纳米催化生物柴油的引擎性能优化与排放控制：基于CaO/MgO催化剂的废食用油转化研究

为解决化石燃料枯竭和环境污染问题，研究人员开展纳米催化剂(CaO/MgO)合成废食用油(WCO)生物柴油及其引擎应用研究。通过SEM/BET/XRD表征证实纳米CaO(80.69 m2/g)比MgO(60.2 m2/g)具有更高催化活性，NC(CaO)B10混合燃料使制动热效率提升5.8%，CO2排放降低4.2%。该研究为清洁能源系统开发提供关键技术支撑。

　　

随着全球能源危机加剧和环境法规日益严格，传统柴油引擎正面临严峻挑战。化石燃料的快速消耗促使人们寻找可持续替代品，而生物柴油因其可再生性和环保特性成为研究热点。然而，现有生物柴油存在催化效率低、引擎性能下降等问题，特别是高比例混合时易导致燃料消耗增加和动力损失。如何通过纳米技术提升生物柴油品质，同时优化引擎燃烧效率，成为当前能源领域的关键科学问题。

埃及军事生产部附属埃及工程与先进技术研究院(EA&EAT)的Sabah Mohamed Farouk团队在《BMC Chemistry》发表重要研究成果。该团队创新性地采用纳米氧化钙(CaO)和纳米氧化镁(MgO)催化废食用油(WCO)转化，系统评估了B10-B30混合燃料在单缸柴油引擎中的表现。研究发现纳米CaO催化剂因其更大比表面积(80.69 m²/g)和特殊形貌，显著提升生物柴油转化效率至93.12%，较MgO催化剂(88%)更具优势。

研究采用三大关键技术：通过SEM/XRD/BET表征纳米催化剂形貌与结构；利用GC-MS分析脂肪酸甲酯(FAME)成分；在DEUTZ F1L511单缸柴油引擎上测试不同负载(0-75%)下的性能参数。特别值得注意的是，所有燃料测试均采用MRU DELTA 1600-V多气体分析仪进行排放检测，确保数据可靠性。

催化剂表征

SEM显示两种催化剂均呈现多孔不规则形态，CaO平均粒径67.125 nm，MgO仅32.5 nm。XRD证实二者结晶度高，CaO在2θ=32.2°、37.4°、53.9°出现特征峰，符合面心立方结构。BET测试揭示纳米CaO比表面积达80.69 m²/g，远超常规CaO(23 m²/g)，这为其卓越催化性能奠定基础。

引擎性能

NC(CaO)B10展现出最佳综合性能：在75%负载下制动比油耗(BSFC)降低8.3%(0.245 kg/kWh)，制动热效率(BTE)提升至31.2%。相比之下，NC(MgO)B20的BSFC增加16.6%，证明低比例CaO催化生物柴油更有利于能效提升。研究还发现所有生物柴油混合物的排气温度(EGT)均高于纯柴油，NC(CaO)B30在满负载时EGT达302°C，反映其更充分燃烧特性。

排放特性

纳米催化剂显著改善排放指标：NC(MgO)B30实现CO₂减排4.2%，而NC(CaO)B30使尾气氧浓度(O₂)提升3%。特别值得注意的是，CaO催化生物柴油在CO减排方面表现突出，NC(CaO)B20/30混合燃料的CO排放比柴油降低0.7%，这归因于纳米CaO残留物的持续催化氧化作用。

该研究证实纳米CaO催化生物柴油在B10混合比例下可实现性能与排放的最佳平衡。其创新价值体现在三方面：首次系统比较纳米CaO/MgO对WCO生物柴油的全流程影响；发现低比例(10%)混合即可显著改善引擎效率；为纳米催化剂在能源领域的应用提供实证依据。这些发现对发展碳中和交通能源具有重要指导意义，特别是为废食用油的高值化利用开辟了新途径。未来研究可进一步探索B40-B50高比例混合及双纳米催化剂协同效应，以推动生物柴油技术走向大规模应用。