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二茂铁对柴油的助燃和消烟作用计算机模拟实验姓名：陈树华学号：20082401068 课件密码：815811 前言：柴油燃烧的危害及氮氧化物NOx PM形成机理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。
柴油机燃烧过程中生成有氮氧化物NOx未燃碳氢化合物HG一氧化物CO 和碳烟微粒PM（颗粒）等有害物, 对人体非常有害。
随着环境保护的日益重视, 人们越来越关注柴油机的排气污染问题。
NOx 的形成机理[1] N2 在空气中约占79% , 它是随空气一起进入柴油机气缸的，是一种比较稳定的气体，一般不与Q进行化学反应。
它只有在温度达到 2 300 K以上并且在富氧区中时,才与O产生反应。
O2 ?2OO+ N2 ?NO + N N+ O2?NO+ O 当温度低于900 K 时2NO+ O 2 ?2NO2当温度低于410 K 时NO 2+ N O2? N2O4PM 的形成机理柴油机废气中的颗粒主要是不完全燃烧生成的碳烟, 包括某些碳氧化合物、SQ、燃油及机油中的灰分以及添加剂等形成的颗粒。
碳烟是燃料在1 500 K 以上、过量空气系数<0. 6 的高温缺氧区里经过脱氢反应生成的。
燃料射流中液核过浓的预混合区是生成碳烟的主要地方。
消除碳烟的关键是控制预混合燃烧阶段的空燃比,使过量空气系数在0. 6~ 0. 8 范围内, 使之不生成碳烟, 而不能指望在燃烧中后期的碳烟再氧化, 因为再氧化需要高温, 在富氧条件下必将伴随NOx 的增加。
目前提高柴油发动机燃烧效率，减少废气中炭黑的方法有两种，一种是物理化学方法，即加入少量助燃剂；另一种是机械方法，即改进柴油发动机燃烧室的结构，物理化学方法的实质是对柴油进行变性处理，提高雾化程度，增加热扩散，从而对柴油的燃烧起催化作用，使柴油对废气起洗涤作用，以减少排放，使发动机工作稳定，从而使柴油完全燃烧。
华南师范大学实验报告学生姓名学号专业年级、班级课程名称综合化学实验实验项目二茂铁及衍生物对柴油的助燃和消烟作用实验指导老师实验时间2013 年月日课件密码：【前言】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，其重要的经济价值与环保价值；②学习和掌握甲醛缓冲溶液吸收-盐酸副玫瑰苯胺分光光度法测定SO2气体的浓度以及盐酸萘乙二胺分光光度法测定NO2气体浓度的分析方法以及气相色谱测定方法,并应用于汽油燃烧后尾气成份的测定；③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。
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。
3 文献综述3.1 燃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冴密切相关的。
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H2O，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。
二茂铁对柴油燃烧的助燃作用研究与尾气成份测定姓名: 林增辉指导老师: 何广平学号: 20042401060密码：437598 日期:07-05-8合作者: 唐静仪刘燕英罗俊雄羊鸣麦卫灿一、前言1．实验目的与意义（1）了解和比较不同汽油添加剂对柴油燃烧效率与速率的影响以及添加剂的节能助燃效应。
（2）学习和掌握甲醛缓冲溶液吸收——盐酸副玫瑰苯胺分光光度法测定SO2气体的浓度以及盐酸萘乙二胺分光光度法测定NO2气体浓度的分析方法以及气相色谱测定方法，并应用于汽油燃烧后尾气成份的测定。
（3）通过物理化学实验基本技术——量热技术的使用与气体无机污染物的多种分析方法（包括分光光度法和气相色谱法）的学习与应用使学生综合了解汽油添加剂在燃油助燃、消烟节能以及减少汽油尾气排放减少大气污染中所起的作用。
关注社会、关注环境。
2．文献综述与总结自20世纪50年代以来，西方发达国家先后实现汽车家用化和普及化，极大推动了汽车工业的实现汽车家用化和普及化，极大推动了汽车工业的迅猛发展。
二十世纪中后期，发展国家，例如我国的车辆数量(特别在大城市和经济发达地区)也在迅速增多,车辆尾气造成的空气污染已日趋严重。
然而伴随各国汽车数量的剧增，汽车排放污染成为日益严重的全球性问题。
而燃油品质和排放污染成为日益严重的全球性问题。
而燃油品质和物化性能，是决定发动机燃烧排放特性的主要因素。
改善燃油燃烧质量，减少排放已成为当前世界各石改善燃油燃烧质量，减少排放已成为当前世界各石油巨头的研究重点。
近十多年来，在政府的协调下，发达国家的汽车工业巨头和石油公司相继联合开展了汽车燃料、空气品质改善的研究AQIRD。
实验了汽车燃料、空气品质改善的研究AQIRD。
实验和实践表明，燃油添加剂作为介于汽车和燃油之间的产品，对提高燃油品质，改善燃烧特性有着显著效果，已经成为燃油领域的一个亮点。
据文献报道，二茂铁可以用作节能消烟助燃添加剂，可用于各种燃料，如柴油、汽油、重油、煤炭等。
二茂铁对柴油的助燃消烟作用与尾气成份测定一．氧弹量热计的使用与Q V 的测量利用氧弹量热计测定样品的恒容燃烧热Q V ，以Q V 、△T/W 、△T/△t 作为柴油燃烧效率与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二. 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：0.9MPa 。
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．称取柴油1.0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;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Q V 、Q V /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（SO 2；NO 2）/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）三．二氧化硫气体的测定实验步骤1.二氧化硫标准曲线的绘制(1) 取12支10 ml 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 0 1 2 3 4 5 二氧化硫标准液(ml) 0 0.50 1.00 2.00 5.00 8.00 二氧化硫吸收液（甲醛吸收液） 10.00 9.50 9.00 8.00 5.00 2.00 二氧化硫含量(微克) 0 0.50 1.00 2.00 5.00 8.00 二氧化硫含量(微克/毫升) 0 1 0.05 0.10 0.20 0.50 0.80(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.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。
茂铁对柴油的助燃消烟作用及尾气成分测定 TYYGROUP system office room 【TYYUA16H-TYY-TYYYUA8Q8-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。
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。
文献综述与总结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，在经过直链反应产生于另一种很活泼合物RH和氧通过引发反应产生R和HO2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。
华南师范大学实验报告姓名：课件密码：27137组别: 学号：实验题目：二茂铁及衍生物对柴油的助燃和消烟作用【前言】1、实验目的①本实验选择不同的燃油添加剂；利用氧弹量热计测定燃油在不同添加剂存在下的燃烧热，了解和比较不同汽油添加剂对柴油燃烧效率与速率的影响以及添加剂的节能助燃效应。
②学习和掌握甲醛缓冲溶液吸收-盐酸副玫瑰苯胺分光光度法测定SO2气体的浓度以及盐酸萘乙二胺分光光度法测定NO2气体浓度的分析方法以及气相色谱测定方法,并应用于汽油燃烧后尾气成份的测定。
③通过物理化学实验基本技术---量热技术的使用与气体无机污染物的多种分析方法（包括分光光度法和气相色谱法）的学习与应用使学生综合了解汽油添加剂在燃油助燃、消烟节能以及减少汽油尾气排放减少大气污染中所起的作用。
关注社会、关注环境。
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。
3、文献综述与总结3.1 1951 年末，Kealy 和Pauson 利用环戊二烯成功地制备出C10H10Fe。
次年，德国的Ficsher 利用X 光衍射技术发现二茂铁化合物具有异常高的化学稳定性。
1956 年Wilkinson 和Woodward 等通过红外光谱、磁化率以及偶极矩等技术手段确定二茂铁具有夹心结构的金属π配位化合物，证实其具有可靠的金属性能。
这些研究成果是20 世纪金属有机化学的重大发现，Ficsher 和Wilkinson 也因此获得1973 年度的诺贝尔化学奖。
是由于其特殊的结构和特别高的稳定性，二茂铁很快就引起了人们的研究兴趣，其合成方法也层出不穷。
20 世纪70年代，德国研发出了电解合成方法,随后又对该方法进行了改进，从而开辟了合成二茂铁的新天地。
二茂铁对柴油的助燃消烟作用与尾气成份测定姓名：黄伟乐班级：化学1班学号：20192401156 指导老师：何广平课件密码：00290 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，其重要的经济价值与环保价值。
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蔡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]1.3文献综述与总结二茂铁与芳香族化合物化学性质相似，具有独特的芳香性，甚至在一些情况下，其芳香性能大于苯环。
二茂铁为 18 电子构型，具有良好的稳定性，其中心铁原子和环戊二烯基都具有一定的活性，从而可以进行一系列的有机反应。
在二茂铁的环上容易发生亲电取代反应，可进行金属化、氯化、酰基化、烷基化、磺化、甲酰化以及配合体交换等反应，从而可制备一系列用途广泛的衍生物。
二茂铁衍生物具有疏水性，这使其能够顺利地通过细胞膜，与细胞内物质相互作用，此外它还具有良好的稳定性、低毒性，因而可作为治疗某些疾病的药物，如抗癌药物等。
由于二茂铁及其衍生物还具有氧化还原可逆性，可在酶的作用下参与代谢作用，所以它们还可用来制造植物生长调节剂、杀虫剂等。
二茂铁衍生物具有良好的电导特性，当二茂铁与共轭体系衔接时，可以形成性能良好的分子导线。
第一个含二茂铁代表性的分子导线是 1,1′- 双(三甲基甲硅烷乙炔基)二茂铁。
二茂铁的热稳定性、氧化还原性、结构可变性和金属特性，使得其在液晶材料方面的应用前景也十分广阔。
此外，二茂铁衍生物还被广泛地应用到抗菌剂，聚合物、纳米材料、电化学元件、生物化学、分析化学等邻域，对其的开发利用成为金属有机化学界的热议话题。
二茂铁对柴油的助燃和消烟作用与尾气成分测定一、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，其重要的经济价值与环保价值。
（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。
1.2实验意义二茂铁及其衍生物已被广泛用作燃料助燃剂，以改善燃料的燃烧性能，还可作为汽油的抗震剂。
本次实验旨在实验室条件下模拟汽车柴油的燃烧过程，测定相同质量的柴油在加入二茂铁前后的燃烧热值变化，以及测定SO2和NO2等废气的含量，通过数据分析体验二茂铁对柴油的助燃和消烟作用。
1.3文献综述与总结二茂铁学名是二环戊二烯基铁，化学性质比较稳定，其结构中亚铁处于激化状态，具有多种催化特性[1]。
随着研究的深入，二茂铁及其衍生物的用途逐渐被认识和开发，不同类型的二茂铁衍生物具有不同的功能，归纳起来大概有以下四个方面：①在功能材料方面,用于燃油添加剂、作液晶材料、超导材料、稳定剂等；②在生物学上用作人工抗体、抗癌活性药物和细菌活性药物、生物酶电极及杀虫剂等；③在分析化学上用作膜电极、滴定剂等；④有机化学反应中作为不对称反应的催化剂和有机合成的中间体等。
（1）用于燃油添加剂目前，二茂铁最广泛的一个应用就是向柴油中加入一定量的二茂铁，能起到消烟助燃的作用，进而降低柴油发动机的排烟量和尾气中一氧化碳的含量，减轻排放尾气对环境的污染，增强发动机的功率。
另外，二茂铁还能够清除柴油机引擎燃烧室表面的沉积炭，并能在其表面沉积一层氧化铁膜，有效地防止了炭粒子的重新沉积。
将二茂铁及其衍生物添加到汽油中，不仅可提高汽油的辛烷值而且增强了抗爆性能，添加到燃烧重油的锅炉中，减少生成烟尘的效果更为明显，既提高了燃油的燃烧效率，又可节约燃料油[2].将二茂铁衍生物添加到火箭燃料中,能促进燃料的充分燃烧并起到消烟作用。
二茂铁衍生物是目前使用最广泛的火箭燃料催化剂之一[3]。
此外,含氨基硅烷二茂铁的硅烷聚合物可改善冷冻润滑剂的热性能和水解性能。
二茂铁对柴油的助燃消烟作用与尾成份测定陈文茜化教2班 20042401157一前言:1.实验目的及意义:(1) 本实验选择不同的燃油添加剂；利用氧弹量热计测定燃油在不同添加剂存在下的燃烧热，了解和比较不同汽油添加剂对柴油燃烧效率与速率的影响以及添加剂的节能助燃效应。
(2) 学习和掌握甲醛缓冲溶液吸收-盐酸副玫瑰苯胺分光光度法测定SO2气体的浓度以及盐酸萘乙二胺分光光度法测定NO2气体浓度的分析方法以及气相色谱测定方法,并应用于汽油燃烧后尾气成份的测定。
(3) 通过物理化学实验基本技术---量热技术的使用与气体无机污染物的多种分析方法（包括分光光度法和气相色谱法）的学习与应用使学生综合了解汽油添加剂在燃油助燃、消烟节能以及减少汽油尾气排放减少大气污染中所起的作用。
关注社会、关注环境。
2.文献综述与总结:二茂铁对柴油的助燃消烟作用的实验,分别向等用煤油和车用柴油中添加不同数量的二茂铁,实验结果表明,无论是等用煤油还是车用柴油中,添加不同数量的二茂铁后其烟点提高数倍都随二茂铁的添加量增加而增大,说明二茂铁具有优良的助燃作用.再用行车实验来证明:用添加二茂铁的柴油和为添加二茂铁的柴油在日野卡车上做行车实验,列表如下:从表中可以看出,在柴油中添加二茂铁后,耗油量显著降低,尾气中黑烟明显减少从以上数据表明,二茂铁的加入提高了柴油的利用效率,既达到了节油的目的,又明显的减少了尾气中的一氧化碳和黑烟的排放量,这对于环境保护有特别的意义.二.实验方案:实验中如何衡量柴油燃烧速率与燃烧效率的大小?1.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。
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2.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，计算不同添加剂和柴油混合体系的燃烧速率△T/△t（即单位时间温度随时间的变化率），研究添加剂对燃油燃烧速率的影响规律。
二茂铁对燃油燃烧的助燃作用研究与尾气成份测定姓名：黄新敏学号：20040004007 课件密码：9141单位：华南师范大学化学与环境学院一、前言1.目的（1）以二茂铁作为燃油添加剂，利用氧弹量热计测定燃油在不同添加剂存在下的燃烧热，了解和比较不同汽油添加剂对柴油燃烧效率与速率的影响以及添加剂的节能助燃效应。
（2）学习和掌握甲醛缓冲溶液吸收-盐酸副玫瑰苯胺分光光度法测定SO2气体的浓度以及盐酸萘乙二胺分光光度法测定NO2气体浓度的分析方法以及气相色谱测定方法,并应用于汽油燃烧后尾气成份的测定。
（3）通过物理化学实验基本技术---量热技术的使用与气体无机污染物的多种分析方法（包括分光光度法和气相色谱法）的学习与应用使学生综合了解汽油添加剂在燃油助燃、消烟节能以及减少汽油尾气排放减少大气污染中所起的作用。
（4）通过实验关注社会、关注环境，响应“建设节约型华师”的号召。
2.意义当今社会科技昌达，人们的生活水平逐步提高，汽车渐渐成为老百姓的消费品。
近年来，我国的汽车车辆数量特别是在大城市和经济发达的地区迅速增多，汽车尾气造成的空气污染已日趋严重，汽车尾气造成的大气污染已开始向深度污染和二次污染的方向发展如光化学烟雾。
据统计,大气污染物中的60%-70%是汽车排放的有害物质。
因此对能源的有效利用与对燃油燃烧尾气成份的测定与技术处理方法是当今社会倍受关注的能源和环境的两大热点问题。
二茂铁作为消烟节能添加剂常用于汽油、柴油、重柴油等液体燃料,对节约能源、减少烟尘、防止环境污染有明显效果,因而被广泛应用于各种拖拉机、铲运车、载重汽车和内燃机车等。
本实验就是以二茂铁作为燃油添加剂添加到柴油中，通过氧弹量热计测定其对柴油燃烧效率和燃烧速率的影响；并利用分光光度法测定燃烧尾气中SO2和NO2气体的含量，以此探讨它的助燃消烟作用。
3.文献综述二茂铁又称双环茂二烯基铁,它是一种具有夹心结构的金属有机化合物,在常温下呈橙色结晶状,不溶于水,易溶于柴油、汽油、苯、乙醇等有机溶剂,化学性质稳定,无味无毒。
华南师范大学实验报告学生姓名学号专业化学(师范) 班级12化教五班课程名称化学综合实验实验项目二茂铁对柴油的助燃和消烟作用实验类型□验证□设计□综合实验时间2016 年 4 月21 日实验指导老师何广平老师实验评分二茂铁对柴油的助燃和消烟作用一、前言1．实验目的(1)了解二茂铁的应用，特别是作为一种优良的燃料助燃催化剂，其重要的经济价值与环保价值。
(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。
(3)学会评价自制的二茂铁对柴油的助燃和消烟作用。
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蔡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．文献综述与总结二茂铁[(C5H5)2Fe]是一种具有芳香族性质的有机过渡金属化合物，在常温下为橙黄色针状或粉末状结晶物，具有类似樟脑的气味，熔点173～174℃，沸点249℃，不溶于水，而溶于甲醇、乙醇、乙醚、苯、汽油、煤油、柴油等有机溶剂，具有高度热稳定性和耐辐射性，加热到470℃也不分解。
在化学性质上，二茂铁与芳香族化合物相似，不易发生加成反应，容易发生取代反应。
自20世纪50年代人类首次成功合成二茂铁以来，二茂铁及其衍生物的合成与应用得到广泛地研究。
文献报道二茂铁的制备方法有多种，归纳起来可分为化学合成法和电化学合成法。
电化学法电耗高，不适合电力紧张、电价高的地区，且电化学法难以得到高纯度产品。
在化学合成法中有醇钠法、乙二胺法、相转移催化合成法、二甲基亚矾法等，这些方法各有其优缺点，其中醇钠法、二甲基亚矾法工艺简单，对环境污染少，具有实际生产意义。
醇钠法又有甲醇钠法和乙醇钠法，成本较低，但要求无水操作。
甲醇钠法毒性较大，而乙醇钠法安全无毒，操作环境好。
二甲基亚飒法没有无水要求，操作方便，生产安全，毒性小，但生产成本较醇钠法高。
二茂铁有多种用途，其主要用途是作燃料助燃剂。
二茂铁添加到固体燃料、液体燃料中，可以起到明显的消烟、助燃和节省燃料的作用。
尤其是添加到燃烧时会产生大量黑烟的烃类中，其效果尤为显著。
二茂铁对芳烃燃烧时的消烟作用最好，其次为烯烃、环烷烃、烷烃。
二茂铁还可用于提高汽油辛烷值，可代替四乙基铅制得无铅汽油。
由于二茂铁的这种助燃、消烟作用，可以起到提高发动机功率、节能和减少大气污染的效果，它是一种优良的环保、节能产品。
此外，二茂铁及其衍生物还可以用作紫外线吸收剂、热稳定剂和光稳定剂，在医药和其它领域也得到独特应用。
我们以前曾对二甲基亚矾法制二茂铁进行了比较深入的研究和改进，前人实验曾有对乙醇钠法合成二茂铁的影响因素进行研究和探讨，旨在为工业生产提供最佳的合成路线和工艺条件，并对二茂铁添加到柴油中的助燃消烟作用进行了初步的考察。
目前，二茂铁衍生物多达数百种。
二茂铁及其衍生物最广泛的用途是作为催化剂，如不对称催化、羟醛缩合、烯烃常压氢化、芳酮硅烷化等。
二茂铁及其衍生物还可以作为燃料油添加剂。
二茂铁添加到固体燃料、液体燃料中，可以起到明显的消烟、助燃和节省燃料的作用。
尤其是添加到燃烧时会产生大量黑烟的烃类中，其效果尤为显著。
二茂铁对芳烃燃烧时的消烟作用最好，其次为烯烃、环烷烃、烷烃。
二茂铁还可用于提高汽油辛烷值，可代替四乙基铅制得无铅汽油。
由于二茂铁的这种助燃、消烟作用，可以起到提高发动机功率、节能和减少大气污染的效果，它是一种优良的环保、节能产品。
二、实验部分1．实验原理（1）燃烧热测量原理利用氧弹卡计测量柴油燃烧产生的热量。
根据能量守恒定律，样品完全燃烧放出的热量促使卡计本身及其周围的介质（本实验用水）温度升高，测量介质燃烧前后温度的变化，就可以求算出该样品的恒容燃烧热，在量热计与环境没有热交换的情况下，其关系式为：m样Q V=W（卡+水）ΔT-m点火丝Q点火丝式中，m样——样品的质量，g；Qv——样品的恒容燃烧热，J/g；W（卡+水）——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1K所需要吸收的热量；W（卡+水）= 14541.35(J/K)；m点火丝——点火丝的质量，g；Q点火丝——点火丝（铁丝）在恒容条件下燃烧放出热量，Q点火丝=6694.4 J/g；ΔT——燃烧过程中温度的升高值，可利用CACE系统追踪燃烧过程中ΔT，经过雷诺作图法或计算法可校正由于系统热漏等原因产生的ΔT的测量偏差。
通过上述公式可计算分别测量柴油和在柴油中加入二茂铁后柴油燃烧放出的热量的燃烧值，即可研究二茂铁作为柴油燃烧的添加剂对柴油燃烧效率的影响规律。
本实验以ΔT/m（单位重量柴油燃烧引起温度变化值）研究添加剂对柴油燃烧效率的影响规律。
（2）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作为柴油燃烧的添加剂，二茂铁在实验条件下其本身并不燃烧，而是起到催化助燃作用。
根据上面的实验原理与方法，在柴油完全燃烧的条件下，测量柴油在加入二茂铁和未加入二茂铁时燃烧前后温度随时间的变化，通过ΔT/m（单位重量柴油燃烧引起温度变化值）以及ΔT/Δt（即单位时间温度随时间的变化率），即可研究二茂铁作为添加剂对柴油燃烧的效率和速率的影响规律。
（3）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和方法，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（ΔT/Δt），燃烧效率（ΔT/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，尾气可以通过氧弹装置中的排气孔收集，利用有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。
（4）燃油燃烧尾气成分的测定原理实验中选择SO2和NO2气体作为燃烧尾气成分中的被测气体,以此研究添加剂对燃油燃烧尾气成分的影响,并以每克柴油燃烧放出的SO2和NO2的量(mol/g)表示燃烧尾气的排放结果。
①SO2气体的测定原理甲醛缓冲溶液吸收-盐酸副玫瑰苯胺分光光度法[4]可用于测定尾气中SO2气体的浓度。
SO2气体被甲醛缓冲溶液吸收后,生成稳定的羟基甲磺酸加成化合物,在样品溶液中加入氢氧化钠,使加成化合物分解,释放出的二氧化硫与盐酸副玫瑰苯胺、甲醛作用,生成紫红色化合物,可在577 nm处进行测定。
此方法的主要干扰物为氮氧化物、臭氧和某些重金属。
加入胺磺酸钠可消除氮氧化物干扰。
采样后放置一段时间。
臭氧可自行分解,磷酸及环己二胺四乙酸二钠盐可消除或减少某些金属离子干扰。
此方法适宜的浓度范围为0.003～1.07 mg/m3,最低检出限为0.2 mg/L。
通过氧弹排气孔将柴油燃烧后的尾气收集到装有甲醛缓冲吸收液的无色多孔玻板吸收瓶中,利用甲醛缓冲溶液吸收-盐酸副玫瑰苯胺分光光度法测定燃烧尾气中SO2气体的量,以每克柴油放出二氧化硫气体的量表示SO2的排放量(mol/g)。
②NO2气体测定原理盐酸萘乙二胺分光光度法[5]可用于测定尾气中的NO2气体浓度。
空气中的二氧化氮与吸收液中的氨基磺酸钠进行重氮反应,再与N-(1-萘基)乙二胺盐酸作用,生成粉红色的偶氮染料,可在波长540 nm处进行测定。
此方法的主要干扰物为臭氧,对二氧化氮的测定产生负干扰。
采样时在吸收瓶入口处接15～20 cm长的硅胶管,即可将臭氧浓度降低到不干扰二氧化氮的测定水平。
此方法的检出限为0.12mg/L。
通过氧弹排气孔将柴油燃烧后的尾气收集到装有NO2气体吸收液的棕色多孔玻板吸收瓶中,利用盐酸萘乙二胺分光光度法测定尾气中的NO2气体量,以每克柴油放出的二氧化氮气体量表示NO2的排放量(mol/g)。
2．仪器与药品（1）主要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）主要试剂二茂铁、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)。
3．实验步骤（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：0.9MPa。
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称取柴油1.0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通过△T，分别计算柴油和添加了二茂铁柴油的恒容燃烧值Q V、Q V/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.④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.⑤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①二氧化硫标准曲线的绘制i.取12支10 ml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浓度溶液：表1 二氧化硫标准系列(标准液浓度1.00μg/mL)ii. 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。
iii.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。
iv.迅速分别将A组逐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5min后，以水为参比溶液，在577nm处测定样品中二氧化硫含量。
v.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10min，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5min，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①二氧化氮标准曲线的绘制i.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表2 二氧化氮标准系列(标准液浓度2.50μg/mL)ii.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.iii.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.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硫标准曲线上查得相应二氧化硫浓度，根据所测样品总体积计算排放二氧化硫的总量，以每克柴油放出二氧化硫的微克数衡量尾气中二氧化氮的排放量。
