一种高能量密度的甲醇凝胶燃料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开一种高能量密度的甲醇凝胶燃料及其制备方法和应用，甲醇凝胶燃料包括甲醇

【技术实现步骤摘要】
一种高能量密度的甲醇凝胶燃料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于甲醇燃料
，具体涉及一种高能量密度的甲醇凝胶燃料及其制备方法和应用，更具体的涉及该甲醇凝胶燃料用作高原山地等低氧区域或是输运空间有限的环境中特种燃料的应用
。

技术介绍

[0002]甲醇相比于乙醇
、
天然气等燃料，含氧量更高，更为廉价，许多工厂
、
酒店
、
食堂乃至村镇家庭采暖以及野外作业，都开始考虑将甲醇作为燃料以实现供热
、
供暖的需求
。
[0003]然而，作为燃料，甲醇的热值
(
体积能量密度
)
低于乙醇和天然气，这意味着甲醇在燃料舱
、
锅炉等存储或运输空间有限的环境中能量输送
、
释放效率受限
。
要想提高甲醇的能量密度，一个有效的方法是在其中掺入高体积能量密度的燃料，如：高张力环烃与高能纳米粒子
。
但是高张力环烃的成本较高，纳米粒子虽然自身能量高，但是纳米粒子容易团聚而失去高能量密度，这限制了它们在提高甲醇能量密度方面的应用
。
微米级粒子虽然相对于纳米粒子不容易团聚，但是其能量密度相对较低，且其加入甲醇中还容易沉降
。
[0004]因此，选用廉价易得的添加物，通过简单的方法制备甲醇凝胶燃料，且避免添加物在甲醇中团聚和沉降的问题，是人们所希望的
。
[0005]本专利技术旨在解决上述问题<br/>。

技术实现思路

[0006]本专利技术仅通过加入醋酸钙粉末，并通过超声波振荡即可形成甲醇凝胶，进一步向甲醇凝胶中加入微米级金刚烷，向甲醇凝胶中加入微米级金刚烷可以既能明显提高甲醇的能量密度，又避免了高能量密度添加物在甲醇中团聚和沉降的问题，本专利技术甲醇凝胶燃料具有高热值
、
高粘度
、
优异的机械强度和低挥发速率
。
[0007]本专利技术第一方面提供一种高能量密度的甲醇凝胶燃料，其包括甲醇
、
胶凝剂和金刚烷；基于甲醇凝胶燃料的总质量，甲醇的质量分数为
43.8
‑
97.5
％
、
胶凝剂的质量分数为
0.6
％
‑
1.2
％
、
金刚烷的质量分数为
1.3
‑
55.6
％；所述甲醇凝胶燃料的热值为
18
‑
37MJ
·
L
‑1。
[0008]优选地，所述胶凝剂包括醋酸钙粉末
、
半冠醚
‑
双羰基小分子有机物
HCE、
山梨醇基小分子有机物
DBS(1,3:2,4
‑
二苄叉山梨醇
)。
更优选地，所述胶凝剂选自醋酸钙粉末
。
[0009]优选地，所述醋酸钙粉末为无水醋酸钙粉末，粒径为4‑
120
μ
m。
[0010]优选地，所述金刚烷为粉末状，粒径为
500nm
‑
50
μ
m。
[0011]优选地，在室温，
0.01s
‑1剪切速率下，所述甲醇凝胶燃料粘度为
10
‑
500kPa
·
s
；在室温下，线弹性区内，所述甲醇凝胶燃料储能模量为
10
‑
4000kPa。
[0012]本专利技术第二方面提供一种如本专利技术第一方面所述的甲醇凝胶燃料的制备方法，首先向甲醇中加入胶凝剂制备甲醇凝胶，再向甲醇凝胶中加入金刚烷利用超声波振荡制备甲醇凝胶燃料
。
[0013]优选地，所述的甲醇凝胶燃料的制备方法包括以下步骤：
[0014](1)
向容器内加入甲醇和胶凝剂，得到甲醇
‑
胶凝剂混合液；
[0015](2)
向甲醇
‑
胶凝剂混合液中加入金刚烷粉末，并将其置于超声环境中，振荡
30s
‑
5min
，得到甲醇凝胶燃料
。
[0016]优选地，当所述胶凝剂为醋酸钙粉末时，步骤
(1)
和步骤
(2)
之间还具有：将装有甲醇
‑
胶凝剂混合液的容器置于超声环境中，振荡5‑
10s
，所述超声波源的超声频率和超声功率密度分别为
20
‑
80kHz
与
10
‑
50W
·
L
‑1；
[0017]当所述胶凝剂为半冠醚
‑
双羰基小分子有机物
HCE
或山梨醇基小分子有机物
DBS
时，步骤
(1)
和步骤
(2)
之间还具有：将甲醇
‑
胶凝剂混合液加热并搅拌
。
[0018]优选地，步骤
(3)
中，所述超声波源的超声频率为
20
‑
80kHz
；超声功率密度为
10
‑
50W
·
L
‑1。
[0019]本专利技术第三方面提供一种如本专利技术第一方面所述的甲醇凝胶燃料用作高原山地等低氧区域或是输运空间有限的环境中特种燃料的应用
。
[0020]相对于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：
[0021]1、
本专利技术仅通过向甲醇中加入胶凝剂即可制备甲醇凝胶，进一步向甲醇凝胶中加入微米级金刚烷，提高甲醇燃料的能量密度，本专利技术甲醇凝胶燃料具有高热值
、
高粘度
、
优异的机械强度和低挥发速率
。
在室温，
0.01s
‑1剪切速率下，所述甲醇凝胶粘度为
10
‑
500kPa
·
s
；在室温下，线弹性区内，所述甲醇凝胶储能模量为
10
‑
4000kPa
；甲醇凝胶燃料热值为
18
‑
37MJ
·
L
‑1。
[0022]2、
本专利技术将甲醇制备成甲醇凝胶燃料，降低了甲醇的挥发速率，静置
25h
后，
10mL
纯甲醇挥发
50
％，同体积甲醇凝胶燃料仅挥发
30
％，提高了甲醇燃料的安全性，降低了储运难度
。
[0023]3、
为了提高甲醇的能量密度，本专利技术首次提出向甲醇中加入金刚烷，金刚烷同时兼具较低成本
(
最低
12
元
·
kg
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种高能量密度的甲醇凝胶燃料，其特征在于，其包括甲醇
、
胶凝剂和金刚烷；基于甲醇凝胶燃料的总质量，甲醇的质量分数为
43.8
‑
97.5
％
、
胶凝剂的质量分数为
0.6
％
‑
1.2
％
、
金刚烷的质量分数为
1.3
‑
55.6
％；所述甲醇凝胶燃料的热值为
18
‑
37MJ
·
L
‑1。2.
根据权利要求1所述的甲醇凝胶燃料，其特征在于，所述胶凝剂包括醋酸钙粉末
、
半冠醚
‑
双羰基小分子有机物
HCE、
山梨醇基小分子有机物
DBS。3.
根据权利要求1所述的甲醇凝胶燃料，其特征在于，所述醋酸钙粉末为无水醋酸钙粉末，粒径为4‑
120
μ
m。4.
根据权利要求1所述的甲醇凝胶燃料，其特征在于，所述金刚烷为粉末状，粒径为
500nm
‑
50
μ
m。5.
根据权利要求1所述的甲醇凝胶燃料，其特征在于，在室温，
0.01s
‑1剪切速率下，所述甲醇凝胶燃料粘度为
10
‑
500kPa
·
s
；在室温下，线弹性区内，所述甲醇凝胶燃料储能模量为
10
‑
4000kPa。6.
一种如权利要求1‑5任一项所述的甲醇凝胶燃料的制备方法，其特征在于，首先向甲醇中加入胶凝剂制备甲醇凝胶，再向甲醇凝胶中加入金刚烷利用超声波振荡制备甲醇凝...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴昌宁，徐悦桐，曹道帆，徐鹏宇，刘科，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：