二茂鐵對柴油的助燃消煙作用與尾成份測定

1、二茂鐵對柴油的助燃消煙作用與尾成份測定陳文茜 化教2班 20042401157一 前言:1.實驗?zāi)康募耙饬x:(1) 本實驗選擇不同的燃油添加劑；利用氧彈量熱計測定燃油在不同添加劑存在下的燃燒熱，了解和比較不同汽油添加劑對柴油燃燒效率與速率的影響以及添加劑的節(jié)能助燃效應(yīng)。(2) 學(xué)習(xí)和掌握甲醛緩沖溶液吸收-鹽酸副玫瑰苯胺分光光度法測定SO2氣體的濃度以及鹽酸萘乙二胺分光光度法測定NO2氣體濃度的分析方法以及氣相色譜測定方法,并應(yīng)用于汽油燃燒后尾氣成份的測定。(3) 通過物理化學(xué)實驗基本技術(shù)-量熱技術(shù)的使用與氣體無機(jī)污染物的多種分析方法（包括分光光度法和氣相色譜法）的學(xué)習(xí)與應(yīng)用使學(xué)生綜合了解汽油添

2、加劑在燃油助燃、消煙節(jié)能以及減少汽油尾氣排放減少大氣污染中所起的作用。關(guān)注社會、關(guān)注環(huán)境。2.文獻(xiàn)綜述與總結(jié):二茂鐵對柴油的助燃消煙作用的實驗,分別向等用煤油和車用柴油中添加不同數(shù)量的二茂鐵,實驗結(jié)果表明,無論是等用煤油還是車用柴油中,添加不同數(shù)量的二茂鐵后其煙點提高數(shù)倍都隨二茂鐵的添加量增加而增大,說明二茂鐵具有優(yōu)良的助燃作用. 再用行車實驗來證明:用添加二茂鐵的柴油和為添加二茂鐵的柴油在日野卡車上做行車實驗,列表如下:從表中可以看出,在柴油中添加二茂鐵后,耗油量顯著降低,尾氣中黑煙明顯減少從以上數(shù)據(jù)表明,二茂鐵的加入提高了柴油的利用效率,既達(dá)到了節(jié)油的目的,又明顯的減少了尾氣中的一氧化碳和

3、黑煙的排放量,這對于環(huán)境保護(hù)有特別的意義. 二.實驗方案: 實驗中如何衡量柴油燃燒速率與燃燒效率的大小?1.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引起卡計溫度變化的差值，根據(jù)（2）式計算恒容燃燒熱Qv，并計算每克柴油燃燒所引起的溫度變化值T/W。 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2.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引起卡計溫度變化的差值，計算不同添加劑和柴油混合體系的燃燒速率T/t（即單位時間溫度隨時間的變化率），研究添加劑對燃油燃燒速率的影響規(guī)律。 以單位時間燃燒體系溫度隨時間的變化率T/t衡量柴油的燃燒速率。(2)

4、二氧化氮氣體的測定方法-鹽酸萘乙二胺分光光度法空氣中的二氧化氮與吸收液中的氨基磺酸鈉進(jìn)行重氮反應(yīng),再與N-(1-萘基)乙二胺鹽酸作用,生成粉紅色的偶氮染料,在波長540鈉米處,測定吸光度此方法的主要干擾物微臭氧.對二氧化氮的測定產(chǎn)生負(fù)干擾.,采樣時可在吸收瓶入口處接一段15-20cm長的硅較管,即可將臭氧濃度將低到不干擾二氧化氮的測定水平. 此方法的檢出線0.12微克/10ml,空氣中二氧化氮的最低檢出濃度為0.005mg/ m 3 (3)燃燒尾氣的測定方法1.氣體采集方式通過氧彈的排氣裝置將燃燒尾氣灌入裝有不同氣體吸收液的多孔玻板吸收瓶中.2.利用吸收液與氣體的顯色反應(yīng),通過分光光度法測定所

5、吸收氣體含量.并用每克柴油放出的氣體量衡量燃燒的完全程度.(4)二氧化硫氣體的測定 -甲醛法二氧化硫被甲醛緩沖溶液吸收后，生成穩(wěn)定的羥基甲磺酸加成化合物，在樣品溶液中加入氫氧化鈉使加成化合物分解，釋放出的二氧化硫與鹽酸副玫瑰苯胺、甲醛作用，生成紫紅色化合物，可在577nm處進(jìn)行測定。此方法的主要干擾物尾氮氧化物，臭氧和某些重金屬，加入胺磺酸鈉可消除氮氧化物干擾。采樣后放置一段時間臭氧可自行分解，磷酸及環(huán)己二胺四乙酸二鈉鹽可消除或減少某些金屬離子干擾。此方法適宜的濃度范圍0.003-1.07mg/m 3 ,最低檢出線0.2微克/10ml（5）燃燒殘渣重量與成分的測定燃燒后殘渣的重量直接與燃燒的完

6、全程度有關(guān),實驗中可稱量不同燃燒條件下柴油燃燒后的殘渣重量,比較柴油燃燒的完全程度.燃燒后的殘渣可通過有機(jī)溶劑的溶解與提取后利用氣相色譜法測定其中的多環(huán)芳烴的組成.三,實驗部分1.實驗原理:(1)什么是燃燒熱?有機(jī)物的燃燒熱是指1摩爾有機(jī)物在一個大氣壓下完全燃燒所放出的熱量。在恒容條件下測得的燃燒熱稱為恒容燃燒熱，它等于這個燃燒反應(yīng)過程的內(nèi)能變化。在恒壓條件下測得的燃燒熱稱為恒壓燃燒熱，它等于這個燃燒反應(yīng)過程的焓變。 化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)通常是用恒壓熱效應(yīng)表示，若參加燃燒反應(yīng)的是一個大氣壓下1摩爾有機(jī)物，則恒壓熱效應(yīng)即為該有機(jī)物的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱(2)燃燒熱的測定原理 (2)Qv的計算方法與Qv、Qp的轉(zhuǎn)

7、換？彈式量熱計直接測得的是反應(yīng)的恒容熱效應(yīng)。 若把參加反應(yīng)的氣體與生成的氣體作為理想氣體處理，則存在下列關(guān)系式： Qp=Qvn·R·T （1）m樣Qv = W（卡計+水）·T m（點火絲）·Q（點火絲)（2）m樣為樣品的重量（克）； Qv為樣品的恒容燃燒熱（焦/克）；W（卡計+水）是指氧彈卡計和周圍介質(zhì)的熱當(dāng)量（焦/度），它表示卡計和水每升高一度所需要吸收的熱量. W（卡計+水）=14543.35(J/k)(水3000ml)W（卡計+水）一般用經(jīng)恒重的標(biāo)準(zhǔn)物如苯甲酸來標(biāo)定，苯甲酸的恒容燃燒熱為26459.6焦/克。 T為燃燒前后溫度的升高值。 m（點火絲

8、）為點火絲的重量，Q（點火絲）為點火絲（鐵絲）的燃燒熱，其值為6694.4焦/克。(3)量熱技術(shù)中的雷諾校正原理在實驗過程中熱漏是無法完全避免的，因此，燃燒前后溫度的變化值必須經(jīng)過雷諾作圖法或計算法校正。 雷諾作圖法的原理和作圖方法，可參閱基礎(chǔ)物理化學(xué)實驗中的相關(guān)量熱技術(shù)及實驗。通過氧彈量熱裝置以及公式（2）式的計算，分別測量燃油和在燃油油中加入添加劑后的燃油的燃燒熱，即可研究添加劑對燃油燃燒效率燃燒速率的影響。2.儀器與試劑:(1)儀器： 氧彈式量熱裝置 紫外分光光度計 數(shù)顯溫差測量儀溫度計 電子天平 萬用電表 燒杯 量筒 比色管 移液管 容量瓶等玻璃儀器 多孔玻板吸收瓶(2)藥品： 二茂鐵

9、 柴油 高壓氧氣瓶 二氧化硫標(biāo)準(zhǔn)吸收液 甲醛緩沖溶液吸收-鹽酸副玫瑰苯胺(PRA) 0.06%胺磺酸鈉 1。5mol/L氫氧化鈉 二氧化氮顯色液 亞硝酸鈉標(biāo)準(zhǔn)使用液 3.實驗步驟:完全燃燒和不完全燃燒條件下,二茂鐵添加劑對燃油燃燒效率速率的影響實驗充氧：將已知重量的不同配比的二茂鐵柴油混合體系分別放在坩堝中，將鐵絲綁在兩根電極上，并將鐵絲浸到柴油中。先充氧排除氧彈內(nèi)的空氣，再將氧彈內(nèi)的氧氣壓力沖至1.2Mpa。燃燒溫度的測量：量取自來水3000ml，倒入卡計內(nèi)桶中,測其水溫，將數(shù)顯溫差測定儀熱敏電極置入內(nèi)桶,開動攪拌裝置,測定約6-8個前期溫度 ,點火開關(guān)，稍刻溫度迅速上升每隔1分鐘記錄溫度變

10、化.利用雷若作圖法得出準(zhǔn)確得T值.完全燃燒條件下二茂鐵對柴油燃燒熱和燃燒速率的影響充氧壓力：12atm，柴油質(zhì)量小于1.3克,柴油可完全燃燒.1. 稱取柴油0.5克,配制二茂鐵(自合成)含量為0.0%; 1.0%; 的樣品,測量燃燒反應(yīng)溫度隨時間變化曲線,經(jīng)雷諾作圖法求取T;2.求取T/W; QV,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.3.通過燃燒反應(yīng)曲線,從燃燒時溫度上升的速率比較不同配比的柴油其燃燒速率的差異.求取T/t.不完全燃燒條件下二茂鐵對柴油燃燒燃值和燃燒速率的影響充氧壓力：12atm，柴油質(zhì)量大于1.3克,柴油不完全燃燒.1.稱取柴油1.5克,配制二茂鐵(自合成)含

11、量為0.0%; 1.0%; 的樣品,分別測量燃燒反應(yīng)溫度隨時間變化曲線,經(jīng)雷諾作圖法求取T;計算求取T/W; QV,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.2.通過燃燒反應(yīng)曲線,從燃燒時溫度上升的速率比較不同配比的柴油其燃燒速率的差異.求取T/t.實驗后處理：稱量燃燒后剩下鐵絲的質(zhì)量，并用多孔玻板吸收瓶收集廢氣，用于燃燒尾氣的定性和定量測定。殘渣重量的測定二氧化硫氣體的測定實驗步驟1.二氧化硫標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制(1) 取14支10ml具塞比色管,分AB兩組,分別對應(yīng)編號,A組按下表配制標(biāo)準(zhǔn)系列 二氧化硫標(biāo)準(zhǔn)系列 管號 0 1 2 3 4 5 6 二氧化硫標(biāo)準(zhǔn)液(ml) 0 0.50 1

12、.00 2.00 5.00 8.00 10.00 甲醛吸收液 10.00 9.50 9.00 8.00 5.00 2.00 0 二氧化硫含量(微克) 0 0.50 1.00 2.00 5,00 8.00 10.004.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.2.樣品測定 將4.00ml二氧化硫吸收液放入吸收瓶中,用于吸收氧彈中的燃燒尾氣.將樣品消光值在二氧化硫標(biāo)準(zhǔn)曲線上查得相應(yīng)二氧化硫濃度及計算排放二氧化硫總量以每克柴油放出二氧化硫的微克數(shù)衡量燃燒的完全程度.二氧化氮氣體的測定方法-鹽酸萘乙二胺分光光度法（1）標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制 取六支10ml具塞比色管，按下表配置成亞硝酸

13、鈉標(biāo)準(zhǔn)系列 亞硝酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液 管號 0 1 2 3 4 5 亞硝酸鈉標(biāo)準(zhǔn)液（ml） 0 0.40 0.80 1.20 1.60 2.00 水(ml) 2.00 1.60 1.20 0.80 0.40 0 顯色液 (ml) 8.00 8.00 8.00 8.00 8.00 8.00亞硝酸濃度(微克/毫升) 0 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 2.各管混勻,于暗處放置20min(室溫低于20時顯色40min以上),用1cm比色皿,在波長540nm處以水微為比液測定吸光度.3.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.（2） 樣品測定將5.00ml二氧化氮顯示液

14、放入吸收瓶中,用于吸收氧彈中的燃燒尾氣.將吸收瓶中的樣品暗處放置20min(室溫低于20時顯色40min以上),用1cm比色皿,在波長540nm處以水為參比液測定吸光度.將樣品消光值在二氧化硫標(biāo)準(zhǔn)曲線上查得相應(yīng)二氧化硫濃度及計算排放二氧化硫總量.以每克柴油放出二氧化硫的微克數(shù)衡量燃燒的完全程度.4.數(shù)據(jù)處理見圖表1：不同種類的添加劑混合體系完全燃燒時燃燒效率及燃燒速率柴油W（g）添加劑（gT（K）t（S）Qv（J/mol）T/t（K/S）T/W0.5033g0.001.4533041899.20.00442.8810.50520.00491.55830044850.60.00523.0839

15、表2：不同種類的添加劑燃油體系不完全燃燒時燃燒效率及燃燒速率柴油（g）添加劑（%）T（K）t（S）Qv（J/mol）T/t（K/S）T/W1.49530.002.526270245680.00941.68931.49810.01512.7721026890.80.01321.8491.49670.002.53230024603.30.00841.69171.49920.01552.76630026832.20.00921.845表1. 不加二茂鐵的柴油完全燃燒時的時間溫度關(guān)系（m（柴油）=0.5033g;m（二茂鐵）=0.000g）時間t(30s)12345678前期溫度T()26.79526

16、.82526.83726.84326.84626.84926.85126.852時間t(30s)9101112131415點火后溫度T()26.98427.53227.88328.04528.1328.18628.224時間t(30s)16171819202122點火后溫度T()28.25428.27428.28728.30228.31328.32228.33時間t(30s)232425262728點火后溫度T()28.33628.34128.34428.34728.3528.351表2. 1.0%二茂鐵-柴油混合體系完全燃燒時間溫度關(guān)系（m（柴油）=0.5052g;m（二茂鐵）=0.0049

17、g）)時間t(30s)123456前期溫度T()28.37428.43728.44428.44528.44528.444時間t(30s)789101112點火后溫度T()28.67129.27629.58529.7329.81129.867時間t(30s)131415161718點火后溫度T()29.90529.93429.95530.00230.01430.051時間t(30s)192021222324點火后溫度T()30.05330.05930.06330.06330.06630.067表3. 不加二茂鐵的柴油不完全燃燒時的時間溫度關(guān)系（m（柴油）=1.4953g;m（二茂鐵）=0.000

18、0g）時間t(30s)123456前期溫度T()27.45127.01727.52227.52427.52627.528時間t(30s)78910111213點火后溫度T()27.638828.15128.67129.1229.44929.68829.844時間t(30s)14151617181920點火后溫度T()29.94230.00930.05430.08830.11630.15230.166時間t(30s)21222324252627點火后溫度T()30.17630.18530.19130.19630.20330.20630.207注：（該實驗測定尾氣中的SO2）表4 1.0%二茂鐵-

19、柴油混合體系不完全燃燒時的時間溫度關(guān)系（m（柴油）=1.4981g;m（二茂鐵）=0.0151g）時間t(30s)12345678前期溫度T()29.82729.89729.89329.88829.88329.8829.87629.872時間t(30s)9101112131415點火后溫度T()30.02330.54731.08131.5331.87531.13532.317時間t(30s)161718192021點火后溫度T()32.40732.64232.69732.73832.76832.788時間t(30s)222324252627點火后溫度T()32.80632.81732.8253

20、2.83132.83632.838注：（該實驗測定尾氣中的SO2）表5.不加二茂鐵的柴油不完全燃燒時的時間溫度關(guān)系（m（柴油）=1.4967g;m（二茂鐵）=0.0000g）時間t(30s)1234567前期溫度T()27.53727.63227.66427.6827.68927.69427.698時間t(30s)89101112131415點火后溫度T()27.82428.35228.92829.37929.73329.92930.04930.13時間t(30s)1617181920212223點火后溫度T()30.18630.2330.26230.28630.30630.32130.332

21、30.342時間t(30s)24252627282930點火后溫度T()30.34930.35630.36130.36430.36730.36830.369注：（該實驗測定尾氣中的NO2）表6.1.0%二茂鐵-柴油混合體系不完全燃燒時的時間溫度關(guān)系（m（柴油）=1.4992g;m（二茂鐵）=0.0155g）時間t(30s)12345678前期溫度T()30.14930.23130.22930.22530.22130.21830.21530.211時間t(30s)9101112131415點火后溫度T()30.34530.86731.45831.94632.30932.55432.718時間t(

22、30s)16171819202122點火后溫度T()32.83532.91832.97733.02433.05933.08633.107時間t(30s)23242526272829點火后溫度T()33.12133.13233.13933.14433.14733.14733.147注：（該實驗測定尾氣中的NO2）SO2標(biāo)準(zhǔn)曲線數(shù)據(jù)SO2含量(g)0.00 0.50 1.00 2.00 5.00 8.00 吸光度0.0750.0790.1350.1530.3360.45NO2標(biāo)準(zhǔn)曲線數(shù)據(jù)NO2含量（g/mL）00.10.20.30.40.5吸光度0.0650.1950.2350.3150.412四

23、.討論及思考題： 本次實驗我們一組是分為2小組做的，我們負(fù)責(zé)的是二氧化硫和二氧化氮的標(biāo)準(zhǔn)曲線濃度的測定，但是就我們另一小組的同學(xué)做的情況，首先儀器裝置得要準(zhǔn)備好，這對測量得影響十分得關(guān)鍵，氧彈先充氧排除氧彈內(nèi)的空氣，再將氧彈內(nèi)的氧氣壓力沖至1.2Mpa。之后安裝好裝置好以后，就開始進(jìn)行測量，測量過程中可能會遇到開始時得溫度并沒有隨時間得上升而是下降得趨勢，這時應(yīng)該停止燃燒，檢查裝置得氣密性等得問題，再次安裝好裝置進(jìn)行再次得測量，知道溫度曲線正常為止。在柴油完全燃燒和不完全燃燒條件下，燃燒得產(chǎn)物并不完全得相同：兩種燃燒條件下，都會產(chǎn)生碳?xì)浠衔?CHx)、氮氧化合物(NOx)、硫氧化物(主要是SO2)。不同點在于：完全燃燒時會生成CO2；不完全燃燒時生成CO和炭煙，煙內(nèi)含有大量的黑色炭顆粒，并含有少量的帶有特殊臭味的乙醛、甲醛、丙烯醛等。思考題：根據(jù)二茂鐵作為添加劑在柴油完全燃燒和不完全燃燒的條