甲基己酸酯与短链醇二元混合物的黏度与密度特性研究：分子相互作用及模型预测

为解决生物柴油高黏度和低温流动性差的问题，研究人员系统研究了甲基己酸酯与C3-C5醇的二元混合物黏度(η)和密度(ρ)，计算了超额摩尔体积(VE)和黏度偏差(Δη)，并评估了CSP和GC模型的预测性能，为生物柴油添加剂开发提供理论依据。

　　

随着全球能源结构转型，生物柴油（Biodiesel）作为化石柴油的可再生替代品备受关注。然而，其高黏度和低温流动性差的缺陷严重制约了实际应用。短链醇类添加剂因其优异的互溶性和燃烧特性成为改良生物柴油性能的关键候选，但混合体系的微观相互作用机制尚不明确。为此，来自巴西科研资助机构支持的研究团队在《Journal of Molecular Liquids》发表论文，首次系统揭示了甲基己酸酯（Methyl Hexanoate，生物柴油模型化合物）与C₃-C₅醇（1-丙醇、1-丁醇、1-戊醇）二元混合物的热物理行为。

研究采用实验测定与模型预测相结合的策略。通过精密振动管密度计和旋转黏度计，在293.15-373.15 K温度范围内获取了全组分范围的ρ和η数据，并推导出V^E和Δη。同时评估了5种对应状态原理（CSP）密度模型和5种基团贡献（GC）黏度模型的预测精度。

实验部分
研究证实所有试剂的实验数据与文献值偏差<0.5%，验证了测量可靠性。混合物制备采用质量法，精度达±1×10^-4 g。

预测方法
CSP模型中，Rackett方程对密度的预测最佳（平均绝对误差AAE=0.12%）；GC方法中，Grunberg-Nissan模型对黏度的预测最优（AAE=4.2%）。

热力学性质
密度和黏度均随温度升高而降低，但醇类碳链增长显著影响混合行为。V^E曲线呈对称抛物线，在摩尔分数x₁≈0.5处达峰值（如甲基己酸酯+1-戊醇体系V^E=0.425 cm³·mol^-1），表明分子间存在空间位阻效应。Δη均为负值，揭示醇类羟基与酯基的强氢键作用破坏了酯类分子的有序结构。

结论
该研究不仅为生物柴油-醇混合物的工程应用提供了基础数据，更通过V^E和Δη揭示了短链醇碳数增加会强化空间效应但弱化氢键作用的竞争机制。开发的OCTOPUS v2.0计算工具（开源地址见原文）实现了热力学参数的快速预测，对燃料配方设计和CFD模拟具有重要价值。