納米燃油添加劑的研究與應(yīng)用

環(huán)境保護和能源效率利用是可持續(xù)發(fā)展的主旋律。就燃油來說,尋找提高燃油燃燒效率和降低廢氣排放的途徑便成了當(dāng)務(wù)之急。而一般的化學(xué)清洗類添加劑(清凈劑)加入燃油中的主要作用是防止化油器或噴嘴附著沉積物(膠質(zhì)),對除去已沉積在燃燒室和油路中的沉積物也有一定作用,但其作用僅僅是維持了發(fā)動機的正常工作點,沒有從根本上解決燃燒、排放和積碳的問題。這類添加劑降低尾氣排放的效果并不明顯。在納米產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域,李正孝博士創(chuàng)新地率先將液相納米組裝技術(shù)應(yīng)用于汽、柴油添加劑的開發(fā)中,研制生產(chǎn)出了全新概念的具有節(jié)能、降低排放污染等綜合性能的納米燃油添加劑,該產(chǎn)品被北京市科學(xué)技術(shù)委員會和國家環(huán)保產(chǎn)業(yè)協(xié)會鑒定評議為第4代燃油添加劑的標(biāo)志性產(chǎn)品。1納米尺度的介觀顆粒要提高燃油燃燒的效率,就必須提高燃油的霧化程度,也就是增大其比表面積。生活中我們知道,當(dāng)沸騰的油鍋中有水時,就會發(fā)生油滴的爆濺,使油的比表面積變大。納米燃油添加劑正是通過這樣的過程讓燃油二次霧化,上萬倍地提高了燃油的物理活性。納米是個長度單位,為十億分之一米,納米技術(shù)則是在納米尺度上研究物質(zhì)的相互作用和運動規(guī)律,以及在實際應(yīng)用中利用這些規(guī)律的多學(xué)科的科學(xué)和技術(shù)。研究熱點集中表現(xiàn)在納米強度支撐材料、納米結(jié)構(gòu)器件、納米探測技術(shù)、納米組裝界面材料等4個方面。其中納米組裝界面材料主要針對表面或界面問題的二元協(xié)同納米界面材料進行研究,從改變納米材料表面或界面性質(zhì)入手,實現(xiàn)性質(zhì)不同材料的界面重組,用納米尺度的介觀顆粒構(gòu)建出新的材料。李正孝博士的納米燃油添加劑,就是采用納米組裝技術(shù)研發(fā)生產(chǎn)的,即由采用輻射化工工藝生產(chǎn)的納米組裝材料和水構(gòu)成的。當(dāng)添加劑按1∶10000的比例加入燃油后,納米組裝材料的作用使其中的水迅速分散成納米級的顆粒(直徑僅為6納米的小球),并形成熱力學(xué)穩(wěn)定相存在。當(dāng)燃油被霧化時,每個霧滴中含有上萬個納米級的水顆粒。由于每個水顆粒均被具有一定強度的界面膜所包圍,水的沸點又小于汽油和柴油,這些顆粒在燃油燃燒前會同時發(fā)生“微爆”,炸碎燃油霧滴,使之進一步霧化達到納米尺度,使燃油充分燃燒,并降低污染物的排放。同時,納米水的億萬次“微爆”過程可以將發(fā)動機中的積碳炸碎,而在高溫下,水分子可與被炸碎的積碳進行水煤氣反應(yīng),生成可燃氣體參與燃燒,從而清理了發(fā)動機燃燒室。燃料燃燒的充分與否主要依賴于其物理活性的大小,也就是燃油是否充分霧化。一般機械霧化的極限是50微米,這樣的燃油霧滴還太大,要比汽化燃油(納米尺度)的物理活性小數(shù)百萬倍。如果能在燃油霧滴中預(yù)置一些“定時炸彈”,并讓它們在燃燒前定時爆炸,將數(shù)十微米的燃油霧滴炸碎成納米尺度的燃油分子團,那就同汽化燃油一樣了。加水能夠促進燃燒,比如乳化油,但是乳化油大概要加30%的水,才有20%左右的節(jié)油率,但是由于缺少炸彈的機制,所以威力很有限,并且由于水的汽化所需的熱量只能來自燃料自身的燃燒,所以燃料的動力性能反而下降。另外還存在分層、破乳等不穩(wěn)定現(xiàn)象。為了解決這些問題,李正孝回國后進入中國科學(xué)院全身心投入有關(guān)細微顆粒的介觀物理研究。他設(shè)想運用最先進的納米技術(shù),把普通水處理成納米水,使水與燃油因高度微乳化而溶為一體,以解決乳化燃油的熱力學(xué)不穩(wěn)定問題。由于水的沸點比燃油組分的沸點低,在燃油燃燒前的機械壓縮過程會使燃油霧滴迅速加熱,從而讓預(yù)置在其中的納米水顆粒的溫度超過那個壓力下的沸點,納米水顆粒就可在燃油燃燒前定時爆炸,從而炸碎燃油霧滴,充分激活燃油的物理活性,讓燃油燃燒充分。這樣,自然就會節(jié)省燃油,降低尾氣污染物排放。有效治理汽車尾氣和改善燃料油燃燒將是解決城市環(huán)保問題和人類能源問題的有效手段。2納米表面材料的應(yīng)用納米燃油添加劑研究的核心是如何實現(xiàn)燃油的微乳化,從極限破乳到化學(xué)成分穩(wěn)定,再到機械穩(wěn)定,把水穩(wěn)定地加到油里去。納米尺度的物質(zhì)由于電子波函數(shù)的交疊所帶來的原子、分子之間的自組織性為納米態(tài)物質(zhì)存在不穩(wěn)定的問題提供了解決思路,并發(fā)展成為納米組裝技術(shù),從而使問題一個個得到解決。在實驗中發(fā)現(xiàn),如果納米水是炸藥的話,那么爆炸要有威力,還要給炸藥包上一個彈殼,彈殼的強度越高,爆炸的威力才會越大。經(jīng)過大量實驗,李正孝先生終于在核技術(shù)支持的條件下,在充滿γ射線的核輻照場中合成了這種彈殼材料。它既不溶于油,也不溶于水,但它一端親油,一端親水,是一種典型的二元協(xié)同納米界面材料。人們已知,任何相分離結(jié)構(gòu)都會形成界面。相分離結(jié)構(gòu)尺度越小,比界面積就越大。任何界面的出現(xiàn),都是物質(zhì)完整性的缺損,從而造成了為修補缺損而出現(xiàn)的界面張力。張力與界面積的乘積就是界面能。只要這種張力不為零,就存在界面能。如何降低界面能,特別是能否把界面能真正降為零是納米態(tài)物質(zhì)能否穩(wěn)定存在的關(guān)鍵。二元協(xié)同納米界面材料就是針對納米材料本征問題——界面問題,從改變納米材料界面性質(zhì)入手,實現(xiàn)不同性質(zhì)材料之間的界面重組,在介觀尺度上構(gòu)建出新的材料。對于多數(shù)介觀體系,電子之間量子力學(xué)的相干性帶來表面原子之間的自組織性,但所導(dǎo)致的界面形態(tài)的調(diào)整不足以使界面張力降為零,所以要想讓介觀顆粒體系穩(wěn)定存在需要外加一膜狀組裝結(jié)構(gòu),通過它把界面修復(fù)起來,使張力降為零,從而消除界面能,這就是納米組裝技術(shù)。能夠形成這種膜狀組裝結(jié)構(gòu)的材料即為納米組裝材料。這種界面材料采取某種特殊的表面加工,在介觀尺度形成兩種性質(zhì)不同的二維表面相區(qū)。而每個相區(qū)的結(jié)構(gòu)以及兩相構(gòu)建的“界面”是納米尺寸的。研究表明,這樣具有不同的、甚至完全相反的理化性質(zhì)的納米相區(qū),在某種條件下具有協(xié)同的相互作用,甚至可讓材料的宏觀表面上呈現(xiàn)出超常規(guī)的界面物性,即二元協(xié)同性。李正孝博士推出的納米燃油添加劑正是納米組裝材料的具體應(yīng)用。他利用核輻射及納米組裝技術(shù)形成的膜狀組裝結(jié)構(gòu)做彈殼包裝納米水,改變了油和水這兩類不管在宏觀和微觀尺度上都屬完全不相容材料的界面性質(zhì),使其變?yōu)橄嗳轄顟B(tài),既降低了油水之間的界面張力,讓它熱力學(xué)穩(wěn)定,又有極高的斷裂強度,使微爆威力巨大。將納米水賦予了彈殼,就把它變成了無數(shù)(1018)炸彈,不僅把水變成了納米材料,還造出了納米尺度上的結(jié)構(gòu),從而控制了其中親水功能團數(shù)量和結(jié)構(gòu)的有機大分子材料的組裝功能,實現(xiàn)了納米尺度的水在油中的穩(wěn)定存在。第一代納米燃油添加劑應(yīng)運而生!最新的權(quán)威檢測和各種車輛、各種路況的實驗結(jié)果證明,李正孝設(shè)計的物理圖像和所涉及的“微爆理論”不僅理論上具有前瞻價值,實際操作也切實可行,具有提高燃燒效率和降低排放污染的雙重功效。3納米燃油添加劑有些人對此不理解,用普通水的觀念理解納米水,認為納米水就是普通的水。普通的水是自由水,它會腐蝕油路和發(fā)動機的缸體;而納米水不是這樣的,它被一強度很高的膜包著,自身的穩(wěn)定性非常好,尺度也非常均勻,根本不會接觸到油路和汽缸的表面,只在燃燒之前爆炸。因此必須強調(diào)一個概念:這時的水已經(jīng)不是水,它是水分子團,從狀態(tài)上來講它既非固態(tài),也非液態(tài),更非氣態(tài),它是納米態(tài)。若在高分辨電子顯微鏡下觀察,6納米的材料比細胞還小很多,是球形的。納米燃油添加劑利用了物理和化學(xué)方法在油品中形成的納米尺寸球形水顆粒,可在室溫所提供的熱運動能量下獲得每秒十幾米的熱運動,長久放置絕不分層,顏色也絲毫不發(fā)生變化。該產(chǎn)品具備了納米材料的兩個基本條件:(1)尺度介于1~100納米;(2)性質(zhì)不同于常規(guī)材料。這一添加劑加入燃油后,迅速分散成6納米的球形水顆粒,并形成熱力學(xué)穩(wěn)定的分散相。當(dāng)燃油被霧化時,每個霧滴中含有上萬個納米尺度的水顆粒。由于每個水顆粒均被具有一定強度的界面膜所包圍,水的沸點又小于汽、柴油的主要成分,這些顆粒在燃油燃燒前會同時發(fā)生“微爆”,炸碎燃油霧滴,使之進一步霧化達到納米尺度,使油滴體積減少9個數(shù)量級,物理活性提高6個數(shù)量級,使其在低空氣量下可以完全燃燒,并降低污染物的排放。同時,納米水的億萬次“微爆”過程可將發(fā)動機中的積炭炸碎,在高溫下,水分子與被炸碎的熾熱炭粒發(fā)生水煤氣反應(yīng),生成可燃氣體進一步燃燒生成CO2和H2O排出,從而清理了發(fā)動機燃燒室。對新的發(fā)動機,這種作用起到細微的表面維護作用,使燃燒室內(nèi)表面無沉積物生成;對舊的發(fā)動機,這種過程使原有的沉積物分解,特別是使已沉積在活塞上部、噴油嘴和氣門處的沉積物分解,并隨廢氣排出,使發(fā)動機的設(shè)計工作點得以恢復(fù)。同時,徹底消除了活塞做功的周期性差異,大幅度消除發(fā)動機爆震,降低了車輛抖動和噪音,降低發(fā)動機對辛烷值的需求2~4個,使加了添加劑的低標(biāo)號汽油具有高標(biāo)號汽油相同或更好的表現(xiàn)。納米燃油添加劑問世后,憑借新穎獨特的技術(shù)路線、顯著的產(chǎn)品效果、低廉的使用成本、強勁的“納米”品牌號召力以及以建立品牌加油站為特點的前所未有的營銷模式,這種納米燃油添加劑已經(jīng)完全走進了百姓的生活中。2001年3月,中國環(huán)境科學(xué)研究院(國家環(huán)境保護總局機動車排污監(jiān)控中心)受中國石油天然氣集團的委托對國外三種和國內(nèi)三種著名清凈劑同NANO牌納米燃油添加劑進行了完全同等條件的15工況臺架(HJ/T26.1-1999)對比檢測,結(jié)果顯示,NANO牌納米燃油添加劑在7個添加劑品種對比中,對降低污染物排放綜合效果最好,既可以全面降低三個污染物的排放,其效果又遠遠超出其他產(chǎn)品。納米燃油添加劑經(jīng)國家交通部汽車運輸行業(yè)能源利用檢測中心檢測節(jié)油率8.2%,中石油天然氣集團油田節(jié)能檢測中心臺架檢測節(jié)油率10.92%。中國環(huán)境科學(xué)研究院、北京市環(huán)保局環(huán)境保護監(jiān)測中心等機構(gòu)的檢測表明,該產(chǎn)品能大幅度節(jié)能和降低尾氣有害物質(zhì)排放,特別是對已成為環(huán)保焦點的氮氧化物的尾氣排放,有獨到的凈化作用。2002年12月,李正孝經(jīng)過技術(shù)改進推出納米燃油添加劑的升級產(chǎn)品,英文商標(biāo)為“BONUS”,意思為“額外增加的利潤或紅利”。此次共推出汽油添加劑、柴油添加劑、重油添加劑、汽油品質(zhì)提升劑、柴油品質(zhì)提升劑等7個品種。2003年4月李正孝又推出了博納士納米潤滑油添加劑,它是利用納米組裝技術(shù)進行的又一重大發(fā)明。該添加劑是納米尺度的金剛石顆粒和納米組裝材料的組合體,在潤滑油中的添加比例為1∶1000。它的抗磨減磨機理主要通過以下3條途徑實現(xiàn):(1)類似“微軸承”作用,減少磨擦阻力,降低磨擦系數(shù);(2)在磨擦條件下,納米微粒在磨擦副表面形成一個光滑保護層;(3)填充磨擦副表面的微坑和損傷部位,起修復(fù)作用。在中國人民解放軍軍事交通運輸學(xué)院的臺架檢測和中國人民解放軍油料及油料裝備檢測試驗中心的檢測表明:該產(chǎn)品超級減磨、增加缸壓、提高動力、節(jié)能環(huán)保。中央電視臺《科技之光》欄目組織的北京——哈爾濱高速公路車輛路用實驗表明:相同品牌標(biāo)準(zhǔn)潤滑油中添加博納士納米潤滑油添加劑比未添加該產(chǎn)品平均節(jié)省燃油9.74%。中國人民解放軍軍事交通學(xué)院汽車試驗中心臺架檢測表明:尾氣排放CO下降36%,HC下降38%。4博納士公司的汽車健康養(yǎng)護策略博納士集團公司是在李正孝推出納米燃油添加劑后掀起的納米風(fēng)暴中迅速崛起的,它具備年產(chǎn)1萬t納米燃油添加劑,5000t納米潤滑油添加劑和20萬t納米特種潤滑油的生產(chǎn)能力,產(chǎn)品銷售以每年上升40%的水平遠銷國內(nèi)外。李正孝自創(chuàng)辦納米產(chǎn)業(yè)以來,由于產(chǎn)品技術(shù)的新穎性和獨創(chuàng)性,以及其中蘊含的巨大的