二茂铁及其衍生物对柴油的助燃和消烟作用Word格式.doc
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W（卡+水）为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1℃所需要吸收的热量；
W（卡计+水）=14541.35（J/K）；
m点火丝为点火丝的质量，g；
Q点火丝为点火丝（铁丝）的在恒容条件燃烧放出热量，其值为6694.4J/g；
△T为燃烧过程温度的升高值，经过雷诺作图法可校正由于系统热漏等原因产生的△T的测量偏差。
本实验以△T/m研究添加剂对柴油燃烧效率的影响规律。
1.2不完全燃烧条件下二茂铁对燃油燃烧效率及燃烧速率的影响
根据上面的实验原理与方法，对于不完全燃烧条件下二茂铁对柴油燃烧的影响可从燃烧速率（△T/△t），燃烧效率（△T/m）以及燃烧后炭渣的重量和尾气成分的变化三个方面进行研究，尾气可通过氧弹装置中的排气孔收集，利用相关的分析方法进行尾气的定性和定量测定。
以寻找二茂铁与柴油量的最佳配比，从而了解二茂铁作为柴油燃烧过程中的添加剂其环保价值和经济价值。
2实验仪器
2.1主要仪器
GR3500型氧弹式热量计及氧弹式热量计控制箱（湖南长沙科学仪器厂）、电子天平、镊子、玻璃棒、试管、试管架、移液管、洗耳球
2.2主要试剂
二茂铁、柴油
3实验步骤
3.1不完全燃烧条件下二茂铁对柴油燃烧燃值和燃烧速率的影响
充氧压力：
0.9atm.
（1）称取柴油1.2克,测量柴油燃烧前后温度随时间变化曲线,经雷诺作图法求取温度差△T;
（2）称取柴油1.2克,加入二茂铁（自合成样品或标准试剂样品），使柴油中二茂铁含量1.0%;
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;
（3）2.通过△T，分别计算柴油和添加了二茂铁柴油燃烧QV、△T/m;
并仔细观察坩埚灰渣情况和排出气体气味,称量灰渣重量.
（4）.通过燃烧反应曲线,通过燃烧时温度上升的速率和△T，求取△T/△t.比较不同配比的柴油其燃烧速率的差异.
（5）.分别测定一定量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.
3.2二氧化硫气体的测定实验步骤
3.2.1二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（标准使用液浓度1.00µ
g/mL）
项目
管号
1
2
3
4
5
SO2标准液/mL
0.50
1.00
2.00
5.00
8.00
甲醛吸收液/mL
10.00
9.50
9.00
SO2含量/µ
g
SO2含量（ug/ml）
0.05
0.1
0.2
0.5
0.8
（2）B管组各管中分别加入0.05%PRA使用液1ml。
（3）A管组分别加入浓度为0.06%胺磺酸钠溶液0.5ml，浓度为1.5mol/L氢氧化钠0.5ml,混匀.
（4）逐管迅速分别将A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.
3.2.2样品测定
将4.00ml甲醛缓冲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,用少量甲醛缓冲液洗涤吸收管,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分钟后在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，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。
3.3二氧化氮气体的测定方法------盐酸萘乙二胺分光光度法
3.3.1二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（标准使用液浓度2.5µ
g/mL）
亚硝酸钠标准液/mL
0.40
0.80
1.20
1.60
水/mL
0.00
显色液/mL
亚硝酸浓度（µ
0.10
0.20
0.30
（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.
3.3.2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，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。
.
4实验数据处理
4.1NO2含量的测定
（1）在没有二茂铁，不完全燃烧的条件下柴油的燃烧情况和燃烧数据分别如表1和表2所示。
表1柴油的燃烧情况（无二茂铁，不完全燃烧）
柴油质量/g
燃烧前铁丝质量/g
燃烧后铁丝质量/g
柴油渣质量/g
烧掉的油的质量/g
1.0095
0.0122
0.0040
0.1529
0.8566
表2柴油燃烧热数据（无二茂铁，不完全燃烧）
点火前
点火后
后期温度
时间/min
温度/℃
1.0
27.332
4.0
27.352
10.0
29.043
2.0
27.338
5.0
27.582
11.0
29.114
3.0
27.343
6.0
28.031
12.0
29.165
7.0
28.404
13.0
29.205
8.0
28.794
14.0
29.237
9.0
28.948
15.0
29.263
根据表2的数据进行雷诺校正，可绘制如图1所示的时间-温度曲线。
图1T-t雷诺校正曲线（无二茂铁，不完全燃烧）
则温度差△T=29.04-27.36=1.68k，根据
并忽略燃烧的铁丝的质量，可得：
QV=W（卡计+水）×
△T÷
m样=14541.35J/k×
1.68k÷
0.8566g=28519.108J/g
△t=9.0-4.0=5min即300s
所以燃烧速率为:
△T/△t=1.68K÷
300s=0.00560K/s
燃烧效率为：
△T/m=1.68K÷
0.8566g=1.96K/g
（2）在添加0.0096g二茂铁，不完全燃烧的条件下柴油的燃烧情况和燃烧数据分别如表3和表4所示。
表3柴油的燃烧情况（0.0096g二茂铁，不完全燃烧）
柴油/g
柴油残渣质量/g
0.9865
0.121
0.0103
0.1503
0.8362
表4柴油燃烧热数据（0.0096g二茂铁，不完全燃烧）
30.638
30.859
32.510
30.628
31.618
32.557
30.620
31.985
32.596
30.616
32.224
32.629
32.358
32.447
根据表4的数据进行雷诺校正，可绘制如图2所示的时间-温度曲线。
图2T-t雷诺校正曲线（0.0096g二茂铁，不完全燃烧）
则温度差△T=32.372-30.587=1.785k
所以QV=W（卡计+水）×
1.785k÷
0.8362g=31040.791J/g
因为△t=10-5=5min即300s
△T/△t=1.785K÷
300s=0.00595K/s
△T/m=1.785K÷
0.8362g=2.13K/g
结论：
根据以上数据分析可知，加入二茂铁的柴油的燃烧热、燃烧速率和燃烧效率均大于不加二茂铁的柴油燃烧速率。
（3）NO2标准曲线的绘制
实验中测得样品1的吸光度如表5所示。
表5样品1的吸光度（测NO2含量）
NO2含量（ug/mL）
0.01
0.02
0.03
0.04
吸光度A
0.111
0.174
0.243
0.294
0.360
0.455
扣除空白后吸光度
0.000
0.063
0.0132
0.183
0.249
0.344
根据表5的数据可以绘制NO2浓度标准曲线，如图3所示。
图3NO2浓度标准曲线
根据图2可知，NO2的标准曲线方程为：
Y=0.66654x-0.0045
当没有加二茂铁时，其吸光度是A1=0.132，则NO2的浓度x=0.205μg/mL
则每克柴油燃烧放出的NO2量为1.197g；
当加0.0096g二茂铁时，其吸光度是A2=0.151，则NO2的浓度x=0.234μg/mL
则每克柴油燃烧放出的NO2量为1.399g。
4.1SO2含量的测定
（1）在没有二茂铁，不完全燃烧的条件下柴油的燃烧情况和燃烧数据分别如表6和表7所示。
表6柴油的燃烧情况（无二茂铁，不完全燃烧）
1.0116
0.0126
0.0036g
0.1475
0.8641
表7柴油的燃烧热数据（无二茂铁，不完全燃烧）
32.033
32.576
34.028
32.002
33.304
34.077
31.995
33.651
34.114
31.989
33.849
34.143
33.961
34.170
根据表7的数据进行雷诺校正，可绘制如图4所示的时间-温度曲线。
图4T-t雷诺校正曲线（无二茂铁，不完全燃烧）
则温度差△T=33.921-32.179=1.742k
1.742k÷
0.8641g=29314.93J/g
△t=9-4.5=4.5min即270s
则燃烧速率为:
△T/△t=1.742K÷
270s=0.00645K/s
△T/m=1.742K÷
0.8641g=2.016K/g
（2）在添加0.0100g二茂铁，不完全燃烧的条件下柴油的燃烧情况和燃烧数据分别如表8和表9所示。
表8柴油的燃烧情况（0.0100g二茂铁，不完全燃烧）
柴油残渣/g
烧掉的油/g
0.9975
0.0123
0.0075
0.1205
0.877
表9柴油的燃烧数据（0.0100g二茂铁，不完全燃烧）
29.236
29.402
31.064
29.211
30.053
31.140
29.199
30.504
31.204
29.193
30.779
31.247
30.953
根据表9的数据进行雷诺校正，可绘制如图5所示的时间-温度曲线。
图5T-t雷诺校正曲线（0.0100g二茂铁，不完全燃烧）
则温度差△T=30.940-29.090=1.850k
1.850k÷
0.877g=30674.46J/g
△t=9.0-4.5=4.5min即270s
△T/△t=1.850K÷
270s=0.00685K/s
△T/m=1.850K÷
0.877g=2.109K/g
（3）SO2标准曲线的绘制
实验中测得样品2的吸光度如表10所示。
表10样品2的吸光度（测SO2含量）
SO2含量（ug/mL）
0.050
0.068
0.084
0.108
0.165
0.228
0.018
0.034
0.058
0.115
0.178
根据表10的数据可以绘制SO2浓度标准曲线，如图6所示。
图6SO2浓度标准曲线
根据图6可知，SO2的标准曲线方程为：
Y=0.2148x+0.0081
当没有加二茂铁时，其吸光度是A1=0.084，则SO2的浓度x=0.353μg/mL
则每克柴油燃烧放出的SO2量为2.860g；
当加0.0100g二茂铁时，其吸光度是A2=0.072，则SO2的浓度x=0.344μg/mL
则每克柴油燃烧放出的SO2量为2.371g。
三、结果与讨论
将以上的数据处理进行整理，可得：
表11不同配比的二茂铁-柴油混合体系不完全燃烧时燃烧效率及燃烧率
柴油质量
/g
二茂铁质量
/g
△T
/K
Qv
/（J/mol
△T/△t
/（K/s）
△T/m
/（K/g）
NO2含量
/（ug/g）
SO2含量
—
1.68
28519.11
0.00560
1.96
1.197
0.0096
1.79
31040.79
0.00595
2.13
1.399
1.74
29314.93
0.00645
2.02
2.860
0.0097
1.85
30674.46
0.00685
2.11
2.371
经分析讨论可知：
1、加二茂铁后，柴油燃烧效率和速率均变大，与文献中提到的二茂铁作为助燃剂，能促进燃油的燃烧，提高燃料利用率相符。
2、加二茂铁后柴油燃烧放出的NO2反而增多了，与文献提供的资料是相反的。
造成该实验结果的可能原因有：
①人为误差：
由于充气、放气等操作的不熟练，以及在进行试验中可能存在的各种操作错误，以及组员之间的配合可能存在不当之处，导致每次充气量有偏差，影响了燃烧反应的进行程度；
放气时没放全或者是漏气，导致吸收不充分，这些都将对结果造成影响。
②实验室柴油样品有两种，实验时不慎混用，燃烧出来的效果有一定的偏差。
3、加二茂铁后黑色的残渣明显变少，这也与文献中所提到的二茂铁可以作消烟作用，减少烟尘对大气的污染相符。
四、结论
根据实验分析可知，二茂铁在柴油的不完全燃烧中，能起到助燃的作用，可以促进柴油的燃烧，提高柴油的燃烧效率和燃烧速率，降低柴油发动机的排烟量和尾气中有害气体二氧化硫和二氧化氮的排放量，可减轻排放气体对环境的污染，增强发动机的效率。
参考文献
[1]何广平,曾荣华,陈佳宏,等.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.
[2]章伟光·
综合化学实验·
化学工业出版社，2007年，85-89.
[3]何广平，章伟光·
二茂铁的合成及二茂铁对柴油燃速和燃烧效率影响的研究·
临沂师范学院学报·
2004年12月第26卷第6期.
[4]郭建勋，二茂铁—优良的燃料燃速催化剂，陕西化工，1995，
（1）：
35.
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