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摘要： 本文根据相似相溶原理和亲油-亲水平衡（HLB值）理论，分别制备了以单试剂和复配型试剂为乳化剂的乳化E10和E15乙醇柴油体系，进行了单试剂和复配型乳化试剂的乳化效能研究，并对试验结果进行了深入的理论分析。实验证明，复配型乳化剂在较宽的温度范围内具有良好的物理稳定性，且乳化能力强，有效地保证了乳状液的能量。

Abstract： According to similarity-intermiscibility theory and HLB value theory， the emulsified E10 and E15 ethanol diesel systems are prepared respectively taking single reagent and compound reagent as emulgator for single reagent and compound reagent emulsification effectiveness research. Deep theoretical analysis is done to the test result. The result shows that the compound emulgator has good physical stability in relatively wide range of temperature， and has strong emulsifying capacity， which effectively ensures the energy of the lactescence.

关键词： 乙醇柴油；乳化剂；稳定性；HLB值

Key words： ethanol diesel；emulsifier；stability；HLB value

中图分类号：TK407.9 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）11-0146-03

0 引言

随着能源危机的加剧和全社会环保意识的增强，可再生的清洁代用燃料得到了迅速发展。乙醇作为一种绿色生物质含氧燃料，环保价值较高，符合可持续发展的实际需求。因此，积极将乙醇柴油应用于柴油机上对于实现能源战略的多元化和节能减排具有重要意义[1-3]。

乳化乙醇柴油即柴油和一定量乙醇的混合液。二者在乳化剂的作用下，形成了均匀的混合液，称为E-Diesel，其优点是无需改动柴油机燃油供给系统即可满足燃油机的使用要求[4]。但从其特性来看，乙醇作为一种极性分子，在柴油中的溶解性较差。这就直接影响了乙醇柴油的稳定性，容易出现二者分离现象。研究显示，混合燃料的稳定性主要取决于温度和含水量。由于柴油中的一些成分，如烷基组分、石蜡基组分和芳香基组分对乙醇的相溶性感受存在差异，各组分含量不同，从而限制了乙醇与柴油的相溶，使乙醇柴油乳化剂的研究与开发比较困难[5]。目前，国内一些学者研究了乙醇柴油乳化剂HLB值的最佳取值范围，以期有效推进乙醇柴油乳化剂的研究开发进程，取得了一定成效[6]。但从总体来看，国内有关乙醇柴油乳化剂研究的文献资料较少，研究成果的科技转化率较低。而国外已经初步实现了乙醇柴油乳化剂的初步开发和应用。其中，应用反响较好的企业主要有美国的Pure Energy公司、英国的AAE技术公司和德国的GE Betz公司。但这些公司的乳化剂拥有专利，不仅使用成本高，且添加剂含量高，不符合乙醇汽油乳化剂的未来发展方向[7]。综上所述，为进一步研究现代乳化技术对乙醇柴油的乳化效应变动规律和影响因素，本文系统地考察了多种单试剂乳化剂和复配型乳化剂对乙醇柴油体系乳化作用的影响，以期为乙醇柴油乳化剂的研究和开发提供科学依据和参考。

1 试验装置和试验方法

1.1 试验试剂和仪器 试验用基础燃料为0#柴油和无水乙醇（99.5%V/V）。根据亲油-亲水平衡（HLB值）理论和相似相溶原理可知，试验试剂的选取必须坚持科学合理原则。在本次实验中，实验人员主要选用了8中乳化剂，详见表1。试验装置主要包括QTH-2P-B可程式恒温恒湿试验箱，CQX25-06超声波乳化器，自行设计乳化器，平行光源，天平，玻璃仪器（如试管、精密密度计、精密温度计、滴定管以及各种量程的量筒等）。

1.2 试验研究方法 试验以0#柴油为油相（O），以无水乙醇为水相（W）制配制油包水型微乳化液。通过静置等待和自然分层的方法确定分层时间。将单侧平行光源射入试样中，在垂直入射光的方向进行观测，观测距离不得超过20mm。若乳化乙醇柴油体系的物理性较为稳定，则其应是澄清、透明、均匀的体系。当液体中开始有聚集物或可观测液滴，则说明乙醇柴油体系开始分层。根据试剂添加量在柴油和乙醇总体积中的比例可以算出乙醇柴油体系试样总体积为100ml，E10表示100ml乙醇柴油体系中含10ml乙醇，90ml柴油，E15、E20与E25的意义依此类推。乙醇柴油乳化试验研究方法的流程图如图1所示。

单试剂乳化剂的研究：选取等量的各种类乳化试剂，分别与乙醇和柴油混合。待乳化剂和混合液充分混合后，配置成E10和E15乙醇柴油试样。将均匀振荡的乙醇柴油混合体系静置于不同温度条件下，观察其稳定性情况，并做好记录。复配乳化剂的研究：根据乳化原理，相应地选取几种乳化剂进行复配，并做好全程试验观察，分别配制E10和E15乙醇柴油混合体系。将配制好的复配溶液置于不同的温度环境下，并分析和研究其乳化效能。

2 试验结果与分析

2.1 单试剂乳化剂的乳化效能试验

乙醇柴油稳定性试验过程中，以表1中的8种试剂为乳化剂，其添加量为10‰，配置E10乳化乙醇柴油体系试样，并将其放在不同的温度环境下10天，观察其物理稳定性，并进行跟踪记录。试验结果详见图1（a）；以表1中的8种试剂为乳化试剂，试剂添加量为15‰，配制了E15乳化乙醇柴油体系试样，静置于不同环境温度下10天，观察其物理稳定性，试验结果详见图1（b）。

由图1可以知道，单试剂乳化剂对低温时乙醇柴油体系的乳化效能较差，随着温度的下降，E10与E15乙醇柴油体系的物理稳定性越来越差，最终呈现分离状态；当温度为0℃时，使用蓖麻油对E10乙醇柴油体系进行乳化，该混合液的分层量达到2ml；使用蓖麻油对E15乙醇柴油体系进行乳化时，混合液的分层量达到3.5ml。这充分显示了复配乳化剂的乳化效果明显优于单试剂乳化剂，且其可以在较宽的温度范围内保持良好的物理稳定性，其乳化作用较强。在低温环境下，E10与E15乙醇柴油体系内部分子间的范德华力变大，相应地氢键作用增强，导致液体的表面张力和界面膜的负压增大。当负压增大至一定程度时，整个界面膜就会大幅度破裂，最终导致乙醇柴油体系破乳分层。因此，随着温度的下降，乳化乙醇柴油体系的稳定性变差。

2.2 复配型乳化剂的乳化效能试验

根据2.1中的试验结果和理论分析，在表1所示的8种试剂中不同组合的3种试剂，以1：1：1的体积比例配制成三元复配型D型、C型、M型、T型、E型、Y型、S型、SP型乳化试剂，分别添加到E10与E15乙醇柴油体系中，三元复配型乳化剂的添加量均为10‰，静置在恒温箱设定的不同环境温度下10天，观察观察各个试样的物理稳定性情况，试验结果如图2所示。

由图2可以知道，D型乳化剂（组分为蓖麻油、生物油和正丁醇）对乙醇柴油体系具有较强的乳化效能，在0℃的环境温度下，以10‰剂量的三元复配型D型乳化剂配制E10乙醇柴油体系时，乳化乙醇柴油体系的分层量约为1ml；以10‰剂量的三元复配型D型乳化剂配制E15乙醇柴油体系时，乳化乙醇柴油体系的分层量约为1.5ml。分析认为，D型三元复配型乳化剂的组分一种亲油性相对较强，HLB值较小，另一种亲水性相对较强，HLB值较大，第三种亲油性亲水性相对平衡，HLB值居中，也就是说三种组分的HLB值呈现梯度分布，所形成的油醇界面膜将相对牢固，使乳化乙醇柴油体系具有较好的物理稳定性。界面膜梯度HLB值理论示意简图如图3所示。综合上述的分析可以知道，复配型乳化剂组分的HLB值应呈梯度分布，可以形成相对牢固的界面膜，使乳化乙醇柴油体系具有较好的物理稳定性。

3 CLZ复配型乳化剂的乳化效能

3.1 CLZ复配型乳化剂的乳化效能

基于上述试验研究和理论分析，研究人员又选出了几种单试剂乳化剂，并将生物油、蓖麻油和其他几种单试剂按比例复配，最终得到了一种新型乳化试剂，并将其定名为CLZ。CLZ的HLB值在4.1-4.4之间，其乳化效果较好，且不易受外界因素的影响，保证了E10乙醇柴油体系的物理稳定性问题，对E15乙醇柴油体系有较强的乳化能力，同时还能对E20与E25乙醇柴油体系进行乳化。图4反映了不同比例CLZ复配型乳化剂在对乙醇柴油体系进行乳化时，其在不同温度环境下放置60天的物理稳定性情况。

图4显示，CLZ复配型乳化剂可以在较宽的温度范围内使乙醇柴油体系保持稳定的物理性能，且乳化效果较好。而在0℃的环境条件下，CLZ复配型乳化剂的乳化效果较佳，乙醇柴油混合液呈现出澄清、透明、均一、稳定的状态，稳定时间可以保持在60天以上，乳化剂添加量为8‰，E15乙醇柴油体系中该乳化剂添加量为10‰时，在0℃环境温度下分层量约为0.5%（0.5ml），在8℃环境温度下能保持良好的物理稳定性至少60天，而CLZ复配型乳化剂对E20与E25乙醇柴油体系仅具有一定的乳化效能。

3.2 CLZ复配型乳化剂对E15的乳化效能

根据3.1的试验结果，为了进一步研究CLZ复配型乳化剂对E15的乳化效能，以不同的CLZ乳化剂添加量配制E15乳化乙醇柴油体系，静置在不同环境温度条件下，观察物理稳定性，试验结果如图5所示。

从图5可以知道，CLZ乳化剂添加量为10‰时，E15乳化乙醇柴油体系能在3℃环境中保持良好的物理稳定性60天以上。

4 结论

①在25℃环境温度下，表1中的8种单试剂乳化剂能够形成具有良好物理稳定性的乙醇柴油体系，但随着环境温度的降低，乙醇柴油体系稳定性变差，最终发生相分离。

②三元复配型乳化剂对乙醇柴油体系具有较好的乳化效果；在0℃的环境温度下，以蓖麻油、生物油和正丁醇为组分的三元复配型乳化剂，以10‰的添加剂量乳化E10乙醇柴油体系时，分层量约为1ml。

③复配型乳化剂组分的HLB值应呈梯度分布，可以形成相对牢固的界面膜，使乳化乙醇柴油体系具有较好的物理稳定性。

④CLZ乳化剂添加量为8‰时，E10乳化乙醇柴油体系能在0℃环境中保持良好的物理稳定性60天以上；CLZ乳化剂添加量为10‰时，E15乳化乙醇柴油体系能在3℃环境中保持良好的物理稳定性60天以上。

⑤本文所开发的CLZ乳化剂，对乙醇柴油有良好的乳化效果，能够使乙醇柴油体系保持良好的物理稳定性，且添加剂量小、成本低廉，是一种具有实用价值的乙醇柴油乳化剂。

参考文献：

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