[发明专利]一种铁基纳米材料及其应用

说明书

本发明公开了铁基纳米材料及其应用，该铁基纳米材料通过微通道反应器制备，该微通道反应器沿溶液流动方向至少包括依次相连的Ⅰ段、Ⅱ段、Ⅲ段；具体制备工艺如下：在Ⅰ段中进行沉淀反应；在Ⅱ段中进行分散；在Ⅲ段中进行长链有机酸改性油溶；最后收集微通道反应器中的反应溶液，静置分层，取油相即得。本发明采用微通道反应器进行反应控制，能够实现连续式产生，且缩短了反应时间，提高了工艺的稳定性；同时通过分散剂对沉淀固体物分散，结合液体流速的控制避免了沉淀物在微通道反应器形成堵塞。

技术领域

本发明属于燃油添加剂领域，具体涉及一种采用微通道反应器制备得到的铁基柴油添加剂。

背景技术

柴油发动机因柴油在燃烧室内富氧且不均匀燃烧的特性，导致其尾气中污染物主要为氮氧化物和PM颗粒物。采用添加包括降凝剂、稳定剂、乳化剂、清净剂、十六烷值改进剂在内的各类市场上常见柴油添加剂产品，可改善油料品质促进燃烧，提高燃油经济性，但对尾气污染物排放实际影响较小。

目前国外普遍采用的是向油品中添加金属元素Ce和Fe，用以降低柴油尾气中碳烟颗粒物的排放。其中铁基柴油添加剂中，国外目前较为普遍采用的是第三代铁基纳米材料技术，以润英联公司的F7994(产品型号)和罗地亚Eolys系列的Powerflex(产品型号)为代表。目前国内相应的专利方法仍然停留在第二代技术，即向柴油中添加有机铁(二茂铁类物质，CN201710312200.4、CN108795512A等)，以及增加柴油中含氧有机物的含量(如醚类、酯类、醇类化合物，CN108342235A、CN107653009A等)来降低尾气碳烟含量。

作为一种新型反应器技术，微通道反应器可以广泛用于化学反应合成工艺和纳米材料的制备。微通道反应器中分子间反应传质速度加快且反应控温更精确，强化了传质和传热过程，可大幅降低反应时间到秒或分钟级，并且避免了釜式反应器中反应物浓度随反应时间变化的缺点，工艺稳定，产品批次稳定性高。铁基纳米材料的制备过程中会有固体沉淀产生，所以采用微通道反应器制备铁基纳米材料容易造成微通道反应器管路堵塞，影响工艺进行。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种能够连续式生产，反应时间短，且工艺稳定可控的铁基纳米材料。

为了达到上述目的，本发明提供了一种铁基纳米材料，该铁基纳米材料通过微通道反应器制备，该微通道反应器沿溶液流动方向至少包括依次相连的Ⅰ段、Ⅱ段、Ⅲ段；具体制备工艺如下：

(1)沉淀步骤：将可溶性铁盐的水溶液和碱性水溶液分别由I段入口处泵入微通道反应器的Ⅰ段中进行沉淀反应，控制溶液的泵入速度使得可溶性铁盐的水溶液和碱性水溶液混合后的溶液在Ⅰ段中的行程时间为5-25s，并控制Ⅰ段中的反应温度为0-50℃；

(2)分散步骤：在微通道反应器的Ⅱ段入口处泵入分散剂溶液；

(3)油溶步骤：在微通道反应器的Ⅲ段入口处泵入长链有机酸的油相溶液进行改性反应，控制油相溶液的泵入速度使得混合后的溶液在Ⅲ段中的行程时间为15-40s，并控制Ⅲ段中的反应温度为50-90℃；

(4)收集微通道反应器中的反应溶液，静置12-24h，分层，所得油相即为铁基纳米材料溶液；

其中，步骤(1)中的可溶性铁盐的水溶液、碱性水溶液，步骤(2)中的分散剂，步骤(3)中的长链有机酸的油相溶液持续泵入，直至制备过程结束。

进一步的，控制各步骤中溶液的泵入速度，使得单位时间内泵入的可溶性铁盐、分散剂的摩尔比为100:110-250。

进一步的，控制各步骤中溶液的泵入速度，使得单位时间内泵入的可溶性铁盐、分散剂、长链有机酸的摩尔比为100：110-250：90-200，优选100：174:144。