(高考生物)燃烧前生物柴油中脂肪酸甲酯区别于十六烷烃衍生物

（生物科技行业）燃烧前生物柴油中脂肪酸甲酯区别于十六烷烃衍生物

燃烧前生物柴油中脂肪酸甲酯的CN值的解释

摘要：C18链的脂肪和它的甲基酯、乙基酯、丙基酯、丁基酯注入到一个恒容燃烧设备中，便于收集着火之前的燃烧烟雾，然后用气相色谱分析法检测燃料烟雾，这些化合物被证实是在燃烧前形成的。包括直链、支链的烷烃、烯烃、环形碳氢化合物以及醛、酮、酯、取代苯和其他物质，如呋喃。燃烧前形成的一些化合物CN值较低,实验发现随着大量的不饱和脂肪族化合物产生，CN值也有少量的上升。因此，燃烧前产生的中间产物较低的CN值可能解释部分问题，如大量的不饱和脂肪族化合物产生的同时，相应的CN值降低。

关键词：生物柴油十六烷烃指数注入脂肪酸

直链酯气相色谱质谱预燃

植物油和动物脂肪及其衍生物，特别是甲酯，大部分被用于不同的柴油机燃料，也就是众所周知的生物柴油。事实上，生物柴油是这样定义：作为长链脂肪酸的单短基酯从新生成的脂类原料中取得，例如植物油或动物脂肪，用来推动柴油发动机。大多数研究表明，许多耗用的能源是常规的柴油燃料（气体柴油）逐渐减少，而被生物柴油所取代，除了氮氧化合物（NO X）外。生物柴油也代表一种环保的、新生的能源来源。

当一种柴油燃料被注入柴油机的燃烧室内，在开始点火之前迅速膨胀。在这个点火延迟时间阶段，燃料通过压力和温度梯度跨越达到点火条件。点火延迟时间的依据是一种柴油燃料的主要质量指标——十六烷烃指数。一种给定化合物的85高，则点火延迟时间较短，反之亦然。Hexadecane 是高质量标准的化合物，点火延迟时间短，被称为CN100；质量标准较低、点火延迟时间较长的2，2，4，4，6，8，8－甲基癸烷（HMN），被称为

CN15。通常，动物脂的CN值高于常规柴油燃料，其最小CN值为40。同时植物油也具有较好质量指标，较低的CN值。

化合物质量等级标准表明化合物结构在决定该物质的CN值有十分重要的作用。支链会降低CN值，但脂肪族化合物中双键的数量、位置也会影响CN值。因此，大部分高度饱和的脂肪族化合物都有较高的CN值。同时CH2的数量也是非常重要的影响因素。因此，饱和脂肪链越长，则CN 值越高；半数以上含有羟基的脂肪酸酯，也具有较高的CN值。

提高一种燃料的CN值，就能减少这种燃料的点火延迟时间。在生物柴油中改善CN值的脂肪族化合物已被证实存在。改善CN值后的脂肪族化合物可能是一种重要的衍生物，能够减少含有NO X的废气排放。在高温燃烧室内，通过减少点火延迟时间和降低预混燃料的燃烧温度来调节CN 值，抑制NO X的生成，降低NO X的废气排放。因此，可以尝试用生物柴油做这样的实验。减少NO X的废气排放对大气环境是非常重要的，NO X 的过度排放会破坏大气臭氧层，从而导致都市光化学烟雾。NO X的废气排放可以在尾气中调节，而臭氧层只能在大气中调节。

在燃料注入燃烧室到开始点火的时间断成为预燃阶段。直到燃烧室温度、压力上升到着火条件，燃料达到化学反应阶段称为燃烧开始阶段。

本文中，我们分析了纯甘三酯如甘油三棕榈酸酯,在第一个研究中已在400℃空气或氮气的条件下主要检测出脂肪酸、多种脂肪烃以及其他化合物如醛。其组成情况很大程度上与反应条件和反应物有关。第二个研究中预热产物已分理为挥发性和半挥发性物质，而条件为450℃的空气或氮气中，已检测出不饱和脂肪烃、不饱和醛、多种芳香族化合物和多酚化合物。这

时环境对反应产物的生成有明显的影响。在文中我们研究了硬脂酸、油酸、亚油酸、亚麻酸以及对应的甲酯、乙酯、丙酯、丁酯的燃烧前的性质。燃烧前生成的中间产物已被收集和分析。

实验步骤：

全部脂肪酸酯购自Nu-Chek-Prep,Inc(Elysian,MN),并且制造商随机测定的纯度大于99％。硬脂酸、油酸、亚油酸、亚麻酸以及硬脂酸、油酸、亚油酸、亚麻酸及其酯都已检测出。这些原料用空气注入恒容燃烧室（设计成模拟柴油机条件）。标准条件是温度300℃，压力1.96MPa。实验的其他条件已在文中注明。样品按挥发物和半挥发物收集。恒容燃烧室的示意图如图1所示。文中的这个恒容燃烧室是由燃烧弹改制而成的。其以前用来作为十六烷检测的一种可靠方法；与标准十六烷检测方法相比有其他有点，如只需很少的检测样品。这种改制连接一个捕集系统用来收集燃烧前气体中的挥发性和半挥发性物质。

半挥发物收集在聚氨酯泡沫塞子容器中，塞子的原材料是用索式抽取器提取二氯甲烷或室温下搅拌二氯甲烷2小时而成。通过比重法测定抽提塞子和未使用塞子的比重差控制抽屉程度。提取物用ARX-400分光仪检测，测1H的核磁共振频率为400MH Z，测13C的核磁共振频率为100MH Z。

结果与讨论：

在泡沫塞子容器中通过核磁共振分析半挥发物，表明这里包含大部分的未反应的原材料。另一方面，通过气相色谱分析挥发性物质包含不同种类的络合的混合化合物，因此，以下主要讨论挥发性物质部分。

两次连续实验检测每一种挥发性物质。第一次实验有许多波峰的波长非常

大，尤其是洗脱温度较低，保留时间较短。因为我们相信不可能把所有的物质从试管中完全转移到第一反应中，并且我们希望在波长较大的波峰下隐藏部分物质的波峰。第二次实验采用同样的方式转移并且控制气相色谱的条件。我们的猜测对某些物质的波形而言确实存在。一般情况下，第二次实验的波峰较少且较弱，一些物质只能在第一次实验中显示出来，而第二次实验却显是不出来。所有表格资料都是对两次实验的描述。色谱分析结果如图2所示。

众所周知，不同的加热条件会产生不同的化学反应。这个条件下，这个普通反应的根本原因在于碳氢化合物中C-C链的断裂。这中间的断裂能通过多种方式产生与原材料不同的物质。其反应包括：脱羧、氧化、环化、芳构化、脱氢等。这个反应在先前甘三酯的预燃实验中已有提及。这个反应的根据都已一目了然。这个反应细节部分更不需要深入讨论，因为这些都已有文章可证实。

现行工作中确认许多化合物包括直链、支链及环状脂肪族碳氢化合物、醛、酮、芳香族碳氢化合物以及短链酯。有趣的是发现了呋喃代用品。这些化合物在先前甘三酯预燃实验中并未发现。另一方面，呋喃被发现也存在于其它石化燃料的燃烧实验中。表1罗列了已经洗脱的化合物清单，它们的性质将在下一段中讨论。

通过气相色谱法不能完全明确的显示化合物，所以有必要分析不确定化合物的物理性质，尤其要把沸点纳入考虑范畴。

个别物质的测量数据虽不在控制范围内，但仍然符合先前甘三酯预燃实验。这些化合物的测量数据成规律的排列。这是因为重叠波峰在质谱中