生物无机化学与应用

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特殊的问题

Bioinorganic-Based纳米材料的合成、表征和应用的环境污染危害

研究文章|开放获取

体积2023年| 文章的ID8626155| https://doi.org/10.1155/2023/8626155

混合MWCNT和TiO₂Nanoparticle-Suspended废轮胎油生物柴油对CI引擎

t . Sathish,¹ 诉Mohanavel,^2、3 t·拉贾,⁴ m . Ravichandran,^5、6 p .基于,² 美国苏雷什·库马尔,² 苏丹Alqahtani,⁷ 苏丹Alshehery,⁷ 和约书亚j·艾萨克拉梅什拉 ⁸

学术编辑器: Sivakumar Pandian

收到了 2022年5月13日

修改后的 2022年10月12日

接受 2022年11月25日

发表 2023年2月3日

文摘

如今,短缺出现在几乎所有我们的基本需求,包括水,燃料和食物。回收和报废的东西用于补偿价值的商品是非常明显的全球快速增长的需求。本文旨在研究废轮胎油制备生物柴油的CI引擎通过提高他们的表现与混合纳米颗粒nanofuel和混合nanofuel做准备。MWCNT和TiO的纳米颗粒(30 - 40海里)₂与纳米粒子的浓度利用准备nanofuels MWCNT (300 ppm)和TiO吗₂分别(300 ppm)。在混合nanofuel, MWCNT的纳米颗粒浓度(150 ppm)和TiO₂(150 ppm)是首选。提出nanofuel的性能与纯柴油和混合nanofuel评估。该燃料性能优于燃烧性能,具有较高的发动机效率,并减少排放。最好的表演都注意到混合nanofuel 32%制动热效率高于柴油和BSFC和峰值压力比柴油低24%和4%,分别。排放性能也在29%、50%、和13%低,HC和CO₂排放比纯柴油。

1。介绍

能量和转换的能量转化为其最终形式来满足我们的需求,比如权力或车辆的运动的生成等内燃发动机在发电和汽车车辆中起着重要作用。因此,国内可用资源的替代能源会导致发展与内燃机的燃料的自鸣得意。类型的研究都集中在替代燃料像新鲜的植物油,油使用,使用不同产品的浪费。岜沙等人帮助实现了替代燃料生产方法从各种食物和noneatable蔬菜(1]。我们调查了这些新的燃料。我们基地的柴油混合识别结果对内燃发动机在各种负载条件下和各种操作条件不同的发动机编号修改由多个研究者研究文章。Ramadhas等人明显给了细节的支持植物油使用酯交换等生物柴油转化方法、热裂解和混合。他们给了一个清晰的印象不同的生物柴油的生产方法及其比较,用于识别我们的方法就石油方面考虑新的调查有关生物柴油(2]。生物柴油是由一些植物油,如樟脑油(3),印楝油、腰果油(3],棉籽油[4,5),蓖麻油(6),属inophyllum [7],菜籽油[8),而麻疯树石油(9),以及从动物脂肪油,如鱼油(10鸡油),(11)、猪肉皮肤油(12),羊肉脂肪油(11),和牛肉脂肪油(13]。同样,生物柴油可以通过重用或回收的材料14),例如,废弃食用油(15,16],渔网废油[17)、废塑料、废轮胎(13,18- - - - - -21]。

在各种废物在世界范围内,多个车辆的轮胎废物是最重要的污染物之一。每年,超过10卢比用于汽车轮胎是全球的18]。印度有六个在废轮胎全球百分之七的份额。例如,2016年,世界上只有百分之七的废轮胎回收,和其余的只是扔垃圾进垃圾填埋场和大海。近7650卢比的轮胎报废,浪费。热解过程中可以使用这些废轮胎作为IC引擎的燃料。种种折磨和帕蒂尔研究了IC引擎行为用废轮胎热解油作为燃料。他们比较不同消化10%,25%,50%,60%,75%,和90%的废轮胎热解油。剩下的体积覆盖与传统柴油与涡流加载高速录像机引擎。他们得出的结论是,废轮胎热解油的浓度成正比,发动机排气排放如烟云,氮氧化物和公司,但10%的废轮胎热解油和柴油混合产生更好的结果对性能和排放(13]。

汉等人清楚地解释了轮胎热解方法的机制包含热重量分析仪的质谱仪。建议四个步骤的热解。最初,320°C,产生水加热汽化和塑化剂分解。第二,进一步加热到400°C的恶化导致天然橡胶在这两个步骤之间。在第三个步骤中,520°C,合成橡胶发生腐蚀,并进一步加热产生重量损失。这就是所谓的慢速热解过程(19]。Patel Bhatt,清楚地解释了废轮胎热解油的实用性到CI引擎作为燃料。废轮胎热解油可以根据他们的燃油工业锅炉和燃烧炉的热值、低硫和灰分浓度。然而,在内燃发动机,废轮胎热解油是由增加的质量与柴油混合燃料的石油更好的性能由于其较高的粘度和密度以及中心指数低于柴油(20.]。

Vihar等人采用废轮胎热解油的录像机发动机与涡轮增压器。他们使用可变压缩比,属性增强方法,注射和飞行员获得类似的柴油发动机各种加载条件下的性能。他们建议废轮胎热解油的最佳替代品CI的柴油发动机与涡轮增压器(21]。尤索夫等人回顾最近的研究相关的文章不同的纳米颗粒对结果的影响内燃机柴油和生物柴油的植物油或动物脂肪油,或合成油。他们提到个人的影响金属硅、铜、镁、镍、锆、金属氧化物(铁₂O₃,艾尔。₂O_3,TiO₂MnO,措,以前₂,和首席执行官₂)和非金属元素(SWCNT,国民生产总值,问,MWCNT)在发动机燃料内燃发动机(22]。混合纳米粒子的大小、浓度、数量,并为引擎结果混合产生了不同的结果。Senthil Kumar等人研究的影响与氧化钛(TiO柴油₂)纳米粒子在两个大小如50 ppm和100 ppm每点燃发动机燃料water-cooledsingle-cylinder柴油发动机。这些变化提供了增强的热值(0.4 - 0.7%)和闪点(4.4 - 6.7%)。此外,未燃烧的碳氢化合物和氮氧化物排放减少1.7 - 2.3%和3.7 - 4.1%与柴油相比,分别为(23]。同样,烟雾和公司仅在少量减少。Nanthagopal等人调查的生物柴油属inophyllum与50 ppm和TiO的100 ppm₂分别和氧化锌纳米颗粒浓度。这些纳米颗粒浓度有助于提高热制动效率,降低燃料消耗,同时减少危险排放像烟雾排放氮氧化物,CO, HC和CO排放尾气排气(7]。Nithya等人研究了油菜300 ppm纳米颗粒的生物柴油TiO的浓度₂在CI引擎排放。没有提到引擎的性能,但作者只集中在排放。烟不透明度52%,30%的碳氢化合物,32%的一氧化碳和5%的氮氧化物减少相比,柴油排放。在这一点上,减少氮氧化物是相比大大减少其他减排8]。Hosseini等人尝试用废食用油和柴油混合生物柴油(5%和10%)添加的三种不同组合的纳米颗粒浓度等30 ppm, 60 ppm, 90 ppm问在IC引擎。问的到发动机燃料产生3.67%的更大的权力,制动热效率高出8.12%,和5.57%增加废气温度,还有助于减少燃料消耗和废气排放,除氮的氧化物,而其他排放15]。

Sivathanu和Valai Anantham尝试用渔网浪费油生物柴油混合的MWCNT纳米颗粒在内燃发动机。它会导致更少的点火延迟,制动热效率提高3.83%,减少3.8%的燃料消耗。从发射的角度来看,25%的二次发射,UHC少9%,没有少5%,14.8%减少烟雾排放了更多的二氧化碳排放的17.4%。这些变化是创建MWCNT的影响纳米颗粒混合与柴油(燃料相比17]。El-Seesy和哈桑处理的生物柴油麻疯树石油等50 ppm的三种不同的纳米颗粒(石墨烯氧化物),国民生产总值(石墨烯nanoplatelet), MWCNT(微碳纳米管)IC引擎作为燃料。MWCNT-mixed生物柴油生产大25%制动热效率和燃料消耗减少35%,15%,45%,55%,和50%的二次烟气排放,氮氧化物排放,排放,未燃烧的碳氢化合物排放,分别比同等条件下的剩余燃料(9]。Sulochana,巴蒂关注生物柴油浪费炸油的25 ppm和50 ppm MWCNT纳米颗粒浓度比较。他们确保纳米颗粒的增加燃料会导致更好的性能和降低排放减少燃料消耗(16]。因此,据悉,纳米粒子如MWCNT改善燃料的增加属性。在这项研究中,我们增加了纳米颗粒含量的燃料;具体来说,废轮胎油是一种全新的和新颖的调查,这是集中在这个调查。

这次调查集中在增加生物柴油废轮胎热解油的输出(BWTPO),而使用它的压缩点火发动机通过添加纳米粒子。有输出(性能和废气排放)对比MWCNT的纳米粒子和氧化钛分别与100% BWTPO燃料和混合纳米颗粒混合组合在相同的燃料,和示意图表示如图1。

2。材料和方法

这个比较调查四个步骤如下:(我)废轮胎热解油提取(2)Nanofuel准备(3)燃料特性测量(iv)测试引擎

2.1。废轮胎热解油提取

最初,收集不同汽车车辆的使用和废弃轮胎机械等其他地方的可用性商店、服务中心,和垃圾收集器商店。然后,收集到的轮胎粉碎成碎片在0.02到0.025厘米的范围。flash热解方法实现提取石油(24]。固体凝结时间小于0.008分钟,燃烧的速度超过每秒1200°C,和温度保持在1000°C和1300°C。萃取法生产的78%的石油开采,可以获得11%的char和11%的天然气。

酯交换过程中发生由于减少了热解油的粘度。这个油加热到65°C的搅拌器以及每升200毫升的甲醇和5克每升油。这些条件是保持长达90分钟。然后,它是存储在一个反向圆锥形容器分离甘油通过保持它在室温下可访问的一天。之后,废轮胎热解油的生物柴油(BWTPO图所示2)是分离甘油。

2.2。Nanofuel准备

在这次调查中,有三个组合的纳米颗粒与100%的生物柴油混合废轮胎热解油。Nanofuel准备如下:(1)与MWCNT BWTPO纳米300 ppm (BWTPO + MWCNT)(2)与TiO BWTPO₂纳米颗粒300 ppm (BWTPO + TiO₂)(3)BWTPO MWCNT纳米150 ppm和TiO₂纳米颗粒150 ppm (BWTPO + MWCNT TiO₂)(4)100%的柴油(5)100%的BWTPO

认为纳米粒子在30 nm 180 W功率。超声发生器是用来混合纳米粒子与一个搅拌器。

第一个nanofuel包含MWCNT纳米颗粒(如图300 ppm3(一个)),第二个nanofuel包含TiO的300 ppm₂纳米颗粒(如图3 (b)),第三nanofuel包含150 ppm MWCNT的纳米颗粒和TiO的150 ppm₂纳米粒子。这些组合超声发生器。考虑燃料特性测量和列在下表中1。

(一)

(b)

2.3。燃烧性能和排放测试

这三个nanoparticle-mixed燃料和100%的生物柴油和柴油燃料进行了单缸四冲程、可变压缩比发动机功率为3.5千瓦1500 rpm。涡流式加载执行,执行和冷却用水。空气和燃料流量传感器固定,反馈和控制与数据采集系统。压力传感器测量内燃机的压力。分析了废气利用AVL气体分析仪和烟计。这些完整的系统图所示4在一个透明的方式进行。

3所示。结果与讨论

3.1。通过Nanofuels和混合Nanofuels发动机性能

图5清楚地解释了热制动效率和负载之间的关系变化从20%降至100%。在满载条件下柴油29%耳背式。与柴油相比,BWTPO BWTPO + MWCNT, BWTPO + TiO₂,BWTPO + MWCNT TiO₂10%,25%,21%,和32%的制动热效率。同样,与生物柴油废轮胎热解油相比,纳米流体如BWTPO + MWCNT, BWTPO + TiO₂,BWTPO + MWCNT & TiO₂13%,10%,和20%的制动热效率。耳背式负载变化的逐渐上升,因为发热量的变化与纳米颗粒的浓度。单个纳米粒子结果不到两者的结合的纳米颗粒。混合nanofuel产生更高的耳背式由于其高氧化质量,从而增加发动机的输出与负载变化(7- - - - - -9,13,15- - - - - -17,19- - - - - -24]。

3.2。通过Nanofuels和混合Nanofuels燃料消耗性能

不同的百分比与负载有关燃油消耗率相关性中提到的人物6在一个线路图。这幅图显示了减少燃料消耗增加的负载燃料在这个调查。其中,柴油和BWTPO 0.8公斤/千瓦·人力资源和0.7公斤/千瓦·hr燃油消耗率在满载情况下,分别。BWTPO BWTPO + MWCNT, BWTPO + TiO₂,BWTPO + MWCNT TiO₂分别有13%、21%、19%和24% brake-specific油耗低于柴油在满载的条件下。同样,BWTPO + MWCNT, BWTPO + TiO₂,BWTPO + MWCNT TiO₂分别有10%、7%、和13% BSFC低于生物柴油废轮胎热解油。发动机的速度会导致减少燃料消耗(13,19,20.]。同时,纳米颗粒浓度是完全燃烧,因此它将有助于减少燃料消耗7- - - - - -9,15- - - - - -17,24]。

3.3。通过Nanofuels和混合Nanofuels CO排放性能

图7显示了一氧化碳排放的测量结果在一个条形图。在不同的负载条件下,最初,所有的燃料比柴油CO排放在25%负载条件。在满载的情况下,20%,26%,24%,和29% BWTPO获得的CO排放少,BWTPO + MWCNT, BWTPO + TiO₂,BWTPO + MWCNT TiO₂燃料,分别与柴油相比。同样,BWTPO + MWCNT, BWTPO + TiO₂,BWTPO + MWCNT TiO₂燃料,分别有8%、5%和11%,CO排放低于生物柴油废轮胎热解油。这个不同是由于燃料中可用的最大氧含量(13,19- - - - - -22]。氧化燃料是由纳米粒子的个体和结合燃料浓度(7- - - - - -9,15- - - - - -17,23,24]。

3.4。通过Nanofuels和混合Nanofuels HC排放性能

图8显示未燃烧的碳氢化合物排放和负载变化之间的关系。从这个比较,柴油机HC排放在所有加载条件下产生超过燃料。在满载的情况下,柴油的HC排放12 ppm。然而,BWTPO BWTPO + MWCNT, BWTPO + TiO₂,BWTPO + MWCNT TiO₂燃料,分别有42%、45%、48%和50%未燃烧的碳氢化合物排放低于柴油在满载的条件下。与此同时,BWTPO + MWCNT, BWTPO + TiO₂,BWTPO + MWCNT TiO₂燃料,分别有5%、10%、和15%低于生物柴油的HC排放的废轮胎热解油。这些HC排放形成的差异,因为更大的氧含量可用性(13,19- - - - - -22在燃料和纳米氧化能力(7- - - - - -9,15- - - - - -17,23,24比柴油),这有助于在最大燃烧。这将有助于降低HC排放超过柴油。

3.5。有限公司₂通过Nanofuels和混合Nanofuels排放性能

二氧化碳是一种理想的剩余排放污染物相比,废气排放。他们的关系与不同加载中提到的图9。柴油在满载条件下有1.80%的二氧化碳排放。然而,BWTPO BWTPO + MWCNT, BWTPO + TiO₂,BWTPO + MWCNT TiO₂燃料,分别有33%、20%、17%,减少13%的二氧化碳排放量比柴油满载的条件。在相同的条件下,BWTPO + MWCNT, BWTPO + TiO₂,BWTPO + MWCNT TiO₂燃料,分别有20%、25%和30%的二氧化碳排放量比废轮胎热解油的生物柴油。完全燃烧所产生的这些差异导致二氧化碳排放的增加燃料(7- - - - - -9,15- - - - - -17,22- - - - - -24]。

3.6。通过Nanofuels和混合Nanofuels NOx排放性能

同样,图10显示了氮氧化物排放相关的负载变化。

柴油的氮氧化物排放在满载条件下350 ppm。17%,8%,11%,和4%的氮氧化物排放被BWTPO获得,BWTPO + MWCNT, BWTPO + TiO₂,BWTPO + MWCNT TiO₂比得到的柴油燃料。然而,相比之下,那些生物柴油的废轮胎热解油、氮氧化物排放的8%,5%,和11%的减少是通过BWTPO + MWCNT, BWTPO + TiO₂,BWTPO + MWCNT TiO₂燃料,分别。发动机燃烧导致温度上升,从而增加氮氧化物排放(13,19- - - - - -22),但纳米粒子浓度有助于降低氮氧化物排放的增加(7- - - - - -9,15- - - - - -17,23,24]。

3.7。通过Nanofuels和混合Nanofuels燃烧性能

图11显示了峰值压力的变化在燃烧过程中关于不同负载条件下创建的。峰值压力的柴油达到72条,几乎等于BWTPO + MWCNT燃料的峰值压力。BWTPO和BWTPO + TiO₂分别有8%和3%更高的峰值压力和BWTPO + MWCNT和TiO₂燃料有4%的峰值压力低于柴油在满载的条件下。然而,BWTPO + MWCNT, BWTPO + TiO₂,BWTPO + MWCNT TiO₂分别有8%、5%、和11%派克压力低于废轮胎热解油的生物柴油。峰值压力变化取决于燃料的质量13,19- - - - - -22]。纳米氧化能力有助于创建更好的燃烧,减少峰值压力(7- - - - - -9,15- - - - - -17,23,24]。

因此,在这个调查,替代燃料像BWTPO MWCNT 300 ppm (BWTPO + MWCNT),纳米颗粒与TiO BWTPO₂300 ppm (BWTPO + TiO的纳米颗粒₂),BWTPO 150 ppm, TiO MWCNT纳米颗粒₂纳米粒子的150 ppm (BWTPO + MWCNT TiO₂),和100%的BWTPO准备和燃料性质特征,以确保燃料供应和能源需求(表1),和高十六烷数字58 59 nanofuels和混合nanofuels,分别为(25- - - - - -28]。nanofuels的发动机性能和混合nanofuels如下:BWTPO + MWCNT, BWTPO + TiO₂,BWTPO + MWCNT TiO₂13%,10%,和20%的制动热效率。的油耗表现nanofuels和混合nanofuels如下:BWTPO, BWTPO + MWCNT, BWTPO + TiO₂,BWTPO + MWCNT TiO₂分别有13%、21%、19%和24% brake-specific油耗低于柴油在满载情况下(29日]。nanofuels的发射性能和混合nanofuels如下:在满载情况下,20%,26%,24%,和29% BWTPO获得的CO排放少,BWTPO + MWCNT, BWTPO + TiO₂,BWTPO + MWCNT TiO₂燃料,分别与柴油相比。BWTPO BWTPO + MWCNT, BWTPO + TiO₂,BWTPO + MWCNT TiO₂燃料,分别有42%、45%、48%和50%未燃烧的碳氢化合物排放低于柴油在满载情况下(30.]。BWTPO BWTPO + MWCNT, BWTPO + TiO₂,BWTPO + MWCNT TiO₂燃料,分别有33%、20%、17%,减少13%的二氧化碳排放量比柴油在满载情况下(31日]。nanofuels的燃烧性能和混合nanofuels如下:72年柴油达到峰值压力的酒吧,几乎等于BWTPO + MWCNT燃料的峰值压力。BWTPO和BWTPO + TiO₂分别有8%和3%更高的峰值压力和BWTPO + MWCNT和TiO₂燃料有4%的峰值压力低于柴油在满载情况下(32]。从上面的结果,据悉,nanofuels比柴油和混合nanofuels表现良好,在混合nanofuels可以优先考虑。

4所示。结论

使用废轮胎油生成nanofuels和混合nanofuels CI引擎MWCNT和TiO的帮助下₂纳米粒子进行了讨论。准备燃料进行了测试和结果分析。以下是这段研究的总结:(我)生物燃料生产废旧轮胎材料的可能性进行了讨论。(2)生物柴油废轮胎热解油更好的性能比柴油在燃烧和发动机的性能,但它会导致更高的HC排放,CO和氮氧化物,MWCNT TiO₂纳米颗粒悬浮液相同的显著下降。(3)个别燃料相比,MWCNT, TiO的组合₂nanoparticle-mixed生物柴油废轮胎油具有更好的性能和排放低于BWTPO燃料。基于柴油燃料,它具有以下属性:(一)耳背式多32%(b)24%和4%低BSFC和峰值压力(c)29%、50%和13%的二级公司,HC和CO₂排放(d)氮氧化物排放量高4%(iv)所以BWTPO + MWCNT TiO₂燃料是最好的替代燃料CI的柴油引擎。

这次调查有选择地使用MWCNT和TiO₂纳米粒子增强废轮胎油燃料柴油发动机,发现混合nanofuels优于柴油、废轮胎油生物柴油,同时nanofuels。调查可能会扩展到混合nanofuels使用两种以上其他组合33]。

缩写

BWTPO:	生物柴油的废轮胎热解油
传真照片:	轮胎热解油
走:	石墨烯氧化物
国民生产总值:	石墨烯nanoplatelet
问:	碳纳米管
SWCNT:	单壁碳纳米管
MWCNT:	微碳纳米管
MnO:	锰氧化物
氧化锌:	氧化锌
首席执行官₂:	氧化铈
TiO₂:	氧化钛
艾尔₂O₃:	氧化铝
前₂:	氧化银
倪:	镍
铜:	铜
Zr型:	锆
NP:	纳米颗粒
耳背式:	制动热效率
BSEC:	Brake-specific能源消耗
BSFC:	Brake-specific燃料消耗
录像机:	可变压缩比
废气温度:	废气温度
EGR技术:	废气再循环
病人:	压力(bar)
ICP:	内汽缸压力
HC:	碳氢化合物
有限公司:	一氧化碳
有限公司₂:	二氧化碳
氮:	一氧化二氮
ppm:	百万分之
集成电路:	内燃
°C:	摄氏度
菲₂O₃:	氧化铁。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果都包含在这篇文章中,进一步可获得数据或信息从相应的作者。

信息披露

本研究作为就业的一部分执行亚明奇大学,埃塞俄比亚。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关这篇文章的出版。

确认

作者谢天谢地承认提供的资助科研院长职,哈立德国王大学Abha,沙特阿拉伯王国,在批准号R.G.P.1/389/43。

引用

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