乙醇与二氧化钛纳米粒子添加剂对氢气诱导螺旋藻油柴油双燃料发动机性能及排放的影响研究

《Scientific Reports》：Enhancing efficiency and emission characteristics of a dual-fuel engine using spirulina biodiesel–ethanol blends with nanoparticles and hydrogen infusion

　　

摘要

本研究旨在探讨乙醇和二氧化钛（TiO?）纳米粒子（NPs）作为添加剂在螺旋藻油甲酯（SPOME）-柴油混合物中的效果，该混合物作为试验燃料，同时使用氢气（H?）作为辅助燃料，以确定双燃料压燃（CI）柴油发动机的性能、燃烧特性和排放特性。通过酯交换反应，以1:6的油醇摩尔比从螺旋藻油中合成了生物柴油，产率达到97.2%。首先制备了B20混合物（20% SPOME + 80%柴油），随后制备了B20E20混合物（20%体积乙醇 + B20）。接着将50毫克/升的TiO?纳米粒子分散到B20E20样品中。这些经过添加剂改进的混合物在双燃料压燃发动机中进行了测试，包括有和没有氢气诱导的情况，并在不同负载下进行了实验。通过场发射扫描电子显微镜（FESEM）、高能电子显微镜（HRTEM）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、扫描电子衍射（SAED）和X射线衍射（XRD）分析了纳米粒子分散混合物的稳定性和均质性。在较高负载下，B20E20 + TiO?50 + 6H?混合物的制动热效率（BTE）提高了10.4%，制动比燃油消耗（BSFC）显著降低了13.3%。CO、CO?和HC的排放量分别减少了36.3%、6.68%和8.36%。尽管在氢气诱导下NOx排放略有增加，但B20E20混合物在较高负载下的NOx排放量有所降低。对于添加了氢气的B20-乙醇-纳米粒子混合物，燃烧特性（包括气缸压力CP和热释放率HRR）分别提高了11.53%和7.91%。总体而言，B20E20 + TiO?50 + 6H?燃料配方作为双燃料压燃柴油发动机的可持续替代品具有很大的潜力。