烧性能,是高超声速飞行用液体推进剂研制的一条新途径。但是,纳米金属颗粒在碳氢燃料中易发生聚沉,如何使纳米金属颗粒稳定分散到碳氢燃料中并能长期存储是必须解决的关键问题。对纳米粒子表面进行修饰,可减少金属粒子因相互碰撞而发生聚集。本文用改性的超支化聚缩水甘油(HPG)作为稳定剂,修饰金纳米粒子;通过改变聚合物的相对分子质量来调控金纳米粒子的粒径大小。通过研究金纳米粒子在碳氢燃料中的分散稳定性及其作为拟均相添加剂在碳氢燃料裂解和燃烧过程中所发挥的作用,期望为纳米流体型碳氢燃料的应用提供新思路。论文开展的工作和取得的主要成果如下:通过阴离子开环聚合法合成HPG,再由HPG外围的羟基与甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)发生酯化反应形成HPG-MA,然后通过“巯基-烯基”点击反应将十二硫醇接枝到HPG-MA上,得到目标超支化聚合物DSHPG。用DSHPG修饰金纳米粒子,形成 Au@DSHPG。用 NMR、UV-Vis、FTIR、DLS、TEM、TGA、DSC等表征上述产物的结构与性能。研究了 HPG相对分子质量对金纳米粒子尺寸的影响,观察到相对分子质量分别为1123、3826和55075的HPG作为稳定剂时金纳米粒子的粒径分别为4.1 nm(Au @ DSHPG-1)、9.7 nm(Au @DSHPG-2)和 15.1nm(Au@DSHPG-3)。以Au@DSHPG-2为例,采用紫外分光光度法研究了金纳米粒子在不同溶剂以及碳氢燃料中的分散稳定性。将Au@DSHPG-2分别加到甲苯、乙醚、乙酸乙酯、乙腈和水等溶剂中,用UV-Vis扫描,发现Au@DSHPG-2在非极性溶剂中的分散性比在极性溶剂中的分散性好,这说明了 DSHPG外围的疏水烷基链赋予了金纳米粒子良好的亲油性。为了进一步探讨Au @ DSHPG-2在溶剂中的分散性与溶剂极性的关系,将甲苯(偶极矩2.4)与乙腈(偶极矩6.2)按照不同比例混合,配置一系列不同极性大小的混合溶剂并添加Au@DSHPG-2。发现随着乙腈含量的增多,分散系的吸光度逐渐减小,说明随着溶剂极性的增加,Au@DSHPG-2的分散性变差。此后,研究了 Au@DSHPG-2分别分散在正己烷、环己烷、正辛烷、十氢萘、正十二烷和正十四烷等碳氢燃料中的稳定性,结果表明,3600 h之后,DSHPG修饰的金纳米粒子在6种碳氢燃料中的沉降率不超过20%。考察了 Au@DSHPG对煤油基碳氢燃料裂解的促进作用。发现添加5ppm的Au@DSHPG-1,在不同反应温度(600～750 ℃)下,燃料的热沉、转化率、产气率以及氢气产率均有了明显的提高。用氧弹量热法在贫氧条件下探讨了 Au@DSHPG以及3种超支化聚合物添加剂(棕榈酰氯接枝改性的超支化聚缩水甘油PHPG、聚酰胺-胺型超支化聚合物PAMAM、十二硫醇改性的超支化聚缩水甘油DSHPG)对煤油基碳氢燃料和高密度碳氢燃料燃烧过程的作用。结果表明,4种添加剂对碳氢燃料点火初期燃烧速率的提升都有明显效果;在合适的添加量下,燃料最大燃烧速率提高,燃烧速率极大值的出现时间提前。
【图文】：
发剂也可作为支化点，产生多个活性自由基，形成新的反应中心，从而引发下逡逑一步的反应，生成相对分子质量很大的超支化聚合物。（３）开环聚合。将具有逡逑环状结构的单体（如图１－２）引发后，通过开环反应聚合成超支化聚合物。反应逡逑过程中不需要除去小分子化合物且能得到相对分子质量高的超支化聚合物。目逡逑前，采用开环聚合方法合成超支化聚合物的报道并不多见，主要制备了超支化逡逑的聚胺｜１（）５］、聚酯［１Ｇ８］和聚醚［１Ｇ９］等。逡逑１３逡逑
逦．＊］—Ｂ＼邋Ｂ逡逑八８邋＿４人逡逑Ｔｅｒｍｉｎａｌ邋ｕｎｉｔｓ逡逑图１－１超支化聚合物结构示意图逡逑１．６．１超支化聚合物的合成逡逑自２０世纪中期超支化聚合物首次成功合成以来，人们一直致力于超支化聚逡逑合物的合成，，合成方法已经得到了极大丰富和完善。依据聚合机理，可以分为逡逑以下几类合成方法。（１）缩聚法。具有两个或两个以上官能团的单体通过缩聚逡逑反应生成超支化聚合物，同时产生简单小分子（如Ｈ２０、ＨＸ、醇等）。缩聚法逡逑可在本体或溶液中进行，反应简单，所合成聚合物的相对分子质量具有多分散逡逑性。目前，通过一步缩聚法已经成功制备了聚苯类［１Ｇ３］、聚酯类［１０４］、聚酰胺类逡逑［１Ｇ５］、聚硅q依啵郏保ィ莸榷嘀掷嘈偷某Щ酆衔铩＃ǎ玻┘映煞āＴ谝⒐倌芡派襄义贤ü┨映煞从ι沙Щ酆衔铮筛秤璩Щ酆衔镆裕茫霉羌埽佣义鲜蛊渚哂斜仍釉庸羌芨玫奈榷ㄐ浴２斡敫煤铣晒痰牡ヌ迨隙啵梢灾棋义媳赶喽苑肿又柿拷洗蟮某Щ酆衔铩１热
本文编号：2681243
【图文】：
发剂也可作为支化点，产生多个活性自由基，形成新的反应中心，从而引发下逡逑一步的反应，生成相对分子质量很大的超支化聚合物。（３）开环聚合。将具有逡逑环状结构的单体（如图１－２）引发后，通过开环反应聚合成超支化聚合物。反应逡逑过程中不需要除去小分子化合物且能得到相对分子质量高的超支化聚合物。目逡逑前，采用开环聚合方法合成超支化聚合物的报道并不多见，主要制备了超支化逡逑的聚胺｜１（）５］、聚酯［１Ｇ８］和聚醚［１Ｇ９］等。逡逑１３逡逑
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