親油性納米鈀及碳氫燃料基納米流體的制備與性能研究.pdf

1、本文針對吸熱型碳氫燃料的工程應用需求，制備親油性納米鈀(Pd)顆粒，使其能夠穩(wěn)定地分散于碳氫燃料中形成納米流體，實現(xiàn)碳氫燃料的“擬均相”催化裂解，從而提高碳氫燃料的冷卻性能。主要研究工作和成果有:
　　采用相轉移法，以氯亞鈀酸鉀(K2PdCl4)為前驅體，以十八烷基硫醇(C18H37SH)或十八烷基胺（C18H37NH2）為修飾劑，以硼氫化鈉(NaBH4)為還原劑，制備出單修飾劑納米Pd顆粒;在以C18H37NH2為修飾劑制備納米

2、Pd顆粒的基礎上向溶膠中加入一定量的C18H37SH，制得雙修飾劑納米Pd顆粒。研究了溫度、原料配比和修飾劑等對納米Pd顆粒的形貌、粒徑、鈀含量和分散性的影響，得到優(yōu)選的實驗條件。用X射線衍射(XRD)、透射電鏡(TEM)、能量色散X射線光譜(EDX)、傅里葉紅外光譜(FTIR)與熱重分析(TGA)等方法對所制備的納米Pd顆粒進行了表征。在優(yōu)選條件下制備的3種親油性納米Pd顆粒，分別記為Pd@S、Pd@N、Pd@N&S，其中Pd@S的顆

3、粒最小，平均粒徑為1.76nm，鈀含量為57.1wt％;Pd@N的粒徑分布為1～4nm，鈀含量為58.3wt％;Pd@N&S具有較高的鈀含量，為83.5wt％。
　　將一定量的Pd@S、Pd@N和Pd@N&S添加至吸熱型碳氫燃料T-8和十氫萘中制備成納米流體，測試了納米流體的黏度、流阻、導熱系數(shù)和熱穩(wěn)定性。結果表明:添加量分別為0.05、0.1和0.2wt％時，納米流體的黏度及流阻與基液相比都沒有明顯提高，導熱系數(shù)則有不同程度的增

4、大;添加0.2wt％的Pd@S時，黏度相對提高0.7％，導熱系數(shù)相對提高9％。以添加量為0.1wt％的納米流體為例，對納米流體的熱穩(wěn)定性進行了系統(tǒng)測試，其熱穩(wěn)定性順序為:Pd@N&S＞Pd@S＞Pd@N。
　　研究了親油性納米Pd顆粒（Pd@S、Pd@N和Pd@N&S）及其修飾劑(C18H37SH、C18H37NH2)分別對十氫萘靜態(tài)（恒容）裂解（實驗溫度:440～470℃，保持時間:1h）和動態(tài)（恒壓）裂解(實驗溫度:560～6

5、40℃，壓力:3.5MPa，流量:1mL/min)的影響。與熱裂解相比，添加0.1wt％的親油性納米Pd可使十氫萘的裂解轉化率、產(chǎn)氣率均有不同程度的提高，其中Pd@N的催化效果最為明顯。恒容裂解過程中，在470℃下十氫萘的轉化率為27.5wt％,相對熱裂解提高97.6％;恒壓裂解過程中，在640℃下十氫萘的裂解轉化率可提高16.8wt％。
　　采用電加熱法模擬工程應用，以十氫萘和航空煤油來考察3種親油性納米Pd對其裂解轉化率及熱沉

6、的影響，反應溫度為600～750℃，壓力為3.5MPa，反應原料流量為1g/s。實驗結果表明，3種親油性納米Pd的加入（Pd含量為0.05wt％）都一定程度上促進了十氫萘及航空煤油的裂解，其中Pd@N的催化活性相對最高，可使十氫萘的轉化率較熱裂解提高21.5wt％;十氫萘及航空煤油的熱沉均有一定程度的提高，在750℃下，十氫萘的熱沉值為3.50MJ/kg，較熱裂解提高了0.29MJ/kg，航空煤油熱沉提高至3.57MJ/kg，較熱裂解提