随着现代工业和经济的飞速发展，人类对燃料需求急剧增长，同时对节能和环保的要求也越来越高，然而随着重油深加工技术发展，重油中重质组分增多，粘度增大，在燃烧时雾化不充分，导致燃烧不完全产生大量炭粒形成黑烟污染环境。同时，重油中含有较多的杂质原子氮和硫，燃烧时由于炉膛内喷嘴处的温度较高，形成氮和硫的氧化物，污染大气。为了满足节能和环保需求，人们除了继续开发新的能源外，还要不断改进现有燃料的品质和种类并采用新的燃烧技术，其中重油掺水乳化燃烧技术则是节约能源和减少污染的最佳方法之一。本文以利用乳化油提高燃烧效率和降低排气污染为主要目标，从理论上总结分析了乳化油的节能和降低尾气排放的机理。复配出高效的复合型乳化剂，对重油进行乳化超细加工得到粒径小于100纳米的乳化重油。配制出不同掺水率的稳定乳化重油，对影响乳化重油的稳定性、表面张力、粘度等因素进行了分析。采用氧弹热值对比法对所研制的纳米化重油燃烧效果进行实验室评价，并利用盐酸萘乙二胺分光光度法和碘氧化法对乳化重油燃烧排放的NO_x、SO₂进行了检测。电导法结果显示：乳化后的重油的电导率较水的电导率更接近，说明实验所配制的乳化重油为水包油（O／W）型。TEM分析结果表明：纳米化后的重油呈水包油（O／W）型乳液结构，油水界面清晰，界面膜较厚，乳化油粒径约为20～60 nm。经过粘度和稳定性测试，发现：分散乳化后的重油粘度增幅小，掺水量在15％以内时，粘度增幅不超过20％，且随着掺水量的增加，乳化重油的粘度逐渐减少；乳化重油稳定性好，掺水量小于12％时，室温下至少可保存10个月，80℃高温3天不破乳。燃烧性能测试结果表明：纳米化后的重油燃烧性能得到了很大改善，在掺水量为3％～12％时，重油的燃烧效率提高了2.5％～6.1％；当含水量为20％时，NO_x排放量较未乳化重油降低22.2％。当掺水量为10％时SO₂的排放量降低效果最明显，降低了15.3％。为了进一步改善重油的燃烧性能，利用纳米材料的比表面积大、催化活性好等特点。在乳化重油中添加一定量的纳米CeO₂和Zr、Zn掺杂型CeO₂催化剂，利用XRD、SEM、BET对纳米催化剂的形貌结构及表面性质进行表征，研究了纳米氧化物催化剂的结构与其助燃降污效果间的关系。实验结果表明，纳米稀土催化剂能明显降低乳化重油燃烧排放的NO_x、SO₂含量，当纳米氧化铈的含量为0.2％时，SO₂排放降低了24％，而NO_x排放降低了62％。在CeO₂中加入一些Zn、Zr等助催化元素其结果更为明显，其中Zn掺杂对降低SO₂排放效果明显，Zr掺杂对降低NO_x排放效果更大。