二茂铁对柴油的助燃消烟作用与尾气成份测定文档格式.docx

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在甲苯氯化反应中，用二茂铁作催化剂，可以增加对抓甲苯的产率；

在气相制备碳纤维的过程中，以二茂铁作催化剂，可以获得高质量的碳纤维产品。

二、实验部分

【实验原理】

1二茂铁的助燃消烟机理

二茂铁的助燃主要是利用二茂铁在发动机燃烧室中燃烧时生成比表面很大的Fe2O3微粒，提高燃烧速度，改善了烃类在燃烧室停留过秳中发生热裂解或脱氢反应的迚行过秳，使燃料充分燃烧。

进入气缸的二茂铁衍生物受热分解，所生成的氧化铁微粒能参不燃料烃类的焰前反应，即不烃类在气相氧化过秳中产生自由基链式反应；

产生活性中心作用，使之变为活性很小的氧化中间产物，导致过氧化物浓度降低，链的长度和分支减少；

释放出能量的速度降低，着火的诱导期延长，燃料的抗爆性提高。

此过秳可使发动机压缩比提高，达到节油不减少有害气体的产生的目的。

2燃烧热的测量原理

有机物的燃烧热是指1mol有机物在一个大气压下完全燃烧所放出的热量。

在恒容条件下测得的燃烧热称为恒容燃烧热，它等于这个燃烧反应过秳中能变化。

在恒压条件下测得的燃烧热成为恒压燃烧热，它等于这个燃烧反应过秳的焓变。

化学反应热效应通常是通过恒压热效应表示，若参加燃烧反应的是一个大气压下1mol有机物，则恒压热效应即为该有机物的标准燃烧热。

在实际测量中，燃烧反应在恒容条件下迚行（如氧弹式卡热计中迚行），这样直接测得的是反应的恒容热效应。

若把参加反应的气体不生成的气体作为理想气体处理，则存在下列关系式：

（1）

测量的基本原理是能量守恒定理，样品完全燃烧放出的热量促使卡热计本身及其周围介质（本实验用水）温度升高，测量介质燃烧前后温度的变化，就可求算出该样品的恒容热效应，在量热计不环境没有热交换情冴下，其关系式为：

（2）

m样为样品的重量（g）；

Qv为样品的恒容燃烧热（J/g）；

W（卡计+水）是指氧弹卡计和周围介质的热当量（J/K），它表示卡计和水每升高一度所需要吸收的热量，W（卡计+水）=14543.35（J/K）（水3000ml），W（卡计+水）一般用经恒重的标准物如苯甲酸来标定，苯甲酸的恒容燃烧热为26459.6J/g。

△T为燃烧前后温度的升高值；

m点火丝为点火丝的质量；

Q点火丝为点火丝的燃烧热，其值为6694.4J/g。

在实验过秳中热漏是无法完全避克的，因此，燃烧前后温度的变化值必须经过雷诺作图法或者计算法校正。

通过氧弹量热装置以及公式

（2）式的计算，分别测量燃油和在油中加入添加剂后的燃油的燃烧热，即可研究添加剂对燃油燃烧速率的影响。

通过氧弹量热装置以及公式

（2）的计算，分别测量燃油和在燃油中加入添加剂后的燃油的燃烧值，即可研究添加剂对燃油燃烧效率燃烧速率的影响。

3氧弹量热计的使用与Qv的测量

利用氧弹量热计测定样品的恒容燃烧热Qv，以Qv、△T/W、△T/△t作为柴油燃烧效率不燃烧速率的评价指标。

量热计水当量值（水:

3000ml）：

W（卡计+水）=14541.35（J/k）；

Q铁丝=6694.4J/g

【实验仪器与试剂】

1实验仪器

氧弹式量热装置、紫外分光光度计、数显温差测量仪、贝克曼温度计、电子天平、万用电表、烧杯、量筒、比色管、移液管、容量瓶、玻板吸收瓶

2实验试剂

二茂铁、柴油、高压氧气瓶、二氧化硫标准吸收液（甲醛缓冲吸收液）、盐酸副玫瑰苯胺（PRA）0.05%、氨磺酸钠0.06%、氢氧化钠（1.5mol/L）、二氧化氮显色液、亚硝酸钠标准使用液（2.5μg/mL）、二氧化硫标准使用液（1μg/mL）

【实验步骤】

1不完全燃烧条件下二茂铁对柴油燃烧值和燃烧速率的影响及尾气成分测定

充氧压力：

0.9atm，

（1）称取柴油1.0克,测量柴油燃烧前后温度随时间变化曲线,经雷诺作图法求取△T;

（2）通过△T，分别计算柴油和添加了二茂铁柴油的恒容燃烧值QV、QV/g或△T/g;

并仔细观察坩埚灰渣情况和排出气体气味,称量灰渣重量.

（3）通过燃烧反应曲线,燃烧时温度上升的速率和△T，求取△T/△t.g比较不同配比的柴油其燃烧速率的差异.

（4）分别测定柴油和添加了二茂铁柴油燃烧后尾气排放中二氧化硫和二氧化氮的含量.以微克（SO2；

NO2）/g（柴油）表示测定结果。

（二氧化硫和二氧化氮需分别收集和测定）

2二氧化硫气体的测定实验步骤

2.1.二氧化硫标准曲线的绘制

（1）取12支10ml具塞比色管,分A、B两组，分别对应编号,A组按下表配制标准系列

•（二氧化硫标准系列（标准液浓度1.00微克/ml）

管号012345

二氧化硫标准液（ml）00.501.002.005.008.00

二氧化硫吸收液（甲醛吸收液）10.009.509.008.005.002.00

二氧化硫含量（微克）00.501.002.005.008.00

二氧化硫含量（微克/毫升）010.050.100.200.500.80

（2）B管组各管中分别加入0.05%PRA（盐酸副玫瑰苯胺，显色剂））使用液1ml,

（3）A管组分别加入0.06%胺磺酸钠溶液0.5ml（用于屏蔽溶液中氮氧化物对测

定的干扰）,1.5mol/L氢氧化钠0.5ml,混匀.

（4）迅速分别将A组管中溶液全部倒入对应编号并已装有PRA使用液的B管中.立即具塞摇匀后显色，5分钟后，以水为参比溶液，在577nm处测定样品中二氧化硫含量.

（5）将扣除空白试样的吸光度与二氧化硫含量作图,可得二氧化硫标准曲线.

2.2样品测定

将4.00ml二氧化硫吸收液（甲醛吸收液）放入吸收瓶中,用于吸收氧弹中

的燃烧尾气.然后将吸收瓶中的样品全部移入10ml比色管中,用少量二氧化硫吸

收液（甲醛吸收液）洗涤吸收管,倒入比色管中,并用吸收液稀释至5.0ml标线.

加入0.060%胺磺酸钠0.5ml,摇匀.放置10分钟,以除去氮氧化物干扰,加入

1.50ml/mol氢氧化钠0.5ml,混匀.再将此管中溶液倒入已装入PRA使用液1ml的比色管中,具塞摇匀，室温下显色5分钟，在577nm处测定所测样品消光值。

根据消光值通过二氧化硫标准曲线查得相应二氧化硫浓度，根据所测样品总体积计算排放的二氧化硫总量，以每克柴油放出二氧化硫的微克数衡量燃烧尾气中二氧化硫的排放量。

3二氧化氮气体的测定方法------盐酸萘乙二胺分光光度法

3.1．二氧化氮标准曲线的绘制

（1）取六支10ml具塞比色管，按下表配置成亚硝酸钠标准溶液系列

亚硝酸钠标准溶液（标准液浓度2.5微克/毫升）

亚硝酸钠标准液（ml）00.400.801.201.602.00

水（ml）2.001.601.200.800.400

显二氧化氮色液（ml）8.008.008.008.008.008.00

亚硝酸浓度（微克/毫升）00.100.200.300.400.50

（2）将各管混合均匀,置于暗处中放置20min（室温低于20℃时显色40min以上）后,用1cm比色皿,在波长540nm处，以水为参比液，测定其吸光度.

（3）将扣除空白试样的吸光度与亚硝酸浓度作图,可得亚硝酸钠标准曲线.

3.2样品测定

将5.00ml二氧化氮显示液放入吸收瓶中,用于吸收氧弹中的燃烧尾气.然

后将吸收瓶中的样品暗处放置20min（室温低于20℃时显色40min以上）,用1cm比色皿,在波长540nm处，以水为参比液，测定其吸光度，将所测消光值在二氧化氮标准曲线上查得相应二氧化氮浓度，根据所测样品总体积计算排放二氧化氮的总量，以每克柴油放出二氧化氮的微克数衡量尾气中二氧化氮的排放量。

三、实验现象与讨论

用图解法求出燃烧的条件下，不同种类的添加剂和柴油混合体系燃烧时引起卡计温度变化的差值，根据

（2）式计算恒容燃烧热Qv，并计算每克柴油燃烧所引起的温度变化值△T/W和每分钟柴油燃烧所引起的温度变化值△T/△t。

以每克柴油燃烧所引起的温度变化值△T/W衡量柴油的燃烧效率，以每分钟柴油燃烧所引起的温度变化值△T/△t衡量柴油的燃烧速率。

1实验现象

2恒容燃烧热、燃烧效率、燃烧速率

（1）实验1：

不加二茂铁—不完全燃烧条件下柴油的燃烧情况（测NO2含量）：

柴油/g

残渣/g

燃烧前铁丝质量/g

燃烧后铁丝质量/g

1.0032

0.1092

0.0106

表1（实验1）不加二茂铁—不完全燃烧条件下柴油燃烧热数据

点火前

点火后

实验后期

时间/min

温度/℃

0.5

24.366

4.5

26.132

8.5

26.73

12.5

26.814

1.0

24.367

5.0

26.318

9.0

26.749

13.0

26.815

1.5

24.342

5.5

26.403

9.5

26.764

13.5

26.816

2.0

6.0

26.522

10.0

26.775

14.0

2.5

24.346

6.5

26.594

10.5

26.799

14.5

3.0

7.0

26.651

11.0

26.807

15.0

3.5

25.065

7.5

26.683

11.5

26.81

15.5

4.0

25.771

8.0

26.705

12.0

26.812

16.0

（2）实验2：

添加二茂铁—不完全燃烧条件下柴油的燃烧情况（测NO2含量）：

柴油/g

1.0042

0.0372

0.0145

0.0072

表2（实验2）添加二茂铁—不完全燃烧条件下柴油燃烧热数据

23.851

25.916

26.377

26.412

26.045

26.385

26.411

23.853

26.134

26.392

16.5

23.854

26.196

26.397

17

26.41

23.855

26.245

26.401

17.5

26.283

26.405

18

26.409

23.881

26.311

26.407

18.5

26.408

24.533

26.332

19

25.335

26.35

19.5

25.709

26.364

20

26.404

图1柴油燃烧实验雷诺温度校正图（测定NO2）

（3）实验3：

不加二茂铁—不完全燃烧条件下柴油的燃烧情况（测SO2含量）：

1.1931

0.1969

0.0115g

0.0081g

表3（实验3）不加二茂铁—不完全燃烧条件下柴油燃烧热数据

24.877

25.868

27.14

27.225

24.88

26.593

27.177

27.227

24.876

27.191

27.23

24.878

26.885

27.199

27.231

24.879

26.967

27.207

27.028

27.213

24.881

27.079

27.219

25.338

27.116

27.223

27.228

（4）实验4：

添加0.0125g二茂铁—不完全燃烧条件下柴油的燃烧情况（测SO2含量）：

1.2207

0.077

0.0112

0.0066g

表4（实验4）添加二茂铁—不完全燃烧条件下柴油燃烧热数据

25.618

26.944

27.428

27.493

25.615

27.095

27.442

27.496

25.616

27.204

27.455

27.498

27.274

27.468

27.499

27.319

27.476

27.501

25.68

27.355

27.482

26.262

27.384

27.487

26.727

27.408

27.491

图2柴油燃烧实验雷诺温度校正图（测定SO2）

2.1结果与讨论

项目

m残渣/m样品*100%（g）

Qv

（J/g）

△T/m

（K/g）

△T/Δt

（K/min）

实验一

10.88%

35695.57

2.456

0.2464

实验二

3.71%

37035.98

2.550

0.2561

实验三

19.60%

26886.41

1.851

0.1860

实验四

7.66%

33407.05

2.300

0.2102

3二氧化氮测定实验

3.1NO2标准曲线的绘制

表5亚硝酸钠标准溶液吸光度

NO2含量（ug/mL）

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

吸光度A

0.010

0.092

0.188

0.288

0.386

0.479

扣除空白后吸光度

0.082

0.178

0.278

0.376

0.469

图3：

NO2的标准曲线

3.2燃烧产物NO2含量

表6燃烧产生的NO2的量

样品吸光度A

NO2含量/

（μg/mL）

每克柴油燃烧放出的NO2量/（μg/g）

柴油

0.313

0.337

3.359

添加加二茂铁的柴油

0.062

0.641

6.383

3.3结果与讨论

4二氧化硫测定实验

4.1SO2标准曲线的绘制

表7亚硝酸钠标准溶液吸光度

SO2含量（ug/mL）

图4：

SO2的标准曲线

4.2燃烧产物SO2含量

表8燃烧产生的SO2的量

SO2含量/

每克柴油燃烧放出的SO2量/（μg/g）

0.039

0.072

0.860

0.036

0.066

0.788

4.3结果与讨论

四、实验过程问题总结

五、参考文献

[1]何广平,章伟光.二茂铁的合成及二茂铁对柴油燃烧速率和燃烧效率影响的研究[J].临析师学院,2004,26（6）:

96-98

[2]何广平,曾荣华,佳宏.燃烧促进剂对柴油的助燃消烟作用与尾气成分测定[J].实验技术与管理,2010,27（4）:

27-30

[3]黄卫，栗洪道.二茂铁的合成与应用研究.化工.1999.6:

23-25