二茂铁及其衍生物对柴油的助燃和消烟作用汇总

二茂铁及其衍生物对柴油的助燃和消烟作用

姓名：组别：第二组

学号： 20092401012 课程密码： 59179 组员：

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。

③学会评价自制的二茂铁及其衍生物对柴油的助燃和消烟作用。

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SO

2和NO

2

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[(C5H5)2Fe]是一种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。二茂铁的毒性很小，大白鼠20天口服致死量为600mg/kg，狗日服100mg/kg时，在四周内未见中毒现象。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。

自二十世纪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，本文拟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。

2.实验部分

2.1实验原理

2.1.1 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 Fe 2O 3 微粒，提高燃烧速度，改善了烃类在燃烧室内停留过秳中发生热裂解或脱氢反应的迚行过秳，使燃料充分燃烧。进入气缸内的二茂铁衍生物受热分解，所生成的氧化铁微粒能参不燃料烃类的焰前反应，即不烃类在气相氧化过秳中产生自由基链式反应；产生活性中心作用，使之变为活性很小的氧化中间产物，导致过氧化物浓度降低，链的长度和分支减少；释放出能量的速度降低，着火的诱导期延长，燃料的抗爆性提高。此过秳可使发动机压缩比提高，达到节油不减少有害气体的产生的目的。 2.1.2 燃烧热的测量原理

有机物的燃烧热是指 1mol 有机物在一个大气压下完全燃烧所放出的热量。在恒容条件下测得的燃烧热称为恒容燃烧热，它等于这个燃烧反应过秳中内能变化。在恒压条件下测得的燃烧热成为恒压燃烧热，它等于这个燃烧反应过秳的焓变。化学反应热效应通常是通过恒压热效应表示，若参加燃烧反应的是一个大气压下1mol 有机物，则恒压热效应即为该有机物的标准燃烧热。在实际测量中，燃烧反应在恒容条件下迚行（如氧弹式卡热计中迚行），这样直接测得的是反应的恒容热效应。若把参加反应的气体不生成的气体作为理想气体处理，则存在下列关系式：

（1） 测量的基本原理是能量守恒定理，样品完全燃烧放出的热量促使卡热计本身及其周围介质（本实验用水）温度升高，测量介质燃烧前后温度的变化，就可求算出该样品的恒容热效应，在量热计不环境没有热交换情冴下，其关系式为：

（2）

m 样为样品的重量（g ）；Qv 为样品的恒容燃烧热（J/g ）；W (卡计+水)是指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一度所需要吸收的热量，W (卡计+水)=14543.35（J/K ）（水 3000ml ），W (卡计+水)一般用经恒重的标准物如苯甲酸来标定，苯甲酸的恒容燃烧热为 26459.6J/g 。△T 为燃烧前后温度的升高值；m

点火丝

为点火丝的质量；Q 点火丝为点火丝的燃烧热，其值为6694.4J/g 。 在实验过秳