超疏水二氧化硅二甲硅烷酯修饰的生物燃料液滴燃烧行为：从原子尺度到宏观尺度的多尺度分析

推荐：为解决生物燃料高粘度导致的燃烧效率低、排放高等问题，研究人员开展了超疏水二氧化硅二甲硅烷酯(SSDmS)修饰的麻风树油(CJO)燃烧行为研究。通过FTIR、SEM、热成像等技术，发现SSDmS使CJO热值提升20.3%，粘度降低3%，点火延迟缩短18 ms，火焰对称性提高35%，为生物燃料的界面工程优化提供了新思路。

　　

随着全球对可再生能源需求的增长，植物油基生物燃料因其可再生性和低碳特性备受关注。然而，这类燃料存在高粘度（如麻风树油粘度达40 mm²/s，是柴油的4倍）、点火延迟（大液滴延迟达210 ms）和燃烧不完全等问题，严重制约其实际应用。传统解决方案如化学预处理或混合柴油虽能部分改善性能，但往往伴随高成本或二次污染。如何通过绿色、高效的方式提升生物燃料的燃烧性能，成为能源领域的重要课题。

针对这一挑战，潘卡玛尔加大学工业工程系的研究团队创新性地将超疏水二氧化硅二甲硅烷酯(SSDmS)作为多功能催化剂，对粗麻风树油(CJO)进行改性，并首次从原子尺度到宏观尺度系统分析了其燃烧行为。这项发表在《Results in Engineering》的研究揭示，SSDmS通过独特的界面相互作用显著提升燃料性能：热值增加20.3%（从9825升至10615 cal/g），粘度降低3%，点火提前18 ms，火焰对称性提高35%，为生物燃料的纳米界面工程提供了全新范式。

研究人员采用四大关键技术：1）通过扫描电镜(SEM)观察SSDmS与CJO的微观结构变化；2）傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析分子键振动模式；3）热成像技术绘制燃料表面温度分布；4）悬滴燃烧实验记录火焰演化过程。这些方法多尺度联用，完整揭示了SSDmS的催化机制。

【分子相互作用与结构变化】
SEM显示SSDmS的孔隙被CJO分子填充（图3），密度从0.7824增至0.7965 g/mL，证实两者形成紧密界面。FTIR谱图中C=O透射率提升17%（图6），表明SSDmS增强了分子极化和电子离域，这与粘度降低（1.541→1.495 cSt）共同促进了燃料活化。

【热力学性能提升】
热成像显示SSDmS使高温区覆盖率增加30%（图4），温度上升速度加快1.7倍。模拟热传导曲线（图5）证实改性燃料具有更陡峭的温度梯度，归因于SSDmS促进声子耦合和电子离域，使热阻降低35%。

【燃烧行为优化】
悬滴燃烧实验（图7）直观显示：SSDmS使火焰更紧凑对称，点火提前18 ms。这是由于闪点从215°C降至200°C，且SSDmS表面甲基(-CH₃)与CJO烃链的范德华力促进了分子吸附和键断裂。

该研究创新性地提出SSDmS的双重作用机制：既是热传导桥梁（通过声子耦合加速能量传递），又是分子级催化剂（通过降低活化能促进反应）。这种"界面工程"策略避免了化学改性的复杂性，为生物燃料性能提升开辟了新途径。未来可通过密度泛函理论(DFT)进一步探究电子转移机制，并将该技术拓展至其他植物油体系。这项从原子互动到宏观火焰的多尺度研究，不仅深化了对燃烧科学的认识，更为开发高效清洁能源提供了关键技术支撑。