[发明专利]一种单分散柴油乳液的制备方法

说明书

本发明涉及一种单分散柴油乳液的制备方法，其特征在于将二维MXene修饰的疏水陶瓷膜作为乳化介质，将水作为分散相，添加乳化剂的柴油作为连续相，分散相在一定的跨膜压差下通过陶瓷膜管，在连续相剪切力的作用下，分散相离开膜管表面进入到连续相中，使水和柴油充分混溶形成单分散柴油乳液。通过MXene修饰膜形成的二维纳米通道结构，将传统的直通式制乳方式扩展为纵向‑横向通道式的制乳方式，可以防止乳液在形成过程中聚并的发生，从而使分散相在一定的跨膜压差下直接制备出单分散乳液。该方法具有装置简单、能耗低、通量大，乳液粒径小、分散性好等优点，是一种高效制备单分散乳液的方法，适合大规模工业化生产。

技术领域

本发明涉及一种单分散柴油乳液的制备方法，具体涉及一种MXene修饰疏水膜的制备，及其在制备单分散乳液的应用，主要应用于改善柴油发动机的燃料利用率和提高催化裂化等方面，属于石油加工领域。

背景技术

柴油发动机是迄今为止最有效和最可靠的能量转换装置之一。柴油发动机由于其高热效率和耐用性构成了全球运输和工业基础设施的组成部分，特别是卡车，公共汽车，农用设备，机车和船舶等重载应用中。然而，从柴油发动机排放到大气中的污染物，如：碳氢化合物(HC)，一氧化碳(CO)，二氧化碳(CO₂)，尤其是有害的氮氧化物(NO_x)，以及颗粒物(PM)，不仅损害我们的生态，还威胁人类的健康。

在不经发动机改造的情况下，采用乳化柴油进料。乳化柴油内的小水珠受热气化膨胀，瞬间把油滴雾化。雾化的油滴与空气之间的接触面增加，从而提高燃烧速率和燃烧效率，此外细水滴的自发爆破形成高压蒸汽并在活塞顶部施加额外的压力，因此发动机扭矩增强并且性能提高。乳化燃料降低NO_x的能力可以归因于水的蒸发，这抑制了局部绝热火焰温度，从而显著降低了NO_x排放。它的烟尘减少能力可以用更好的空气燃料混合过程来解释，这是由于微爆后雾化增强的特征。此外，水分解可在燃烧过程中形成羟基自由基，有助于氧化烟灰，从而减少烟尘排放。

目前制备单分散乳液的方式主要可以分为两种：一种是以高压均质法和高速剪切乳化法为主的高能乳化法，另一种是以相转变温度法和相转变组分法为主的低能乳化法。其中，高能乳化法所需的能量消耗大概是低能耗的10⁵～10⁷倍。如此高的能耗使得在工业上大规模制备单分散乳液成为不可能，而低能耗制乳法在工业应用中也具有一定的局限性。

膜乳化技术是近期发展起来的一种新兴的乳化技术，主要用于微乳液的制备。该技术因其装置简单，能耗低，低剪切力，所需的表面活性剂用量少，以及易于工业化等特点，越来越受到广大研究者的青睐。

在膜乳化过程中，尤其是制备单分散乳液，必须选用与分散相不润湿的膜材料作为乳化介质，因此一般亲水性的膜适合用于O/W型乳液的制备，而疏水性的膜更适合用于制备W/O型乳液的制备。由于无机陶瓷膜表面属高能亲水表面，因此直接用于膜乳化过程制备单分散柴油包水乳液时，易导致乳液聚并现象的发生。现有的商品化的陶瓷膜，因为其实际应用和烧结制备工艺导致陶瓷膜乳化过程很难制备出单分散乳状液。商业化的陶瓷膜因为实际应用，往往具有较高的孔隙率，而在乳化过程中较高的孔隙率容易导致在制乳过程中乳液聚并的发生。在传统膜乳化机理中，分散相是以直通式的形式通过乳化介质到达膜表面，并在剪切力的作用下离开膜表面形成乳液。这种传统的乳化行为容易使乳液离开膜表面时发生聚并，这种传统的乳化行为容易造成乳液粒径大并且呈现多分散。

CN 102794119A中提出一种套管式环形微通道反应器制备单分散乳液的方法，该方法利用反应器内、外管之间的环形微通道为乳化通道，主要调节反应器中内、外管的流体流量制备出单分散乳液，但该方法制备出的乳液粒径大，其中最大粒径可达20μm。文献中报道了一种亲水陶瓷膜制备单分散的W/O乳液的方法(Desalination,191(1-3):219-222.)，通量可达140.6L·m^-2·h^-1，乳液平均粒径在1～2μm。

发明内容