尽管他们广泛使用,液体燃料能量密度高危险的运输和储存是由于他们的波动,产生爆炸性气体混合物。
存储的乙醇在聚合物凝胶球(上)和燃烧状态的聚合物凝胶存储(底部)。坐在日本的研究人员在一项新的研究表明,化学交联聚合物凝胶网络陷阱高挥发性液体燃料分子,如乙醇,通过物理交互,从而大大减少蒸发率和火灾的风险。图片来源:Naoki Hosoya Shibaura理工学院、日本。
来自日本的科学家Shibaura理工学院和东京理工学院内储存液体燃料的可行性探索聚合物凝胶网络,限制快速蒸发和展示良好的燃烧性能,为解决这一问题。他们的研究使空间更安全的液体燃料的运输和储存。
众多应用化学能量转化为运动控制,如火箭、锅炉、燃气涡轮机,和某些汽车引擎,需要液体燃料能量密度高。除了他们的燃烧特点和性能,这的确是关键,确保这些燃料在使用的安全性和稳定性,以及在运输和存储。
在处理液体燃料时,一个常见的风险是,如果有足够的空间,就能快速蒸发导致云层高度易燃的气体。这可能导致毁灭性的爆炸或火灾。
为了解决这个问题,科学家们认为使用稠化燃料,这些燃料已被冻结成厚胶状的物质。显然,许多方面必须优化和障碍之前必须解决稠化燃料可以超越了现阶段的研究进展。
Naoki Hosoya教授为首的一组科学家Shibaura理工学院教授(坐)和取Maeda东京理工学院(日本技术)探索一个更令人信服的解决安全问题的液体燃料:储存在聚合物凝胶网络。
研究人员观察了性能、存储的优缺点乙醇,一个常见的液体燃料,在一个化学交联聚乙烯(N-isopropylacrylamide) (PNIPPAm)凝胶。该研究发表在9月15日th,2022年化学工程杂志。
他们第一次看到,想看看里面捕捉乙醇分子和化学相互交织在一起的PNIPAAm聚合物长链可以帮助减少蒸发率。研究者把小球体PNIPAAm凝胶装满酒精的电子秤,看看质量改变乙醇蒸发。他们还进行了乙醇的实验一滩,有类似的凝胶球表面积和质量。
他们发现,储存在聚合物凝胶完全移除燃料乙醇蒸发很快的倾向。这是最有可能由于“捕获”乙醇分子的凝胶。
聚合物凝胶包含无数的三维化学交联的聚合物链强大。这些链结合乙醇分子通过各种物理相互作用,限制了其在此过程中蒸发。
Naoki Hosoya,教授,Shibaura理工学院
然而,加载凝胶不像一条湿毛巾。聚合物凝胶不容易释放乙醇在外力下,与释放液态如果拧湿毛巾。
团队然后看着实际聚合物凝胶网络中乙醇的燃烧特征是否被蒸发后有效地解决问题。他们点燃ethanol-filled凝胶不同大小的球体,看着实时资料质量和形状变化。他们得出的结论是,加载PNIPAAm凝胶球的燃烧分为两个阶段:一个由纯乙醇燃烧,另由PNIPAAm聚合物本身的燃烧。
团队进行理论分析后得出一个重要结论的发现:第一、主要燃烧阶段的加载PNIPAAm凝胶领域奉行一个常数液滴温度模型,也被认为是“d2法律。“这意味着ethanol-loaded凝胶可以解释使用相同的模型作为液体燃料液滴,这意味着他们的燃烧特性是相似的。
总的来说,这项研究为新方法铺平了道路运输和储存液体燃料安全地在聚合物凝胶,可能拯救许多生命。
聚合物凝胶存储可以防止爆炸和火灾事故大大减少燃料的蒸发,反过来,可燃气体混合物的形成,容易发生泄漏后储存设施。
Naoki Hosoya,教授,Shibaura理工学院
Hosoya补充道,“许多工作在这方面仍有待完成,如检查聚合物凝胶的稳定性和性能在不同的温度、压力、湿度条件,以及开发简单的制造过程和更好的方法来使用这些fuel-loaded凝胶在实际发动机。”
期刊引用:
Hosoya, N。等。(2022)化学交联凝胶存储燃料实现抑制蒸发。化学工程杂志。doi.org/10.1016/j.cej.2022.136506。
来源:https://www.shibaura-it.ac.jp/en