Al2 O3 纳米颗粒对Millettia ferruginea生物柴油性能及排放特性的影响研究

为解决化石燃料枯竭与环境污染问题，研究人员通过添加Al2 O3 纳米颗粒（50-100 ppm）优化Millettia ferruginea生物柴油（B10-B30）的燃烧效率。结果表明，100 ppm纳米颗粒使制动热效率提升至35.2%，CO/HC排放降低28.35%，NOx 减少6.4%，为清洁能源开发提供新策略。

　　

随着全球能源需求激增和化石燃料导致的温室效应加剧，寻找可持续的替代能源成为当务之急。生物柴油因其可再生性和低污染特性备受关注，但其热值低、燃烧效率差等问题限制了应用。Millettia ferruginea（俗称Berbera）是埃塞俄比亚广泛种植的油料作物，种子含油量达30-49%，却鲜少被研究。更棘手的是，传统生物柴油存在氮氧化物（NO_x
）排放高、低温流动性差等缺陷，亟需通过纳米添加剂技术突破瓶颈。

针对这一挑战，国内某研究机构在《Next Energy》发表论文，系统探究了Al₂
O₃
纳米颗粒对Millettia ferruginea生物柴油性能的影响。研究团队采用微波辅助提取技术高效制备生物柴油，通过超声分散法将50-100 ppm Al₂
O₃
纳米颗粒均匀掺入B20混合燃料，并在单缸压缩点火（CI）发动机上进行性能测试。结合FT-IR、GC-MS和SEM等技术表征材料特性，最终发现纳米添加剂可显著提升燃烧效率并优化排放指标。

3.1 生物柴油的理化特性
通过ASTM标准测试发现，Millettia ferruginea生物柴油的 kinematic viscosity（运动粘度）为5.4 mm²
/s，flash point（闪点）达159.3°C，符合EN 14214标准。添加100 ppm Al₂
O₃
后，B20混合燃料的 calorific value（热值）从43.64增至46.38 MJ/kg，证实纳米颗粒能改善能量密度。

3.2 生产工艺优化
在60°C、1%催化剂浓度和9:1甲醇油比例下，生物柴油产率可达95%（图4-7）。GC-MS分析显示26.837分钟出现显著峰，对应长链脂肪酸甲酯（FAME），而FT-IR在1743 cm^-1
处的酯基特征峰验证了转化成功。

3.9 制动功率提升
纳米颗粒的催化作用使B20+100 ppm Al₂
O₃
的制动功率在80%负载时达3.3 kW，较纯B20提升17.9%。SEM显示纳米颗粒平均粒径1.103 μm，高比表面积促进了燃料雾化（图12-14）。

3.13 排放特性革新
Al₂
O₃
的氧缓冲作用使CO/HC排放降低28.35%，而NO_x
反常下降6.4%（图22），突破传统生物柴油NO_x
升高的困境。XRD证实纳米颗粒的γ-Al₂
O₃
晶型（40.74° 2θ峰）是催化活性关键。

这项研究首次将Millettia ferruginea生物柴油与Al₂
O₃
纳米技术结合，不仅将制动热效率提升至35.2%，更实现"高氧燃料低NO_x
"的突破。通过优化生产工艺参数和纳米添加剂浓度，为热带地区生物质能源开发提供可复制方案。值得注意的是，虽然CO₂
排放随纳米颗粒浓度增加而上升16.3%，但整体仍优于化石柴油。该成果对推动非洲地区能源结构转型具有示范意义，未来可拓展至其他非食用油料作物的纳米改性研究。