本发明属于石油能源领域，具体涉及一种逆胶束微乳液及其制备方法、逆胶束生物油微乳液及其制备方法。
背景技术：
近年来，我国柴油用量不断增加，供需矛盾导致石油价格上涨。另外，柴油不完全燃烧导致的污染物大量排放对人类和环境造成了不可小觑的有害影响。因此，寻找一种可再生的绿色能源作为替代燃料变得越来越重要。
可再生的生物质能源比如农林业剩余物、水生和陆生植物油脂以及生活和工业废弃物可以通过液化得到液态燃料生物油。其中，市政污泥液化形成生物油不仅可以处理处置大量的污泥，减小该危险废物对环境造成的不利影响，同时又可以将污泥中储藏的能量释放出来，为我们所用，避免了传统处理方法无法利用污泥中的能量的缺陷。虽然污泥液化油具有原料充足易得的优点，属于可再生能源，但是以其为典型代表的生物油存在的高粘度和低温流动性差等问题限制了生物油在柴油发动机中的应用。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种逆胶束微乳液及其制备方法，还提供了一种由该逆胶束微乳液制得的逆胶束生物油微乳液及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种逆胶束微乳液，所述逆胶束微乳液包括柴油、表面活性剂、助表面活性剂和乙醇；所述助表面活性剂在所述逆胶束微乳液中的含量为0.07ml/ml～0.15ml/ml；所述乙醇在所述逆胶束微乳液中的含量为0～0.16ml/ml；所述表面活性剂与所述柴油的摩尔体积比为0.15mol～0.50mol∶1l。
上述的逆胶束微乳液中，优选的，所述助表面活性剂在所述逆胶束微乳液中的含量为0.08ml/ml～0.12ml/ml；所述乙醇在所述逆胶束微乳液中的含量为0.10ml/ml～0.14ml/ml；所述表面活性剂与所述柴油的摩尔体积比为0.25mol～0.35mol∶1l。
上述的逆胶束微乳液中，进一步优选的，所述助表面活性剂在所述逆胶束微乳液中的含量为0.095ml/ml；所述乙醇在所述逆胶束微乳液中的含量为0.136ml/ml；所述表面活性剂与所述柴油的摩尔体积比为0.30mol∶1l。
上述的逆胶束微乳液中，优选的，所述表面活性剂为司盘20、司盘40、司盘60或司盘80；
和/或，所述助表面活性剂为正辛醇、正己醇或正丁醇。
作为一个总的技术构思，本发明还提供了一种上述的逆胶束微乳液的制备方法，包括以下步骤：将柴油、表面活性剂、助表面活性剂和乙醇混合均匀，得到逆胶束微乳液。
作为一个总的技术构思，本发明还提供了一种逆胶束生物油微乳液，所述逆胶束生物油微乳液由逆胶束微乳液和生物油制成；所述逆胶束微乳液为上述的逆胶束微乳液或上述的制备方法制得的逆胶束微乳液。
作为一个总的技术构思，本发明还提供了一种上述的逆胶束生物油微乳液的制备方法，包括以下步骤：将生物油加入到逆胶束微乳液中恒温振荡，静置，离心分离，得到逆胶束生物油微乳液。
上述的逆胶束生物油微乳液的制备方法中，优选的，所述生物油与所述逆胶束微乳液中柴油的体积比为5％～20％。
上述的逆胶束生物油微乳液的制备方法中，进一步优选的，所述生物油为污泥液化生物油、液化微藻油或液化木质纤维素生物质制得的生物油；所述液化木质纤维素生物质制得的生物油为液化秸秆油或液化木质纤维素类木材制得的生物油。
上述的逆胶束生物油微乳液的制备方法中，优选的，所述恒温振荡的温度为25℃～45℃，转速为230rpm～290rpm，时间为20min～60min；
和/或，所述静置的时间为20min～60min；
和/或，所述离心分离的转速为5500rpm～6500rpm，离心时间为5min～7min。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明提供了一种逆胶束微乳液，包括柴油、表面活性剂、助表面活性剂和乙醇。本发明通过以柴油作为连续相的逆胶束微乳液对生物油进行增溶和提质，以此构建的逆胶束生物油微乳液减小了生物油应用于柴油机的局限，增加了生物油作为交通运输燃料的潜能。
2、本发明的逆胶束微乳液中，通过添加表面活性剂可以在柴油和生物油之间形成一层膜，减小柴油和生物油两相间的表面张力，稳定原本不相溶的生物油和柴油，使得生物油在连续相柴油中稳定存在而不出现分层现象，解决了由于柴油属于非极性油，而生物油属于极性油，它们之间存在混合的不兼容性的问题。助表面活性剂的功能是增加极性和非极性油之间表面活性剂膜的弹性，使此膜易弯曲，助表面活性剂还能改变表面活性剂的表面活性以及亲水亲油平衡性，调节体系的极性；以正辛醇为例，正辛醇的碳链长，从连续相转移到油水界面的吉布斯自由能小，这有利于形成逆胶束微乳液。乙醇的添加可以减小粘度，比如生物油粘度较高，添加乙醇可降低其粘度，降低该逆胶束生物油微乳燃料对发动机造成阻塞的风险。乙醇还可改善低温流动性，比如生物油的低温流动性较差，乙醇的加入使得使用该逆胶束生物油微乳燃料的发动机在低温环境中能正常运行；乙醇作为一种极性溶剂，基于相似相溶原理，它的存在还有利于逆胶束微乳液对于极性生物油的增溶。也就是说，乙醇同时作为微乳液的极性相和助溶剂。乙醇的存在不仅可以帮助微乳液增溶更多的生物油，而且由于乙醇本身较低的粘度和倾点，它的引入同时也可以降低生物油的粘度，并且改善低温流动性能，增加逆胶束生物油微乳液在低温环境中的耐受性。此外，由于乙醇有较高的汽化潜热，乙醇汽化会降低燃烧温度，延迟点火，阻碍nox的排放，且大量的热由于点火延迟而在爆炸冲程中释放，从而提高了燃烧效率。
3、本发明还提供了一种逆胶束微乳液的制备方法，该方法具有制作工序精简、设备简单、成本低廉、节能环保等优点，制备过程中没有添加大量的化学药品，也没有复杂的化学反应。
4、本发明提供了一种逆胶束生物油微乳液，将污泥液化生物油增溶到逆胶束微乳液中，形成的逆胶束生物油微乳液在室温下储存3个月不分层，也无沉淀产生，具有良好的稳定性。同时，本发明的逆胶束生物油微乳液的粘度远低于原污泥液化生物油，且其热值与柴油相当，倾点比柴油低。即本发明的逆胶束生物油微乳液具有粘度低、热值高等特点，同时较低的倾点展现了其良好的低温流动性能。此外，本发明的逆胶束生物油微乳液中含硫量为0.0242％、残炭量为0.56％，均远低于原污泥液化生物油中的含硫量(0.1601％)和残炭量(6.70％)，具有含硫量低、残炭量低等特点，这增加了生物油的环保性及发动机的耐用性。
5、本发明的逆胶束生物油微乳液中，通过利用逆胶束微乳液对污泥液化生物油进行增溶和提质，一方面，污泥液化制备生物油解决了体积庞大的污泥的处理处置问题，与传统处理处置污泥的方法如填埋，焚烧等相比，本发明不产生二次污染，是一种绿色环保的处理技术；另一方面，将污泥液化生物油和柴油相互混合用于柴油发动机中，可以部分替代柴油，减少人们对于化石燃料的依赖。而且，污泥液化生物油是一种富氧燃料，有助于燃料的完全燃烧，提高能量利用率，减少污染物的排放。因此，本发明制备的逆胶束生物油微乳液是一种节能又环保的可再生能源。
6、本发明的逆胶束生物油微乳液中，将污泥液化生物油增溶到逆胶束微乳液中，使生物油和柴油混合制成一种清洁能源，大大降低生物油与柴油发动机的不兼容性，同时微乳化能够增加污泥液化生物油和柴油的相互溶解性，降低分层和沉淀的风险，形成均一稳定的微乳燃料，满足发动机对燃油稳定性的要求。
具体实施方式
以下结合具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
以下实施例中所采用的材料和仪器均为市售。
实施例1：
一种本发明的逆胶束微乳液，该逆胶束微乳液包括柴油、表面活性剂司盘80和助表面活性剂正辛醇，其中以柴油为连续相。本实施例的逆胶束微乳液中，表面活性剂司盘80与柴油摩尔体积比为0.15mol∶1l，助表面活性剂正辛醇在逆胶束微乳液中的含量为0.116ml/ml。
一种上述本实施例的逆胶束微乳液的制备方法，包括以下步骤：将3.2g表面活性剂司盘80和7ml正辛醇溶解于50ml柴油中，混合摇匀，得到澄清透明的逆胶束微乳液。将所制备的逆胶束微乳液在室温下静置一段时间，待逆胶束微乳液稳定，备用。
一种本发明的逆胶束生物油微乳液的制备方法，该逆胶束生物油微乳液由上述本实施例制备的逆胶束微乳液和污泥液化生物油制成，包括以下步骤：将10ml污泥液化生物油和上述本实施例制备的逆胶束微乳液混合，置于25℃恒温水浴中振荡20min，振荡速率为230rpm(即为振荡过程中的转速)，振荡之后静置20min，待体系达到平衡，放入离心机中在转速为5500rpm下离心5min。离心后溶液出现明显分层，分离上下两层，上层为本发明的逆胶束生物油微乳液，下层为不能增溶进微乳液的残留相。
离心分离后，上层微乳相(即本发明的逆胶束生物油微乳液)的体积分数为75％。采用国标gb/t384-198测得逆胶束生物油微乳液的热值为43.54mj/kg。本实施例制得的逆胶束生物油微乳液中各性能测试结果如表1所示。
实施例2：
一种本发明的逆胶束微乳液，该逆胶束微乳液包括柴油、表面活性剂司盘80、助表面活性剂正辛醇和乙醇，其中以柴油为连续相。本实施例的逆胶束微乳液中，表面活性剂司盘80与柴油摩尔体积比为0.30mol∶1l，助表面活性剂正辛醇在逆胶束微乳液中的含量为0.095ml/ml，乙醇在逆胶束微乳液中的含量为0.136ml/ml。
一种上述本实施例的逆胶束微乳液的制备方法，包括以下步骤：将6.4g表面活性剂司盘80、7ml正辛醇和10ml乙醇溶解于50ml柴油中，混合摇匀，得到澄清透明的逆胶束微乳液。将所制备的逆胶束微乳液在室温下静置一段时间，待逆胶束微乳液稳定，备用。
一种本发明的逆胶束生物油微乳液的制备方法，该逆胶束生物油微乳液由上述本实施例制备的逆胶束微乳液和污泥液化生物油制成，包括以下步骤：将10ml污泥液化生物油和上述本实施例制备的逆胶束微乳液混合，置于35℃恒温水浴中振荡40min，振荡速率为260rpm，振荡之后静置40min，待体系达到平衡，放入离心机中在转速为6000rpm下离心6min。离心后溶液出现明显分层，分离上下两层，上层为本发明的逆胶束生物油微乳液，下层为不能增溶进微乳液的残留相。
离心分离后，上层微乳相(即本发明的逆胶束生物油微乳液)的体积分数为90％。采用国标gb/t384-198测得逆胶束生物油微乳液的热值为41.54mj/kg。本实施例制得的逆胶束生物油微乳液中各性能测试结果如表1所示。
实施例3：
一种本发明的逆胶束微乳液，该逆胶束微乳液包括柴油、表面活性剂司盘80、助表面活性剂正辛醇和乙醇，其中以柴油为连续相。本实施例的逆胶束微乳液中，表面活性剂司盘80与柴油摩尔体积比为0.50mol∶1l，助表面活性剂正辛醇在逆胶束微乳液中的含量为0.09ml/ml，乙醇在逆胶束微乳液中的含量为0.129ml/ml。
一种上述本实施例的逆胶束微乳液的制备方法，包括以下步骤：将10.7g表面活性剂司盘80、7ml正辛醇和10ml乙醇溶解于50ml柴油中，混合摇匀，得到澄清透明的逆胶束微乳液。将所制备的逆胶束微乳液在室温下静置一段时间，待逆胶束微乳液稳定，备用。
一种本发明的逆胶束生物油微乳液的制备方法，该逆胶束生物油微乳液由上述本实施例制备的逆胶束微乳液和污泥液化生物油制成，包括以下步骤：将10ml污泥液化生物油和上述本实施例制备的逆胶束微乳液混合，置于45℃恒温水浴中振荡60min，振荡速率为290rpm，振荡之后静置60min，待体系达到平衡，放入离心机中在转速为6500rpm下离心7min。离心后溶液出现明显分层，分离上下两层，上层为本发明的逆胶束生物油微乳液，下层为不能增溶进微乳液的残留相。
离心分离后，上层微乳相(即本发明的逆胶束生物油微乳液)的体积分数为92％。采用国标gb/t384-198测得逆胶束生物油微乳液的热值为42.23mj/kg。本实施例制得的逆胶束生物油微乳液中各性能测试结果如表1所示。
表1本发明实施例1～3制得的逆胶束生物油微乳液与柴油、污泥液化生物油各性能的对比结果
如表1所示，本发明实施例1～3中制得的逆胶束生物油微乳液的粘度相比污泥液化生物油大幅降低，其中实施例2的粘度最小，且最接近柴油的粘度。本发明实施例1～3中制得的逆胶束生物油微乳液的热值相比污泥液化生物油具有较大幅度的提高，且与柴油的热值相当。实施例2中加入了乙醇势必会降低其热值，但是其热值仍然高于污泥液化生物油的热值；相比实施例1和3，实施例2的热值稍低，但降幅不大。本发明实施例1～3中制得的逆胶束生物油微乳液的倾点相比污泥液化生物油具有较大幅度的降低，其中实施例2的倾点最低，甚至低于柴油的倾点，表明该实施例制得的逆胶束生物油微乳液的低温流动性较好，对低温环境的耐受性比柴油强。本发明实施例1～3制得的逆胶束生物油微乳液的含硫量相比污泥液化生物油有很大程度的降低，其中实施例2和3的含硫量比实施例1小。本发明实施例1～3制得的逆胶束生物油微乳液的残炭量相比污泥液化生物油也有很大程度降低，其中实施例2的残炭量最低。另外，实施例2和3制得的逆胶束生物油微乳液的稳定性良好，既不分层也无沉淀。可见，本发明实施例2中制得的逆胶束生物油微乳液各性能具佳。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。