一种氮硫共掺杂型碳点润滑添加剂及其制备方法和应用

本发明属于润滑油添加剂，具体涉及一种氮硫共掺杂型碳点润滑添加剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、在大规模机械设备、交通等领域，摩擦磨损造成的能源损失约占全球能源消耗的30％。润滑是降低磨损最有力的途径，在工业革命发展的过程中，润滑油的需求越来越大，全世界每年超过78％的润滑油需求是通过使用矿物油基润滑油来满足的。然而，在矿物油生产和使用过程中，常常伴随着污染和环境问题，设备技术的进步导致对润滑油的条件和要求更加苛刻，许多条件和要求超出了矿物油基润滑油的适用范围,使矿物油基润滑油在世界范围内的使用量在不断减少。取而代之的是，例如聚α烯烃(pao)、聚乙二醇(peg)、聚烷撑乙二醇(pag)。但合成润滑油在长时间运转、高速运转或高负荷下的服役行为在很大程度上取决于润滑油添加剂的性能，而碳基纳米材料具有独特的结构特性，可以赋予不同于传统材料的物理化学性能，具有重要的应用和开发价值。作为合成润滑油添加剂具有良好的应用前景。

2、然而，由于纳米颗粒的化学惰性，且分散介质复杂成本高，难以保证其在润滑油中长期稳定分散。所以提高其在润滑剂中的分散稳定性对摩擦学性能至关重要。碳点是一种直径小于10纳米的新型纳米材料，在2004年首次被报道。良好的荧光性、化学稳定性和生物相容性等，使得碳点被广泛应用于生物医学、生物成像、光电子显示器等领域。与传统的碳材料相比，碳点表面具有很强的可设计性。但是，研究中仍存在一些问题，如制备流程复杂，无法大规模合成等，极大地限制了其在工业上的商业价值。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，针对合成润滑油制备流程复杂，在工业运用上的局限性，提供一种氮硫共掺杂型碳点润滑添加剂及其制备方法和应用。该制备方法所用原料易得，合成成本低、操作方法简单，适用范围广，使用本发明的制备方法所制备的氮硫共掺杂型碳点润滑油添加剂在合成润滑油具有良好的分散稳定性和润滑稳定性，且进一步提升了合成润滑油的承载能力以及抗磨减磨性能。

2、为了实现上述目的，本申请采用的技术方案为：

3、本发明的第一个目的是提供一种氮硫共掺杂型碳点润滑添加剂的制备方法，包括以下步骤：

4、将三硝基芘和硫脲溶于水中，加入胺形成混合溶液后进行恒温水浴超声分散，超声处理后在160～250℃下进行水热处理得到前驱体；

5、向前驱体中加入有机溶剂，室温混合后，进行抽滤、透析和干燥，得到氮硫共掺杂型碳点润滑油添加剂。

6、优选的，混合溶液中，所述三硝基芘的浓度为1.0～8.0g/l，硫脲的浓度为0.1～1.0m。

7、优选的，当胺为氢氧化铵时，胺在三硝基芘和硫脲混合溶液中的浓度为1.0～2.0m；当胺为胍基丙酸、谷氨酸、组氨酸及其衍生物的一种时，胺在三硝基芘和硫脲混合溶液中的浓度为0.1～0.3m。

8、优选的，所述恒温水浴的温度为10～30℃，超声分散时间为1～2h。

9、优选的，所述水热处理的时间为6～18h。

10、优选的，所述前驱体和有机溶剂的体积比为1:1，所述有机溶剂为乙醇、甲醇、乙二醇中的一种。

11、优选的，抽滤采用的滤膜为0.22μm的水系微孔滤膜，透析选用透析袋的截留分子量为500～3500da，透析时间1～2d。

12、本发明的第二个目的是提供上述制备方法制备的氮硫共掺杂型碳点润滑添加剂。

13、本发明的第三个目的是提供上述氮硫共掺杂型碳点润滑油添加剂在润滑油中的应用，所述氮硫共掺杂型碳点在润滑油中的添加量为0.05～5wt％。

14、优选的，所述润滑油为peg、pao、pag中的一种。

15、与现有技术相比，本发明的有益效果：

16、(1)本发明通过对前驱体的结构和种类进行筛选，可以制备表面富含氧、氮、硫等极性基团钝化的碳点，可以使其在合成润滑油中表现出优异的分散稳定性，和更高的抗磨减磨性，制备方法所用原料易得，合成成本低、操作方法简单，适用范围广，使用本发明的制备方法所制备的氮硫共掺杂型碳点润滑油添加剂具有良好的分散稳定性，且在五个月后依然保持良好的润滑性能具有极长的润滑时效性。

17、(2)结果表明，与纯peg200相比，浓度仅达到0.1wt％就可以将平均摩擦系数从0.245降低到0.128，减少56％，磨损体积可以降低59％。

技术特征：

1.一种氮硫共掺杂型碳点润滑添加剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的氮硫共掺杂型碳点润滑添加剂的制备方法，其特征在于，混合溶液中，所述三硝基芘的浓度为1.0～8.0g/l，硫脲的浓度为0.1～1.0m。

3.根据权利要求1所述的氮硫共掺杂型碳点润滑添加剂的制备方法，其特征在于，当胺为氢氧化铵时，胺在三硝基芘和硫脲混合溶液中的浓度为1.0～2.0m；当胺为胍基丙酸、谷氨酸、组氨酸及其衍生物的一种时，胺在三硝基芘和硫脲混合溶液中的浓度为0.1～0.3m。

4.根据权利要求1所述的氮硫共掺杂型碳点润滑添加剂的制备方法，其特征在于，所述恒温水浴的温度为10～30℃，超声分散时间为1～2h。

5.根据权利要求1所述的氮硫共掺杂型碳点润滑添加剂的制备方法，其特征在于，所述水热处理的时间为6～18h。

6.根据权利要求1所述的氮硫共掺杂型碳点润滑添加剂的制备方法，其特征在于，所述前驱体和有机溶剂的体积比为1:1，所述有机溶剂为乙醇、甲醇、乙二醇中的一种。

7.根据权利要求1所述的氮硫共掺杂型碳点润滑添加剂的制备方法，其特征在于，抽滤采用的滤膜为0.22μm的水系微孔滤膜，透析选用透析袋的截留分子量为500～3500da，透析时间1～2d。

8.一种权利要求1-7任一项所述的制备方法制备的氮硫共掺杂型碳点润滑添加剂。

9.一种根据权利要求8所述的氮硫共掺杂型碳点润滑油添加剂在润滑油中的应用，其特征在于，所述氮硫共掺杂型碳点在润滑油中的添加量为0.05～5wt％。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述润滑油为peg、pao、pag中的一种。

技术总结
本发明属于润滑油添加剂技术领域，公开了一种氮硫共掺杂型碳点润滑添加剂及其制备方法和应用。制备方法包括以下步骤：将三硝基芘和硫脲溶于水中，加入胺形成混合溶液后进行恒温水浴超声分散，超声处理后在160～250℃下进行水热处理得到前驱体；向前驱体中加入有机溶剂，室温混合后，进行抽滤、透析和干燥，得到氮硫共掺杂型碳点润滑油添加剂。本发明通过对前驱体的结构和种类进行筛选，可以制备表面富含氧、氮、硫等极性基团钝化的碳点，可以使其在合成润滑油中表现出优异的分散稳定性，和更高的抗磨减磨性，所制备的氮硫共掺杂型碳点润滑油添加剂具有良好的分散稳定性，且在五个月后依然保持良好的润滑性能具有极长的润滑时效性。

技术研发人员：叶谦,薛盛华,崔宇虹,刘淑娟,刘维民
受保护的技术使用者：西北工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1