一种乙醇汽油水探测型滤芯的制作方法

1.本发明属于过滤技术领域，具体为一种乙醇汽油水探测型滤芯。


背景技术：

2.加油站提供的成品油在炼油厂制成到加注入机动车油箱之前，会在油库和加油站的地下储油罐储存一段时间，而在不同存储点之间的装卸、运输过程中，不可避免的会引入各种各样的杂质，包括泥沙、灰尘、铁屑、雨水等。久而久之，在地下储油罐内就会积存或多或少的水杂以及固体杂质。如果这些水杂和固体杂质加注到机动车油箱中，就会污染机动车的供油管路甚至是内燃机，导致机动车供油不畅、油路堵塞、油耗增加等现象，甚至存在损伤高压油泵及喷油嘴的风险，这对机动车车主来说是一个不小的财产损失，对加油站来说也是致命的经济赔偿和名誉损失。为了彻底避免成品油中的水杂和固体颗粒加注到机动车油箱中，加油站一般会在储油罐和加油机油枪口之间设置多层过滤来进行保护油品质量，但是这些过滤只能简单的拦截成品油中的固体杂质，无法将成品油中危害最大的水杂去除。由于水和成品油的相容性并不是很好，而且水的比重较大，所以一般来说水杂会沉淀在储油罐的下层并不会加注出来，但是当加油站进行卸油作业时，会将储油罐下层的水杂冲击起来，使水杂被加油机加注出来成为了可能。为了防止这种情况的发生，在加油站在卸油作业时以及完成卸油作业后的至少一个小时内，并不进行成品油的销售。然而，加油站的主要盈利能力就是成品油的销售，这种卸油作业后需要稳油后再进一步销售油品的操作流程，严重影响了成品油的销售速度，对加油站来说是不小的经济损失，而且也导致了消费者的不满和流失。
3.吸水材料具有大量的-cooh和-coona亲水基团，这些亲水基团决定了吸水材料具有很强的吸水性能。
4.吸水材料吸水主要靠表面亲水性基团与水分子的作用，以及吸水材料内部的三维空间网络的作用，三维网络的内空间越大，吸水率越高，反之，网络的内空间越小，吸水率越低。在吸水材料吸水的初期，主要是通过毛细现象吸附和分散作用来实现的，此时吸水速率并不快，接着水分子与吸水材料的亲水基团发生键合，生成氢键，增强吸水材料和水的作用力，也就说我们平时所说的锁水能力。当水分子和吸水材料之间生成氢键时，吸水材料的阳离子开始电离，并游离在水分子之间，而固定在大分子链段上的阴离子之间因为静电作用会相互排斥，进一步使得吸水材料链段向舒展状态活动，使吸水材料的内部网络结构发生扩张，宏观表现就是吸水材料尺寸变大。
5.中国专利cn204474316u公开的加油机用乙醇汽油水探测型滤芯正是利用吸水材料遇水膨胀的特点，将其作为功能材料使用在乙醇汽油水探测型滤芯中，当吸水材料遇到成品油中的水分后，就会吸水并且自身发生膨胀，膨胀时自然地减少了油路的管径，使通过油路的流量降低，严重时甚至膨胀至完全堵死油路，从而起到水探测的作用。
6.虽然使用吸水材料作为功能材料制成的乙醇汽油水探测型滤芯在汽油、柴油、生物柴油中都能够正常发挥作用，但是却在乙醇汽油中失去了他的功能性。
7.这是因为乙醇汽油水探测型滤芯要想实现水探测功能的核心在于吸水材料其自身携带的大量亲水基团和水形成氢键，并发生水解，电离出大量的羧酸根离子，从而使得吸水材料发生吸水膨胀。然而，在乙醇汽油中，由于乙醇的存在，并且正常情况下乙醇含量远远大于水含量，导致乙醇和亲水基团之间更容易建立氢键联系，反而阻碍了亲水基团和水之间的氢键的形成，影响了水分子的进入和亲水基团的水解，抑制了吸水材料的膨胀行为，使乙醇汽油水探测型滤芯失去了水探测的功能。


技术实现要素：

8.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种乙醇汽油水探测型滤芯，包括：上端盖和下端盖，上端盖和下端盖平行设置；波纹折叠状的微孔材料，微孔材料设置在上端盖和下端盖之间，所述微孔材料呈圆柱状，且微孔材料的中心处设置有中心管；改性吸水材料，所述改性吸水材料设置在所述中心管的外侧；柔性材料，所述改性吸水材料与柔性材料形成三明治结构后围绕所述中心管缠绕包卷两层。
9.优选地，所述中心管的轴线与所述微孔材料的轴线相重合。
10.优选地，所述中心管为冲孔板卷管或马口铁螺旋焊接冲孔管。
11.优选地，所述上端盖和下端盖由金属材料制成。
12.优选地，所述微孔材料为燃油滤纸、金属网、硬性无纺布材料。
13.所述改性吸水材料为改性聚丙烯酸钠材料、改性膨润土按照重量比3:1复配而成。
14.优选地，所述改性聚丙烯酸钠材料的制备方法为：将聚丙烯酸钠溶于去离子水中，在60℃下，以450-550r/min的速率解热搅拌至溶解，按照聚丙烯酸钠和蒙脱土的质量比为9:1的比例，加入蒙脱土，继续在60℃下，以400-500r/min的速率加热搅拌60min，升温至75℃，以750r/min的速率加热搅拌反应180min；反应完成后，将溶液放入烘箱中，在通风条件下恒温85℃干燥48h，得到改性聚丙烯酸钠材料。
15.优选地，改性膨润土的改性方法为：s11：将膨润土按照重量比1:5加入到盐酸溶液中，随后再加入膨润土总量10-15%的壳聚糖、3-6%的烷基磺酸钠，搅拌均匀；s12：将纳米二氧化硅按照重量比1:3加入到去离子水中，随后加入纳米二氧化硅总量10-15%的氨基三乙酸、5-10%的硅烷偶联剂kh560，搅拌均匀，得到纳米二氧化硅添加剂；s13：将纳米二氧化硅添加剂、s11产物按照重量比1:5搅拌配制，搅拌结束，水洗、干燥，得到改性膨润土。
16.优选地，盐酸溶液的质量分数为10-15%。
17.优选地，s13搅拌配制的温度为45-55℃，搅拌时间为20-30min，搅拌转速为1000-1500r/min。
18.本发明利用蒙脱土对吸水材料进行侧基修饰处理，由于蒙脱土自身携带大量铁、镁、钙、钠、钾等离子，而和水相比，乙醇对这些阳离子的亲和性极差，从而使得水分子而不
是乙醇分子上的羟基先一步和吸水材料上的亲水基团形成氢键，从而使得吸水材料拥有正常的吸水膨胀功能。同时，膨润土其自身也有一定的吸水膨胀的特性，所得到的改性吸水材料在成品油中吸水性能进一步得到提高；改性后的蒙脱土性能得到优化，从而提高了膨润土的效率；同时能够与改性聚丙烯酸钠材料进行协配增效，二者协同处理，提高了吸水性能，从而改进了产品的使用效率。
19.本发明的有益效果是：为了保证油品质量，并且增加加油站的盈利能力，提供了一种吸水能力极强的改性吸水材料，设计了一种可以使加油站在卸油作业的同时也可以进行成品油销售的加油机用乙醇汽油水探测型滤芯。这种乙醇汽油水探测型滤芯具有能在所有成品油中除水的能力，并且当遇到大量水的时候，能够自行使加油机流量骤降甚至完全切断油路使加油枪不再出油，对加油员起到警示作用，达到水探测的作用。特别的，这种乙醇汽油水探测型滤芯无需用电，并且其自身导通，具有防静电的作用，比其他手段和方式安全性更高。
附图说明
20.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
21.在附图中：图1为本发明的结构示意图；图2为本发明图1中的部分剖面图；图3为本发明图2包卷前的展开图。
22.图中：1.上端盖，2.中心管，3.改性吸水材料，4.柔性材料，5.微孔材料，6.下端盖。
具体实施方式
23.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.请参阅图1-图3，一种乙醇汽油水探测型滤芯，包括：上端盖1和下端盖6，上端盖1和下端盖6平行设置，上端盖1和下端盖6由金属材料制成，可以选择镀锌板或耐指纹板等；波纹折叠状的微孔材料5，微孔材料5设置在上端盖1和下端盖6之间，所述微孔材料5呈圆柱状，且微孔材料5的中心处设置有中心管2，中心管2为冲孔板卷管或马口铁螺旋焊接冲孔管；微孔材料5与上端盖1和下端盖6之间使用粘合剂粘合固定；改性吸水材料3，所述改性吸水材料3设置在所述中心管2的外侧；柔性材料4，所述改性吸水材料3与柔性材料4形成三明治结构后围绕所述中心管2缠绕包卷两层。
25.在本实施例中，油从该滤芯通过时，首先微孔材料5对油中的杂质进行过滤，从而提高滤芯的容杂能力和使用寿命；当油中含有水分时，改性吸水材料3在吸水后膨胀，从而
使起到阻隔的作用，降低滤芯中油的通过能力甚至完全阻断，对机动车的供油管路甚至是内燃机可以起到很好的保护作用，有效减少机动车供油不畅、油路堵塞、油耗增加等现象。
26.所述中心管2的轴线与所述微孔材料5的轴线相重合。
27.所述微孔材料5为燃油滤纸、金属网、硬性无纺布（如针刺无纺布、水刺无纺布等）等具有固液分离功能的材料，微孔材料5起到初步过滤的效果。
28.改性吸水材料为改性聚丙烯酸钠材料、改性膨润土按照重量比3:1复配而成。
29.本实施例的改性聚丙烯酸钠材料的制备方法为：将聚丙烯酸钠溶于去离子水中，在60℃下，以450-550r/min的速率解热搅拌至溶解，按照聚丙烯酸钠和蒙脱土的质量比为9:1的比例，加入蒙脱土，继续在60℃下，以400-500r/min的速率加热搅拌60min，升温至75℃，以750r/min的速率加热搅拌反应180min；反应完成后，将溶液放入烘箱中，在通风条件下恒温85℃干燥48h，得到改性聚丙烯酸钠材料。
30.本实施例的改性膨润土的改性方法为：s11：将膨润土按照重量比1:5加入到盐酸溶液中，随后再加入膨润土总量10-15%的壳聚糖、3-6%的烷基磺酸钠，搅拌均匀；s12：将纳米二氧化硅按照重量比1:3加入到去离子水中，随后加入纳米二氧化硅总量10-15%的氨基三乙酸、5-10%的硅烷偶联剂kh560，搅拌均匀，得到纳米二氧化硅添加剂；s13：将纳米二氧化硅添加剂、s11产物按照重量比1:5搅拌配制，搅拌结束，水洗、干燥，得到改性膨润土。
31.本实施例的盐酸溶液的质量分数为10-15%。
32.本实施例的s13搅拌配制的温度为45-55℃，搅拌时间为20-30min，搅拌转速为1000-1500r/min。
33.实施例1.本实施例的改性聚丙烯酸钠材料的制备方法为：将聚丙烯酸钠溶于去离子水中，在60℃下，以450r/min的速率解热搅拌至溶解，按照聚丙烯酸钠和蒙脱土的质量比为9:1的比例，加入蒙脱土，继续在60℃下，以400r/min的速率加热搅拌60min，升温至75℃，以750r/min的速率加热搅拌反应180min；反应完成后，将溶液放入烘箱中，在通风条件下恒温85℃干燥48h，得到改性聚丙烯酸钠材料。
34.本实施例的改性膨润土的改性方法为：s11：将膨润土按照重量比1:5加入到盐酸溶液中，随后再加入膨润土总量10%的壳聚糖、3%的烷基磺酸钠，搅拌均匀；s12：将纳米二氧化硅按照重量比1:3加入到去离子水中，随后加入纳米二氧化硅总量10%的氨基三乙酸、5%的硅烷偶联剂kh560，搅拌均匀，得到纳米二氧化硅添加剂；s13：将纳米二氧化硅添加剂、s11产物按照重量比1:5搅拌配制，搅拌结束，水洗、干燥，得到改性膨润土。
35.本实施例的盐酸溶液的质量分数为10%。
36.本实施例的s13搅拌配制的温度为45℃，搅拌时间为20min，搅拌转速为1000r/
min。
37.实施例2.本实施例的改性聚丙烯酸钠材料的制备方法为：将聚丙烯酸钠溶于去离子水中，在60℃下，以550r/min的速率解热搅拌至溶解，按照聚丙烯酸钠和蒙脱土的质量比为9:1的比例，加入蒙脱土，继续在60℃下，以500r/min的速率加热搅拌60min，升温至75℃，以750r/min的速率加热搅拌反应180min；反应完成后，将溶液放入烘箱中，在通风条件下恒温85℃干燥48h，得到改性聚丙烯酸钠材料。
38.本实施例的改性膨润土的改性方法为：s11：将膨润土按照重量比1:5加入到盐酸溶液中，随后再加入膨润土总量15%的壳聚糖、6%的烷基磺酸钠，搅拌均匀；s12：将纳米二氧化硅按照重量比1:3加入到去离子水中，随后加入纳米二氧化硅总量15%的氨基三乙酸、10%的硅烷偶联剂kh560，搅拌均匀，得到纳米二氧化硅添加剂；s13：将纳米二氧化硅添加剂、s11产物按照重量比1:5搅拌配制，搅拌结束，水洗、干燥，得到改性膨润土。
39.本实施例的盐酸溶液的质量分数为15%。
40.本实施例的s13搅拌配制的温度为55℃，搅拌时间为30min，搅拌转速为1500r/min。
41.实施例3.本实施例的改性聚丙烯酸钠材料的制备方法为：将聚丙烯酸钠溶于去离子水中，在60℃下，以500r/min的速率解热搅拌至溶解，按照聚丙烯酸钠和蒙脱土的质量比为9:1的比例，加入蒙脱土，继续在60℃下，以450r/min的速率加热搅拌60min，升温至75℃，以750r/min的速率加热搅拌反应180min；反应完成后，将溶液放入烘箱中，在通风条件下恒温85℃干燥48h，得到改性聚丙烯酸钠材料。
42.本实施例的改性膨润土的改性方法为：s11：将膨润土按照重量比1:5加入到盐酸溶液中，随后再加入膨润土总量12.5%的壳聚糖、4.5%的烷基磺酸钠，搅拌均匀；s12：将纳米二氧化硅按照重量比1:3加入到去离子水中，随后加入纳米二氧化硅总量12.5%的氨基三乙酸、7.5%的硅烷偶联剂kh560，搅拌均匀，得到纳米二氧化硅添加剂；s13：将纳米二氧化硅添加剂、s11产物按照重量比1:5搅拌配制，搅拌结束，水洗、干燥，得到改性膨润土。
43.本实施例的盐酸溶液的质量分数为12.5%。
44.本实施例的s13搅拌配制的温度为50℃，搅拌时间为25in，搅拌转速为1250r/min。
45.膨润土对吸水材料进行侧基修饰处理，由于膨润土自身携带大量铁、镁、钙、钠、钾等离子，而和水相比，乙醇对这些阳离子的亲和性极差，从而使得水分子而不是乙醇分子上的羟基先一步和吸水材料上的亲水基团形成氢键，从而使得吸水材料拥有正常的吸水膨胀功能。同时，膨润土其自身也有一定的吸水膨胀的特性，所得到的改性吸水材料在成品油中吸水性能进一步得到提高；改性后的膨润土性能得到优化，从而提高了膨润土的效率；
同时能够与改性聚丙烯酸钠材料进行协配增效，二者协同处理，提高了吸水性能，从而改进了产品的使用效率。
46.使用未进行改性的聚丙烯酸钠作为吸水材料制成乙醇汽油水探测型滤芯作为对照组，和上述实施例中所得到的乙醇汽油水探测型滤芯分别安装到加油机中，对100l成品油进行循环加注，然后模拟油罐底部存在少量水杂被边卸边加时冲到加油机入油口的状态，向成品油中加入2l水，测试加入水后不同实施例所得的乙醇汽油水探测型滤芯的出油量。制得一提的是，其中时间计算是以加入水的时间作为开始时间，由于管路长度等问题，此时乙醇汽油水探测型滤芯并没有探测到有水，在实际测试时，中间通常会存在约5-8s的空白时间。可以明显看到的是，在加油机入油口加水后，有几秒的时间出油口会正常出油，然后流量骤降直至停止出油。
47.表1在乙醇汽油中正常使用的乙醇汽油水探测型滤芯在探测到有水后的加油量的测试数据 对照组实施例1实施例2加入水之前流经滤芯的流量/l/min424242加入水后前10s出油量/ml680055502500加入水后10s-60s出油量/ml28000500加入水后60s-120s出油量/ml30000300加入水后120s-180s出油量/ml28000300表2在高清汽油中正常使用的乙醇汽油水探测型滤芯在探测到有水后的加油量的测试数据 对照组实施例1实施例2加入水之前流经滤芯的流量/l/min424242加入水后前10s出油量/ml500055502500加入水后10s-60s出油量/ml300500加入水后60s-120s出油量/ml5000加入水后120s-180s出油量/ml5000表3在柴油中正常使用的乙醇汽油水探测型滤芯在探测到有水后的加油量的测试数据 对照组实施例1实施例2加入水之前流经滤芯的流量/l/min424242加入水后前10s出油量/ml680055502500加入水后10s-60s出油量/ml800450150加入水后60s-120s出油量/ml15000加入水后120s-180s出油量/ml5000表4在生物柴油中正常使用的乙醇汽油水探测型滤芯在探测到有水后的加油量的测试数据 对照组实施例1实施例2加入水之前流经滤芯的流量/l/min424242加入水后前10s出油量/ml650057005250
加入水后10s-60s出油量/ml1000500350加入水后60s-120s出油量/ml50040030加入水后120s-180s出油量/ml50030030由上述各表中可以明显看出，未改性的聚丙烯酸钠虽然在高清汽油、柴油、生物柴油中均能起到良好的水探测功能，在乙醇汽油水探测型滤芯遇水后，通过乙醇汽油水探测型滤芯的流量骤降至原流量的几十分之一以下，但是在乙醇汽油中却几乎丧失了该功能。这是因为当乙醇汽油遇到水时，因为水和油的相容性较差，导致出现分层现象，而水对乙醇的亲和性远远大于油对乙醇的亲和性，所以乙醇汽油中的乙醇会被水萃取出来，此时乙醇汽油和水的混合溶液出现明显分层现象，且下清液为水-乙醇溶液，上清液为汽油。然后当水-乙醇溶液和聚丙烯酸钠接触时，由于溶液中乙醇含量远远大于水的含量，导致聚丙烯酸钠中的羧酸基团更容易和乙醇分子之间形成氢键，并且阻碍延缓了水分子和羧酸基团形成氢键的速度，进一步导致聚丙烯酸钠的吸水膨胀能力下降，从而使得混入乙醇汽油中的水能够顺利经过乙醇汽油水探测型滤芯加注进入机动车油箱。而经过膨润土改性后的聚丙烯酸钠由于膨润土中的大量离子导致对极性更大的水的亲和性进一步提高，并且由于乙醇的弱极性以及乙醇不电离的特性，隐隐成为了亲水疏醇的材料，从而使得水分子能够顺利快速地和聚丙烯酸钠建立氢键联系，并且是羧酸离子顺利电离使聚丙烯酸钠体积膨胀封锁油路，让乙醇汽油水探测型滤芯恢复了水探测的功能。同时，当使用乙二胺四乙酸钠作为螯合剂进一步增强膨润土对聚丙烯酸钠的改性时，聚丙烯酸钠在乙醇水溶液中的吸水膨胀能力得到了进一步的提升。
48.而且经过比较表1至表4中不同乙醇汽油水探测型滤芯的表现行为可以明显发现，改性后的聚丙烯酸钠不但恢复了在乙醇汽油中的吸水膨胀能力，而且在其他成品油中也显著增强了吸水膨胀能力，使乙醇汽油水探测型滤芯的水探测能力进一步提高。
49.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
50.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。