二茂鐵對(duì)柴油的助燃消煙作用與尾氣成份測(cè)定..

1、1華南師范大學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(xué)生姓名：_學(xué)號(hào)_專 業(yè)：化學(xué)(師范)_ 班級(jí)：09級(jí)化學(xué)3班_課程名稱：綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)_ 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：二茂鐵對(duì)柴油的助燃消煙作用與尾氣成份測(cè)定_ 課件密碼：88086組別：第七組實(shí)驗(yàn)時(shí)間：2013年4月10日實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師： 何廣平老師_1.前言【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?1)了解二茂鐵的作用，特別是作為一種優(yōu)良的燃料助燃催化劑，有重要的經(jīng)濟(jì) 價(jià)值和環(huán)保價(jià)值；(2)掌握利用氧彈卡計(jì)測(cè)量油品燃燒所產(chǎn)生的熱量和操作技術(shù)；(3)學(xué)會(huì)評(píng)價(jià)二茂鐵對(duì)柴油的助燃和消煙作用。【文獻(xiàn)綜述】目前國(guó)內(nèi)外的許多研究人員都展開了對(duì)含氧添加劑的研究， 其作用機(jī)理主要 是氧元素在燃燒過程中起到了助燃作用， 尤其是在燃油

2、濃度較高的地方，提高了 燃油與氧的接觸幾率，使燃油能夠比較安全地燃燒。碳煙是柴油在高溫、缺氧下裂解的產(chǎn)物，它限制了柴油機(jī)的最大功率，嚴(yán)重 影響了柴油的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，并加劇了大氣污染。有必要采取更有效的措施進(jìn)一步減 低碳煙的排放，使用消煙劑是一種簡(jiǎn)捷有效的辦法。二茂鐵是一種具有芳香族性質(zhì)的有機(jī)過渡金屬化合物常溫下為橙黃色粉末，有樟腦丸氣味，熔點(diǎn)172-174攝氏度，沸點(diǎn)249攝氏度，100攝氏度以上能升華。 不溶于水，易溶于乙醇、汽油、柴油等有機(jī)溶劑。具有高度熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定 性和耐輻射性。研究表明，將二茂鐵及其衍生物添加到固體、液體或氣體燃料中， 能發(fā)揮其助燃、消煙作用。另外，將二茂鐵添加到動(dòng)力

3、機(jī)械燃料中，可減少積炭， 以減少煙塵對(duì)大氣的污染。2.實(shí)驗(yàn)部分【實(shí)驗(yàn)原理】(1)二茂鐵的助燃消煙機(jī)理二茂鐵的助燃主要是利用二茂鐵在發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室中燃燒時(shí)生成比表面很大 的FezQ微粒，2提高燃燒速度，改善了烴類在燃燒室內(nèi)停留過秳中發(fā)生熱裂解或 脫氫反應(yīng)的迚行過秳，使燃料充分燃燒。進(jìn)入氣缸內(nèi)的二茂鐵衍生物受熱分解， 所生成的氧化鐵微粒能參不燃料烴類的焰前反應(yīng)，即不烴類在氣相氧化過秳中產(chǎn) 生自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)；產(chǎn)生活性中心作用，使之變?yōu)榛钚院苄〉难趸虚g產(chǎn)物， 導(dǎo) 致過氧化物濃度降低，鏈的長(zhǎng)度和分支減少；釋放出能量的速度降低，著火的誘 導(dǎo)期延長(zhǎng)，燃料的抗爆性提高。此過秳可使發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比提高， 達(dá)到節(jié)油不

4、減少 有害氣體的產(chǎn)生的目的。（2）燃燒熱的測(cè)量原理有機(jī)物的燃燒熱是指1mol有機(jī)物在一個(gè)大氣壓下完全燃燒所放出的熱量。 在恒容條件下測(cè)得的燃燒熱稱為恒容燃燒熱， 它等于這個(gè)燃燒反應(yīng)過秳中內(nèi)能變 化。在恒壓條件下測(cè)得的燃燒熱成為恒壓燃燒熱，它等于這個(gè)燃燒反應(yīng)過秳的焓 變。化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)通常是通過恒壓熱效應(yīng)表示，若參加燃燒反應(yīng)的是一個(gè)大氣壓下1mol有機(jī)物，則恒壓熱效應(yīng)即為該有機(jī)物的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱。在實(shí)際測(cè)量中， 燃燒反應(yīng)在恒容條件下迚行（如氧彈式卡熱計(jì)中迚行），這樣直接測(cè)得的是反應(yīng) 的恒容熱效應(yīng)。若把參加反應(yīng)的氣體不生成的氣體作為理想氣體處理，則存在下 列關(guān)系式：2 = 4 +（1）測(cè)量的基本原理是

5、能量守恒定理，樣品完全燃燒放出的熱量促使卡熱計(jì)本身 及其周圍介質(zhì)（本實(shí)驗(yàn)用水）溫度升高，測(cè)量介質(zhì)燃燒前后溫度的變化，就可求 算出該樣品的恒容熱效應(yīng)，在量熱計(jì)不環(huán)境沒有熱交換情冴下，其關(guān)系式為：m樣Qv=憶尺計(jì)+水）x蟲廠一m點(diǎn)火統(tǒng)xQ點(diǎn)火雜（2）m樣為樣品的重量（g）；Qv為樣品的恒容燃燒熱（J/g）；W卡計(jì)+水）是指氧彈卡 計(jì)和周圍介質(zhì)的熱當(dāng)量（J/K），它表示卡計(jì)和水每升高一度所需要吸收的熱量，W卡計(jì)+水)=14543.35(J/K)(水3000ml),W卡計(jì)+水)一般用經(jīng)恒重的標(biāo)準(zhǔn)物如苯甲酸 來標(biāo)定，苯甲3酸的恒容燃燒熱為26459.6J/g。T為燃燒前后溫度的升高值；m點(diǎn)火絲為點(diǎn)火絲的

6、質(zhì)量；Q點(diǎn)火絲為點(diǎn)火絲的燃燒熱，其值為6694.4J/g。在實(shí)驗(yàn)過秳 中熱漏是無法完全避克的， 因此，燃燒前后溫度的變化值必須經(jīng)過雷諾作圖法或 者計(jì)算法校正。通過氧彈量熱裝置以及公式(2)式的計(jì)算，分別測(cè)量燃油和在油中加入添 加劑后的燃油的燃燒熱， 即可研究添加劑對(duì)燃油燃燒速率的影響。 通過氧彈量熱 裝置以及公式(2)的計(jì)算，分別測(cè)量燃油和在燃油中加入添加劑后的燃油的燃 燒值，即可研究添加劑對(duì)燃油燃燒效率燃燒速率的影響。(3) 氧彈量熱計(jì)的使用與Qv的測(cè)量利用氧彈量熱計(jì)測(cè)定樣品的恒容燃燒熱Qv,以Qv、T/W、T/t作為柴油燃燒效率不燃燒速率的評(píng)價(jià)指標(biāo)。量熱計(jì)水當(dāng)量值(水:3000ml):W(

7、卡計(jì)+水)=14541.35(J/k)；Q鐵絲=6694.4J/g【實(shí)驗(yàn)儀器與試劑】(1)實(shí)驗(yàn)儀器氧彈式量熱裝置、紫外分光光度計(jì)、數(shù)顯溫差測(cè)量?jī)x、貝克曼溫度計(jì)、電子 天平、萬用電表、燒杯、量筒、比色管、移液管、容量瓶、玻板吸收瓶(2)實(shí)驗(yàn)試劑 二茂鐵、柴油、高壓氧氣瓶、二氧化硫標(biāo)準(zhǔn)吸收液(甲醛緩沖吸收液)、鹽 酸副玫瑰苯胺(PRA)0.05%、氨磺酸鈉0.06%、氫氧化鈉(1.5mol/L)、二 氧化氮顯色液、亞硝酸鈉標(biāo)準(zhǔn)使用液(2.5卩g/mL)、二氧化硫標(biāo)準(zhǔn)使用液(1卩g/mL)【實(shí)驗(yàn)步驟】(1)不完全燃燒條件下二茂鐵對(duì)柴油燃燒值和燃燒速率的影響及尾氣成分測(cè)定 充氧壓力:9atm，1稱取柴

8、油1.2克,測(cè)量柴油燃燒前后溫度隨時(shí)間變化曲線,經(jīng)雷諾作圖法求取T;2稱取柴油1.2克,加入二茂鐵(自合成樣品或標(biāo)準(zhǔn)試劑樣品)，使柴油中二茂鐵 含量1.0%;,測(cè)量柴油燃燒前后溫度隨時(shí)間變化曲線,經(jīng)雷諾作圖法求取T;3通過T,分別計(jì)算柴油和添加了二茂鐵柴油的恒容燃燒值Q、Q/g或厶T/g;并仔細(xì)觀察坩堝灰渣情況和排出氣體氣味，稱量灰渣重量.4通過燃燒反應(yīng)曲線,燃燒時(shí)溫度上升的速率和T,求取T/t.g比較不同配 比的柴油其燃4燒速率的差異.分別測(cè)定柴油和添加了二茂鐵柴油燃燒后尾氣排放中二氧化硫和二氧化氮的含量.以微克（SQ;NO）/g（柴油）表示測(cè)定結(jié)果。（2）二氧化硫氣體的測(cè)定實(shí)驗(yàn)步驟二氧化硫

9、標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制a.取12支10 ml具塞比色管，分A、B兩組，分別對(duì)應(yīng)編號(hào),A組按下表配制標(biāo) 準(zhǔn)系列?（二氧化硫標(biāo)準(zhǔn)系列（標(biāo)準(zhǔn)液濃度1.00微克/ml）管號(hào)012345二氧化硫標(biāo)準(zhǔn)液（ml）00.501.00 2.005.00 8.00二氧化硫吸收液（甲醛吸收液）10.00 9.509.008.00 5.00 2.00二氧化硫含量（微克）00.501.00 2.005.008.00二氧化硫含量（微克/毫升）01 0.050.10 0.200.500.80b. B管組各管中分別加入0.05% PRA（鹽酸副玫瑰苯胺，顯色劑）使用液1ml,c. A管組分別加入0.06%胺磺酸鈉溶液0.5ml（用于

10、屏蔽溶液中氮氧化物對(duì)測(cè)定的干擾），1.5mol/L氫氧化鈉0.5ml,混勻.d.迅速分別將A組逐管中溶液全部倒入對(duì)應(yīng)編號(hào)并已裝有PRA使用液的B管中.立即具塞搖勻后顯色5分鐘后，以水為參比溶液，在577nm處測(cè)定樣品中二 氧化硫含量.e.將扣除空白試樣的吸光度與二氧化硫含量作圖，可得二氧化硫標(biāo)準(zhǔn)曲線.樣品測(cè)定將4.00ml二氧化硫吸收液（甲醛吸收液） 放入吸收瓶中，用于吸收氧彈中 的燃燒尾氣.然后將吸收瓶中的樣品全部移入10ml比色管中，用少量二氧化硫吸 收液（甲醛吸收液）洗滌吸收管，倒入比色管中，并用吸收液稀釋至5.0ml標(biāo)線.加入0.060%胺磺酸鈉0.5ml,搖勻.放置10分鐘，以除去氮

11、氧化物干擾，加入1.50ml/mol氫氧化鈉0.5ml,混勻.再將此管中溶液倒入已裝入PRA使用液1ml的比色管中,具塞搖勻，室溫下顯色5分鐘，在577nm處測(cè)定所測(cè)樣品消光值。 根據(jù)消光值通過二氧化硫標(biāo)準(zhǔn)曲線查得相應(yīng)二氧化硫濃度，根據(jù)所測(cè)樣品總 體積計(jì)算排放的二氧化硫總量，以每克柴油放出二氧化硫的微克數(shù)衡量燃燒尾氣 中二氧化硫的排放量。（3）二氧化氮?dú)怏w的測(cè)定方法鹽酸萘乙二胺分光 光度法二氧化氮標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制5a.取六支10ml具塞比色管，按下表配置成亞硝酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液系列亞硝酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液（標(biāo)準(zhǔn)液濃度2.5微克/毫升）管號(hào)012345亞硝酸鈉標(biāo)準(zhǔn)液（ml)00.400.801.201.602.

12、00水(ml)2.001.601.200.800.400顯二氧化氮色液（ml）8.00 8.008.008.008.008.00亞硝酸濃度（微克/毫升）00.100.200.300.400.50b.將各管混合均勻,置于暗處中放置20min（室溫低于20C時(shí)顯色40min以上）后,用1cm比色皿，在波長(zhǎng)540nm處，以水為參比液，測(cè)定其吸光度.c.將扣除空白試樣的吸光度與亞硝酸濃度作圖，可得亞硝酸鈉標(biāo)準(zhǔn)曲線.樣品測(cè)定將5.00ml二氧化氮顯示液放入吸收瓶中，用于吸收氧彈中的燃燒尾氣.然 后將吸收瓶中的樣品暗處放置20min （室溫低于20C時(shí)顯色40min以上） ,用1cm比色皿，在波長(zhǎng)540n

13、m處，以水為參比液，測(cè)定其吸光度，將所測(cè)消光值在二氧 化硫標(biāo)準(zhǔn)曲線上查得相應(yīng)二氧化硫濃度，根據(jù)所測(cè)樣品總體積計(jì)算排放二氧化硫 的總量，以每克柴油放出二氧化硫的微克數(shù)衡量尾氣中二氧化氮的排放量。【實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與討論】用圖解法求出燃燒的條件下，不同種類的添加劑和柴油混合體系燃燒時(shí)引起 卡計(jì)溫度變化的差值，根據(jù)（2）式計(jì)算恒容燃燒熱Qv，并計(jì)算每克柴油燃燒所 引起的溫度變化值T/W和每分鐘柴油燃燒所引起的溫度變化值T/t。以每 克柴油燃燒所引起的溫度變化值T/W衡量柴油的燃燒效率，以每分鐘柴油燃燒 所引起的溫度變化值T/t衡量柴油的燃燒速率。6不完全燃燒條件下二茂鐵對(duì)柴油燃燒值和燃燒速率的影響及尾氣成分

14、測(cè)定（1）實(shí)驗(yàn)1:不加二茂鐵一不完全燃燒條件下柴油的燃燒情況（測(cè)N O含 量 ） ：柴油/ g燃燒前鐵絲質(zhì)量/g燃燒后鐵絲質(zhì)量/g1.20710.01170.0045g表1（實(shí)驗(yàn)1）不加二茂鐵一不完全燃燒條件下柴油燃燒熱數(shù)據(jù)點(diǎn)火前點(diǎn)火后實(shí)驗(yàn)后期時(shí)間/mi n溫度/C時(shí)間/mi n溫度/C時(shí)間/mi n溫度/C時(shí)間/mi n溫度/C0.520.9463.521.4896.523.2629.023.6561.021.2754.021.7847.023.3989.523.6771.521.3884.522.1557.523.49410.023.6932.021.4235.022.4948.023.5

15、5510.523.7022.521.4305.522.8088.523.60011.023.7113.021.4316.023.079（2）實(shí)驗(yàn)2:添加0.0125g二茂鐵一不完全燃燒條件下柴油的燃燒情況（測(cè)NO含量）：柴油/ g燃燒前鐵絲質(zhì)量/g燃燒后鐵絲質(zhì)量/g1.19960.01150.0100表2（實(shí)驗(yàn)2）添加0.0125g二茂鐵一不完全燃燒條件下柴油燃燒熱數(shù)據(jù)點(diǎn)火前點(diǎn)火后實(shí)驗(yàn)后期時(shí)間/mi n溫度/C時(shí)間/mi n溫度/C時(shí)間/mi n溫度/C時(shí)間/mi n溫度/C0.520.2763.520.8726.522.9069.023.2121.020.6094.021.2887.023.

16、0179.523.2331.520.7234.521.7537.523.09410.023.2482.020.7555.022.1868.023.14210.523.2602.520.7665.522.5258.523.18411.023.2703.020.7686.022.7537實(shí)驗(yàn)一*二雷諾H M/min（3）N02標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制NaN02標(biāo)準(zhǔn)液：2.5/mL NO2的測(cè)定，入=540nm樣品（不加茂鐵）樣品（加二茂鐵）012345T80.9%2.8%97.8%79.4% 63.4%50.6%41.0%34.4%A0.0921.5560.0100.1000.1980.2960.3870.

17、463NO含量溶液標(biāo)準(zhǔn)曲線:N02含量（ug/mL）00.100.200. 300.400.50吸光度A0.0100.1000.1980.2960.3870.463Etsw8V= 0.0921K- 0.0801Rz=0.9905由圖可得二氧化氮的標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為：丫= 0.921X+0.012樣品吸光度ANO含量/（卩g/mL）每克柴油燃燒放出的NQ量/（卩g/g）不加二茂鐵0.0920.08690.3600加二茂鐵1.5561.67646.9873第二部分一一測(cè)SO含量：（1）實(shí)驗(yàn)3:不加二茂鐵一不完全燃燒條件下柴油的燃燒情況（測(cè)SO含量）:柴油/ g燃燒前鐵絲質(zhì)量/g燃燒后鐵絲質(zhì)量/g1.1

18、9310.0115g0.0081g表3（實(shí)驗(yàn)3）不加二茂鐵一不完全燃燒條件下柴油燃燒熱數(shù)據(jù)點(diǎn)火前點(diǎn)火后實(shí)驗(yàn)后期時(shí)間/mi n溫度/C時(shí)間/mi n溫度/C時(shí)間/mi n溫度/C時(shí)間/mi n溫度/C0.519.7743.519.8916.520.6617.520.7191.019.8174.020.0747.020.6958.020.7371.519.8444.520.2938.520.7532.019.8505.020.4529.020.7692.519.8525.520.5529.520.7803.019.8546.020.612吸光度A吸光度A絨性吸光9（2）實(shí)驗(yàn)4:添加0.0125g二

19、茂鐵一不完全燃燒條件下柴油的燃燒情況（測(cè)SQ含量）:柴油/ g燃燒前鐵絲質(zhì)量/g燃燒后鐵絲質(zhì)量/g1.22070.01120.0066g表4（實(shí)驗(yàn)4）添加0.0132g二茂鐵一不完全燃燒條件下柴油燃燒熱數(shù)據(jù)點(diǎn)火前點(diǎn)火后實(shí)驗(yàn)后期時(shí)間/mi n溫度/C時(shí)間/mi n溫度/C時(shí)間/mi n溫度/C時(shí)間/mi n溫度/C0.520.4013.521.1396.523.2807.523.3681.020.7474.021.8997.023.3408.023.4121.520.8584.522.5278.523.4382.020.8935.022.8499.023.4552.520.9025.523.06

20、39.523.4663.020.9046.023.191數(shù)據(jù)處理：由上述雷諾校正圖1、2可求出：Ti=【273.16+23.375-(273.16+ 21.620)】K = 1.755KT2=【273.16+23.071- (273.16+ 20.880)】K= 2.191K實(shí)驗(yàn)三.實(shí)臉?biāo)?0Ta=【273.16+20.612-(273.16+ 19.905)】K = 0.707KT4=【273.16+23.204-(273.16+ 20.996)】K = 2.208K由J_亠_爲(wèi)V可得：W(卡計(jì)+水)T_m鐵絲xQ鐵絲Qv= _m柴油-m殘?jiān)?由于渣重極少可忽略)Q1=(14541.35J/

21、Kx1.755K-(0.0117g-0.0045g)x6694.4J/g -(1.2071g-0.0000g)=21101.71 J/gQ=(14541.35J/Kx2.191K-(0.0116g-0.0100g)x6694.4J/g -(1.1996g-0.0000g)=26537.88J/gQ3=(14541.35J/Kx0.707K-(0.0115g-0.0081g g)x6694.4J/g -(1.1931g-0.0000g)=8597.75J/gQ4=(14541.35J/Kx2.208K-(0.0112g-0.0066g)x6694.4J/g -(1.2207g-0.0000g)=

22、26271.66J/g柴油燃燒效率：T1/W1= 1.755K / 1.2071g = 1.4539K/gT2/W= 2.191K / 1.1996g = 1.82644K/gTa/W3= 0.707K / 1.1931g = 0.5925K/gT4/W4= 2.208K / 1.2207g = 1.8088K/g柴油燃燒速率：T1/t1=1.755K/4min=0.43875K/minT2/t2=2.191K/4min=0.54775K/minT3/13=0.707K/3.5min=0.20200K/minT4/t4=2.208K/3.5min=0.63086K/min(3)SO標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪

23、制：SO2標(biāo)準(zhǔn)液：1舊/mL SO2的測(cè)定，入=577nm樣品（不加茂鐵）樣品（加二茂鐵）012345T87.3%90.9%94.3%93.5% 92.4%91.3%88.4%87.0%A0.0590.0410.0260.0290.0340.0390.0530.060SO含量溶液標(biāo)準(zhǔn)曲線:SQ含量(ug/mL)00.050.100.200.500.80吸光度A0.0260.0290.0340.0390.0530.06011y- D 0427x + 0.02S4R2= 0.9661吸光度A樣品吸光度ASO含量/(卩g/mL)每克柴油燃燒放出的SQ量/（卩g/g）不加二茂鐵0.0590.71663

24、.0031加二茂鐵0.0410.29511.2087項(xiàng)目柴油質(zhì)量（g）二茂鐵質(zhì)量（g）T(K)QV(J/g)T/W(K/g)T/t(K/min)NQ的含量（卩g/g）SQ的含量（卩g/g）實(shí)驗(yàn)一1.207101.75521101.711.45390.438750.3600實(shí)驗(yàn)二1.199650.01252.19126537.881.826440.547756.9873實(shí)驗(yàn)三1.193100.7078597.750.59250.202003.0031實(shí)驗(yàn)四1.20070.01252.20826271.661.80880.630861.2087眼光度A線性（吸光度由圖可得二氧化硫的標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為：丫= 0.0427X+0.0284【結(jié)果與討論】實(shí)驗(yàn)結(jié)果總表如下:12綜合上表，可得出以下結(jié)論：1.根據(jù)實(shí)驗(yàn)一和實(shí)驗(yàn)二、 實(shí)驗(yàn)三和實(shí)