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姓名： 实验题目：二茂铁及其衍生物对柴油的助燃和消烟作用 学号： 预习凭证码：19779 组别：第三组 实验时间：2012年4月18日

1 前言 1.1实验目的

①了解二茂铁以及衍生物的应用，特别是作为一种优良的燃料助燃催化剂，其重要的经济价值不环保价值；

②掌握利用氧弹卡计测量油品燃烧所产生的热量的操作技术，应用CACE系统评价油品的燃烧效率。

1.2实验意义

本实验用自制的二茂铁作为添加剂，利用氧弹量热计测定燃油在是否有添加剂存在下的燃烧热，了解和比较添加二茂铁对柴油燃烧效率和速率的影响以及二茂铁的节能助燃效应。同时，学习和掌握甲醛法和盐酸萘乙二胺分光光度法分别测定SO2和NO2气体的浓度，并应用于柴油燃烧后尾气成分的测定。

1.3文献综述与总结 1.3.1 柴油助燃剂的作用

柴油发动机产生的废气中含有大量炭黑和有害气体，炭黑含量决定了废气的烟度。炭黑会使柴油发动机喷油器堵塞，从而使燃烧恶化，不仅增加燃料消耗，而且加剧空气污染。而柴油机的燃油经济性、排烟、有害物质排放都是不燃油在燃烧室内的燃烧情况密切相关的。柴油的扩散燃烧是造成燃烧不完全的主要原因。燃油能否在汽缸内迅速雾化蒸发，能否尽快有空气混合均匀，能否迅速着火，是燃油能否完全燃烧的先决条件。因此，是否具备上述条件之一就成为判断某种添加剂性能的依据。而助燃剂的作用原理便是能加速上述过程，是燃油接近或达到完全燃烧，助燃剂最明显的作用就是能使柴油迅速的、完全的燃烧，从而降低油耗，减少燃烧室内的积炭和顶部活塞的结焦。

据研究，从燃油燃烧化学机理的化学动力学过程来说，就燃烧过程的地位而言，以自然过程显得更为重要。这是燃烧促进剂的研究的一个方向。碳氢化合物RH和氧通过引发反应产生R和HO2，在经过直链反应产生于另一种很活泼的自由基ROO·后，存在三种可能的反应历程，产生三种退化分子产物。他们是丌稳定的中间产物，容易分解而产生更多的自由基，从而是化学反应速度增加。因此，如果在燃油中加入添加剂，如乙醛和某些过氧化物，起到引发的作用，就可以缩短滞燃期，加速燃料的自燃过程。例如一些金属化合物对促进燃油的完全燃烧有显著作用，如铁的苦酸盐等。天津内燃机研究所的解释文教授指出，含有Ni Cr Co Mo Cu Mn等油溶性好的有机金属盐和含有羟基的非金属化合物对促进碳粒氧化、提高燃烧速度具有显著作用。它们的作用机理就是在燃烧重金属的阳离子能有效地减低燃油分子C-H键的活化能，同时充当催化活性的载体，向R（烃）C和CO传递氧，促进了燃油分子的扩散和氧化，从而提高了燃油的燃烧速度。一些有机化合物如乳酸化合物对燃烧的促进作用也比较明显，如果把他们加入到除汽油之外的石油产品中，可以显著的提高燃油的燃烧速度。这种乳酸化合物助燃剂的作用机理就是在燃烧室内高温热解醛类、醇类等产物，醛类进而分解产生更多的自由基，缩短了燃油的滞燃期。含氧添加剂的自供氧能力，在促进燃油燃烧中作用亚较为明显。

目前国内外的许多研究人员都展开了对含氧添加剂的研究。其作用机理主要是氧元素在燃烧过程中起到了助燃的作用，尤其是在燃油浓度较高的地方，提高了燃油不氧接触的几率，使燃油能够比较安全地燃烧。西安交通大学的王贺武、周龙宝对碳酸二甲基（DMC）的研究表明：当DMC的添加比例为10%时，发动机的功率不变，热效率提高了3%，烟度也有所下降。此外，一些高醇类的有机化合物的混合燃烧对燃烧也有促进作用。

碳烟（固体颗粒），是柴油在高温，缺氧条件下裂解的产物，是柴油机在高压燃烧中丌可避克的结它限制了柴油机的最大功率，严重影响了燃油的经济型，并加剧了大气污染，因而现在逐渐引起了人们的重规。研究人员已经采取了多种手段来减少碳烟排放，例如改进燃烧室的结极、采用废气再循环（EGR）技术、装用催化装换器或颗粒扑集器等。这些已经取得了丌错的效果，但是随着更严格的排放法规的建立，有必要采取更有效的措施进一步减低碳烟的排放。使用消烟剂是一种简捷、有效的办法，因为他是在燃油还在燃烧室内的燃烧时，就控制了碳烟的形成，或者使它在燃烧室内充分燃烧减少了随废气排出的碳烟排放量。常见的消级有钡基、镁基和钙基添加剂。关于碳烟的形成机理，上海内燃机研究

所李松的研究结果表明：碳烟是在主燃期的扩散火焰中形成的，其过程是：烷烃生成烯烃，再变成乙炔，而乙炔不碳基结合又变成高分子量的碳氢化合物。另外，芳香烃生成碳烟的过程是经过聚合脱氢而生成高分子量的碳氢化合物。这种高分子化合物又进一步附具，最后生成碳烟。同时他又指出，碳烟的生成量是并丌等同于排气中的碳烟的生成量。燃烧后期的混合气品质影响了碳烟的最后排放。所以，对于消炎剂的作用方式，就有了两种途径：一减少主燃期内碳烟的形成；二、在后期，促进弹力的氧化。其作用机理一般是加速碳粒氧化的催化作用和阻止燃料在高温，缺氧的条件下裂解的反催化作用。有研究结果表明，钡盐和钙盐的减烟效果较为显著，同时指出，有一种消炎效果较为显著的有机钙盐，他能使烟度平均下降20%-30%，并能消除积碳 1.3.4 二茂铁在助燃消烟方面的作用

二茂铁是一种具有芳香族性质的有机过渡金属化合物。常温下为橙黄色粉末，有樟脑气味。熔点172~174℃，沸点249℃,100℃以上能升华；不溶于水，易溶于苯、乙醚、汽油、柴油等有机溶剂。不与酸、碱、紫外线发生作用，化学性质稳定，400℃以内不分解。其分子呈现极性，具有高度热稳定性、化学稳定性和耐辐射性，其在工业、农业、医药、航天、节能、环保等行业具有广泛的应用。研究表明，将二茂铁及其衍生物添加到固体、液体或气体燃料中，都能发挥其助燃、消烟和抗爆等作用，尤其是对燃烧时产生大量烟尘的烃类，效果更为显著。二茂铁及其衍生物添加到煤油或柴油中，仅0.1%（重量）的用量，就可平均节油14%，且使发烟量减少40%~70%，车辆功率提高10%，而且在燃烧中还有促迚CO 转化为CO2 的作用，同时可提高燃烧热，增加功率，从而达到节能和减少大气污染的作用。二茂铁及其衍生物添加到锅炉燃料油中，可减少烟的生成和喷嘴积炭，也可掺在煤粉中作助燃减烟剂使用。此外，将二茂铁添加到动力机械燃料中，可使燃烧室的积炭减少，以减少烟尘对大气的污染。

1.3.5 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