柴油微乳液擬三元相圖的繪制及燃燒性能測定 華師

1、柴油微乳液擬三元相圖的繪制及燃燒性能測定學(xué)生姓名：xxxxx 學(xué)號(hào)：xxxxx專業(yè)：化學(xué)師范 年級(jí)班級(jí)：xxxxx課程名稱：應(yīng)用物理化學(xué)實(shí)驗(yàn) 合作者：xxxxx實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師：何廣平 實(shí)驗(yàn)時(shí)間：xxxxxx【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹勘緦?shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)柴油微乳體系擬三元相圖的繪制與研究方法，并根據(jù)相圖，選擇合適的柴油微乳液。通過氧彈卡計(jì)進(jìn)行燃燒性能測定，比較柴油、微乳柴油燃燒時(shí)其燃燒效率的不同，對(duì)微乳柴油的經(jīng)濟(jì)與環(huán)保價(jià)值進(jìn)行評(píng)價(jià)?！緦?shí)驗(yàn)原理】一、實(shí)驗(yàn)背景Schulman在1959年首次報(bào)道微乳液以來，微乳液的理論和應(yīng)用研究獲得了迅速發(fā)展。1985年，Shah定義微乳液為兩種互不相溶的液體在表面活性劑界面膜的作用下生成的

2、熱力學(xué)穩(wěn)定、各向同性的透明的分散體系。由于微乳液能形成超低界面張力，具有高穩(wěn)定性、大增溶量、以及粒徑小等特殊性質(zhì)，已引起人們廣泛關(guān)注。燃油摻水是一個(gè)既古老又新興的課題。早在一百多年前就有人使用摻水燃油。由于油、水在表面活性劑作用下形成的W/O或O/W乳液在加熱燃燒時(shí)水蒸氣受熱膨脹后能夠產(chǎn)生微爆，使得燃油二次霧化燃燒更加充分，提高了燃燒效率，大大降低了廢氣中的有害氣體的含量。但是由于一般的乳狀液穩(wěn)定時(shí)間短，易分層，使得這一技術(shù)的應(yīng)用受到了很大的限制。微乳燃料的制備比較簡單，只需要把油、水、表面活性劑、助表面活性劑按合適的比例混合在一起就可以自發(fā)形成穩(wěn)定的微乳燃料。微乳燃油可長期穩(wěn)定,不分層,且制

3、備簡單, 并能使燃燒更完全，燃燒效率更高,其節(jié)油率可達(dá)5 %15 % ,排氣溫度下降20 %60 % ,煙度下降40 %77 % ,NOx 和 CO 的排放量降低25 %,在節(jié)能環(huán)保和經(jīng)濟(jì)效益上都有較為可觀的效果,已成為世界各國競相開發(fā)的熱點(diǎn)。隨著近年來對(duì)兩親分子有序組合體研究的不斷深入,微乳液理論在乳化燃油領(lǐng)域取得了突破性進(jìn)展，開發(fā)透明、穩(wěn)定、性能與原燃油差不多的微乳液燃料成為了研究熱點(diǎn)。近年來，隨著我國農(nóng)業(yè)和交通運(yùn)輸也的飛速發(fā)展，對(duì)石油的需求量增大，而石油資源有限，于是出現(xiàn)了石油供應(yīng)不足、價(jià)格上漲的趨勢(shì)。進(jìn)口原油及成品油已成為國家財(cái)政的沉重負(fù)擔(dān)而且天然石油的儲(chǔ)備是有限的，人類面臨日益嚴(yán)峻的

4、能源危機(jī)。因此，如何提高燃油燃燒效率和減少環(huán)境污染，研究新型節(jié)油防污染技術(shù)，包括最為人們青睞并具有節(jié)能效率高，減少尾氣污染的燃油乳化及微乳化技術(shù)，已成為人們十分關(guān)心的問題。二、微乳柴油與燃燒減排機(jī)理乳化燃油與通常的乳狀液一樣，也分為油包水型(W/o)和水包油型(O/W)，在油包水型乳化燃料油中，水是以分散相均勻地懸浮在油中，被稱為分散相或內(nèi)相，燃料油則包在水珠的外層，被稱為連續(xù)相或外相。我們目前所見的大多數(shù)乳化燃料油都為油包水型乳化燃料。乳化燃料燃燒是個(gè)復(fù)雜的過程，對(duì)其節(jié)能降污機(jī)理較為成熟的解釋是乳化燃料中存在的“微爆”現(xiàn)象和水煤氣反應(yīng)，也就是從燃料的物理過程和化學(xué)過程來解釋。一些燃燒機(jī)理包括

5、：1、 物理作用“微爆現(xiàn)象”油包水型分子基團(tuán)，油是連續(xù)相，水是分散相，由于水沸點(diǎn)(100)低于燃油沸點(diǎn)(130以上)。在氣缸溫度急劇升高時(shí)，水微粒先沸騰氣化，體積在萬分之一秒內(nèi)瞬間增大了1500倍左右，其氣化膨脹相當(dāng)于一次極小的爆炸。當(dāng)油滴中的壓力超過油的表面張力及環(huán)境壓力之和時(shí)。水蒸氣產(chǎn)生的巨大壓力將沖破油膜的束縛，無數(shù)小液珠產(chǎn)生的阻力使油滴發(fā)生爆炸，油霧化成更細(xì)小的油滴。小油滴與空氣接觸的比表面積成倍提高，形成二次燃燒的霧化條件，爆炸后的細(xì)小油滴更易燃燒，其燃燒表面比純?nèi)加驮黾恿?04倍左右。因此，減少了物理上的不完全燃燒和排煙損失，提高了燃燒效率，使內(nèi)燃機(jī)達(dá)到節(jié)能的效果。微爆產(chǎn)生的為數(shù)甚

6、多的爆炸波，沖破了包圍火焰面的CO2，N2惰性氣體抑制層，促使空氣形成強(qiáng)烈的紊流，紊流使空氣、燃油蒸氣在燃燒室內(nèi)做更均勻的分布，同時(shí)使溫度場也變得更加均勻，從而加快了燃燒速度，減少了后燃現(xiàn)象，避免了燃燒區(qū)間局部高溫而產(chǎn)生的熱解和裂化，使燃燒更加完全。2、 化學(xué)作用“水煤氣反應(yīng)”在缺氧條件下，油燃燒產(chǎn)生熱裂解，形成難以燃燒的碳，使排煙冒黑煙，而在水煤氣存在時(shí)，水微粒高速汽化中所含的氧與碳粒子充分結(jié)合，并被完全燃燒而形成二氧化碳，從而大大提高噴燃霧化效果，使發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒效率提高，達(dá)到增強(qiáng)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力、節(jié)省燃料的效果。C + H2O = C0 + H2C + 2 H2O = CO2 +2H2。CO+ H

7、2O = co2+ H2 H2 + 02 = H2O 上述反應(yīng)過程中，提高了乳化燃料的燃燒率，降低了排煙中的煙塵含量。同時(shí)由于乳化水的蒸發(fā)作用，均衡了燃燒時(shí)的溫度場，從而抑制了NOx的形成，達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的。3、 摻混效應(yīng)微爆產(chǎn)生的爆炸波沖破了包圍在火焰周圍的CO2、N2惰性氣體層，促使空氣形成強(qiáng)烈的紊流，紊流使空氣和柴油蒸汽在燃燒室內(nèi)做更均勻的分布，同時(shí)溫度場也變得更加均勻，從而加快了燃燒速度，減少了后燃現(xiàn)象，避免了在燃燒區(qū)間的局部高溫而產(chǎn)生的熱解和裂化，使燃燒完全。4、抑制NO的生成NO的生成主要有三個(gè)重要途徑:(1)由空氣中的NO2在高溫區(qū)反應(yīng)生成的熱反應(yīng)NOx;(2)火焰面上生成的活

8、性NOx;燃料中氮元素生成的燃料NOx。因此，生成的NO可分為溫度型NOx和燃料型NOx，其中以溫度型NOx為主。影響NO生成的因素有:可燃混合物的組成，燃料在反應(yīng)區(qū)停留時(shí)間，燃料溫度和工作壓力等。根據(jù)J.B.Howcr機(jī)理，NOx的生成速度為:dNOx/dt = A·exp-Ea/RT·N2·021/2可見無論在內(nèi)燃機(jī)或是其它燃燒裝置上，NOx的生成量與反應(yīng)溫度呈指數(shù)關(guān)系增加。如果空燃比高，燃燒強(qiáng)度大，反應(yīng)溫度高，停留時(shí)間長，NOx則急劇增加。燃燒乳化油時(shí)，由于水滴汽化、產(chǎn)生微爆均需吸熱，由此可降低氣缸工作溫度，防止燃燒火焰局部高溫，縮短燃燒時(shí)間，而且油摻水燃燒

9、改善了空氣和燃料混合比例，可以用較小的過量空氣系數(shù)，即N2、02濃度大幅度降低，從而顯著降低溫度型和燃料型NOx的生成，抑制NOx對(duì)環(huán)境的污染。三、水-柴油微乳液的配制與研究方法對(duì)微乳柴油的研究通常包括為微乳燃油配方選擇合適的表面活性劑和助表面活性劑，并考察各組分對(duì)可增溶水量的影響，確定最佳的微乳燃油配方比例。然后針對(duì)微乳柴油體系，通過相圖、電導(dǎo)、NMR、FT-IR、分子光譜、熒光光譜、黏度法、電子顯微鏡等方式研究微乳液的結(jié)構(gòu),并進(jìn)行燃燒性能與尾氣排放量測定。1、擬三元相圖的研究方法研究平衡共存的相數(shù)、組成和相區(qū)邊界最方便、最有效的工具就是相圖。在等溫等壓下三組分體系的相行為可以采用平面三角形

10、來表示，稱為三元相圖。對(duì)四組分體系，需要采用立體正四面體。而四組分以上的體系就無法全面的表示。通常對(duì)四組分或四組分以上體系，采用變量合并法，比如固定某兩個(gè)組分的配比，使實(shí)際獨(dú)立變量不超過三個(gè)，從而仍可用三角相圖來表示，這樣的相圖稱為擬三元相圖。對(duì)柴油微乳液的研究可采用擬三元相圖的方法研究, 相圖繪制簡單，根據(jù)相圖可以初步推測體系的結(jié)構(gòu)狀態(tài),能夠比較直觀地反映微乳體系相的變化,當(dāng)體系有液晶相、凝膠相出現(xiàn)時(shí),也能對(duì)微乳液及其相邊界進(jìn)行直觀表示。在表面活性劑和助劑含量一定情況下，將水往油中滴加，水量很少時(shí)為油包水型的球形微乳液，繼續(xù)滴加水，水與油的比例將會(huì)變動(dòng)，體系發(fā)生這樣的變化:對(duì)稱性水的球體一不

11、對(duì)稱性柱體一層狀結(jié)構(gòu)一水為外相的各種結(jié)構(gòu)，最終為對(duì)稱性油的球體，這是體系內(nèi)部引力變動(dòng)而引起各種結(jié)構(gòu)迭變的結(jié)果，而研究此方面最方便有效的工具就是相圖，因此，表面活性劑相圖的研究一直受到人們的關(guān)注。也可以在水量一定的情況下，將復(fù)合表面活性劑往油中滴加，通過觀察體系相的狀態(tài)的變化以及體系中物質(zhì)的重量比，通過擬三元相圖的繪制，研究體系中物質(zhì)的相溶性以及形成微乳液的條件。本實(shí)驗(yàn)采用此種方法進(jìn)行乳化柴油的繪制。2、電導(dǎo)法電導(dǎo)行為是微乳液的重要性質(zhì)之一。關(guān)于微乳液的電導(dǎo)研究, 基本上圍繞微乳液體系的導(dǎo)電行為和根據(jù)電導(dǎo)測量研究微乳液體系的相行為 。盡管電導(dǎo)測量不能直接反映各種條件對(duì)微乳液粒子的大小的影響, 但

12、微乳液的電導(dǎo)率在某種程度上反映了微乳液的結(jié)構(gòu)，例如W/O或O/W結(jié)構(gòu)，因此，通?？赏ㄟ^對(duì)微乳體系電導(dǎo)率的測定判別微乳體系的結(jié)構(gòu)。【實(shí)驗(yàn)試劑與儀器】實(shí)驗(yàn)試劑：柴油0#、油酸（化學(xué)純）、十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）（化學(xué)純）、氨水、正丁醇（化學(xué)純）實(shí)驗(yàn)儀器：燃燒熱測定裝置一套（長沙長興高教儀器設(shè)備公司HR-15Y氧彈式熱量計(jì)、HR-15熱量計(jì)通用電控箱、南京大展機(jī)電技術(shù)研究所DZBW型數(shù)字式貝克曼溫度計(jì)）、充氧裝置一套、萬用電表 、5安保險(xiǎn)絲、1000ml燒杯恒溫磁力攪拌器（金壇市正基儀器有限公司）、攪拌子（中）、 氧氣FA1104電子分析天平； 燒杯（50ml）、250ml、鑷子、濾紙、PH

13、試紙、玻棒、洗耳球等、膠頭滴管 【實(shí)驗(yàn)步驟】一、水-柴油體系配制及擬三元相圖繪制1、復(fù)合乳化劑配比: 油酸66.15%、十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)0.91% 、氨水9.1%、 正丁醇 23.8% 2、復(fù)合乳化劑配制 ：室溫下，將油酸36.5克放入50ml的燒杯中,加入0.5克CTAB,5克氨水,13.2克正丁醇,在磁力攪拌器上不斷攪拌至溶解,此時(shí)所得復(fù)合乳化劑清晰、透亮,放置備用。3、柴油-水-復(fù)合乳化劑微乳液柴油的制備與擬三元相圖繪制在一定溫度下(通常為室溫), 稱取(5g)的水- 柴油,其中 m(柴油0#)m(水)分別為4.50.5、41、32、23、14,樣品 ，分別放在50ml燒

14、杯中,逐漸往燒杯中滴加復(fù)合乳化劑, 并不斷在磁力攪拌器上攪拌至溶液剛好變澄清, 靜置約20 min 后觀察, 如仍透明, 則記錄所加復(fù)合表面活性劑的用量。根據(jù)重量差減法記錄加入的復(fù)合乳化劑重量，并根據(jù)體系中所含有的柴油、水的重量，計(jì)算柴油- 水- 復(fù)合乳化劑擬三元體系達(dá)到透明狀態(tài)時(shí)各物質(zhì)的重量%，根據(jù)各不同配比擬三元體系中各個(gè)物質(zhì)的重量%，把復(fù)合乳化劑作為一個(gè)組分,另兩個(gè)組分分別為油和水，繪制擬三元相圖，用以觀察柴油微乳液體系的相行為。圖1為水-柴油微乳體系擬三元相圖示意圖。從圖1可見，顯示曲線右方是不共溶區(qū)域, 中間為臨界線, 其余部分均為共溶區(qū)（即形成柴油-水-復(fù)合乳化劑微乳液柴油）。圖1

15、 柴油- 水- 復(fù)合乳化劑微乳液柴油的擬三元相圖二、乳化柴油燃燒熱的測定 通過對(duì)乳化柴油的燃燒熱的測定，掌握燃燒熱的定義，學(xué)會(huì)測定物質(zhì)燃燒熱的方法，了解恒壓燃燒熱與恒容燃燒熱的差別；了解氧彈卡計(jì)的主要部件的作用，掌握氧彈卡計(jì)的量熱技術(shù)；熟悉雷諾圖解法校正溫度改變值的方法。1、量熱法與氧彈量熱裝置及結(jié)果表示方法量熱法是熱化學(xué)研究的基本實(shí)驗(yàn)方法，氧彈量熱計(jì)的基本原理為能量守恒定律。樣品完全燃燒放出的熱量促使卡計(jì)及周圍的介質(zhì)（本實(shí)驗(yàn)用水）溫度升高，測量介質(zhì)燃燒前后體系溫度的變化值，可求算該樣品的恒容燃燒熱。柴油為石油分餾產(chǎn)品,其中各烴分子所含碳原子數(shù)不同,通常以測定柴油燃燒過程中Qv的變化來衡量柴油

16、燃燒效率的大小。在氧彈量熱計(jì)與環(huán)境沒有熱交換情況下，其關(guān)系式為：m樣QV = W（卡計(jì)+水）T m（點(diǎn)火絲）Q（點(diǎn)火絲） （1）m樣為柴油的質(zhì)量（克）； Qv為柴油的恒容燃燒熱（焦/克）；W（卡計(jì)+水）為氧彈卡計(jì)和周圍介質(zhì)的熱當(dāng)量（焦/度），其表示卡計(jì)和水溫度每升高一度所需要吸收的熱量，W（卡計(jì)+水）一般通過經(jīng)恒重的標(biāo)準(zhǔn)物如苯甲酸標(biāo)定.苯甲酸的恒容燃燒熱為26459.6焦/克。 T為柴油燃燒前后溫度的變化值。m（點(diǎn)火絲）為點(diǎn)火絲的質(zhì)量，Q（點(diǎn)火絲）為點(diǎn)火絲（鐵絲）的恒容燃燒熱，其值為6694.4焦/克。在實(shí)驗(yàn)過程中無法完全避免“熱漏”現(xiàn)象的存在，因此，實(shí)驗(yàn)中必須經(jīng)過雷諾作圖法或計(jì)算法校正柴油燃

17、燒前后溫度的變化值。通過（1）式，計(jì)算柴油燃燒的恒容熱效應(yīng)Qv（焦/克）。為了避免平行測定中稱量的差異對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響，可通過T/m（K/g）（單位質(zhì)量柴油燃燒引起溫度的變化值）或Qv/g（J/g）（單位質(zhì)量柴油燃燒放出的熱量），研究柴油和微乳柴油燃燒效率的不同；通過T/t（K/s）（即單位時(shí)間柴油燃燒時(shí)燃燒溫度隨時(shí)間的變化率）研究柴油和微乳柴油燃燒速率的不同。具體實(shí)驗(yàn)原理、方法和雷諾作圖法詳見物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)中“燃燒熱測定實(shí)驗(yàn)”。2、柴油與乳化柴油燃燒性能測定實(shí)驗(yàn)中選擇柴油0#、W/O乳化柴油作為燃燒體系，分別將約1.2克燃油體系放入坩堝，將鐵絲接在氧彈卡計(jì)的兩極上，并將鐵絲浸沒柴油中，向氧彈量熱計(jì)

18、中充以氧氣，彈內(nèi)的氧氣壓力沖至1.0Mpa,在燃油不完全燃燒的條件下,通過測定燃燒過程中t、T值以及燃燒殘?jiān)闹亓?，?jì)算Qv/m 、T/m（K/g）、T/t（K/s），比較柴油與乳化柴油的燃燒效率以及燃燒速率不同，并對(duì)燃燒結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)?！緮?shù)據(jù)記錄與處理】一、復(fù)合乳化劑的配制1、稱重： 油酸 36.4918g CTAB 0.5020g 氨水 5.0572g 正丁醇 13.1957g2、加入順序：油酸 一次性傾入氨水，油酸與氨水混合成淺黃色絮狀物，攪拌10分鐘 大概7min后也一次性傾入正丁醇，可見燒杯中變成黃色凝固狀 稍攪拌后加入CTAB，開始溶解少量，持續(xù)攪拌約30min，基本溶解。二、乳化柴

19、油的制備1、先將柴油和水在磁力攪拌器的作用下混合均勻，再加入復(fù)合乳化劑2、數(shù)據(jù)記錄 表1 柴油、自來水以及乳化劑用量柴油：水柴油水柴油+水+磁子柴油+水+磁子+乳化劑乳化劑用量4.5：0.54.5072g0.4984g48.246049.55311.3071g4：14.0093g1.0028g44.9360g47.4234g2.4874g3：23.0127g2.0124g44.1132g47.3731g3.2599g2：32.0192g3.0216g47.6565g51.2522g3.5957g1：41.0270g4.0071g44.3985g47.3433g2.9448g表2 不同配比微乳柴

20、油體系各組分含量柴油：水質(zhì)量總質(zhì)量質(zhì)量分?jǐn)?shù)柴油水復(fù)合乳化劑柴油水復(fù)合乳化劑4.5：0.54.5072g0.4984g1.3071g6.3127g0.71400.07900.20714：14.0093g1.0028g2.4874g7.4995g0.53460.13370.33173：23.0127g2.0124g3.2599g8.2850g0.36360.24290.39352：32.0192g3.0216g3.5957g8.6365g0.23380.34990.41631：41.0270g4.0071g2.9448g7.9789g0.12870.50220.3691圖2 本實(shí)驗(yàn)柴油- 水- 復(fù)

21、合乳化劑微乳液柴油的擬三元相圖三、乳化柴油燃燒熱的測定1、數(shù)據(jù)記錄表3 柴油和鐵絲質(zhì)量柴油鐵絲燃燒前鐵絲燃燒后燃燒的鐵絲0號(hào)柴油1.2024g0.0124g0.0058g0.0066g9:11.2123g0.0113g0.0000g0.0113g8:21.2195g0.0113g0.0105g0.0008g 表4 0#柴油燃燒數(shù)據(jù)記錄時(shí)間t / 30s溫度/時(shí)間 t / 30s溫度/時(shí)間 t / 30s溫度/時(shí)間 t / 30s溫度/123.2681023.8721925.0242825.109223.2661124.3252025.0422925.111323.2651224.5712125

22、.0583025.114423.2641324.7232225.0703125.115523.2641424.8112325.0813225.115623.2621524.8762425.0893325.115723.2621624.9282525.0963425.115823.2601724.9692625.1023525.115923.3611825.0092725.1063625.115 圖3 本實(shí)驗(yàn)0#柴油燃燒溫度與時(shí)間關(guān)系圖表5 9:1乳化柴油燃燒數(shù)據(jù)記錄時(shí)間 t / min溫度/時(shí)間 t / min溫度/時(shí)間 t / min溫度/時(shí)間 t / min溫度/123.0961123.1

23、242124.4163124.535223.1061223.1252224.4433224.538323.1111323.1942324.4643324.539423.1141423.6282424.4783424.540523.1171523.9392524.4903524.540623.1191624.1162624.5103624.540723.1211724.2182724.5163724.540823.1221824.2972824.522923.1231924.3442924.5301023.1242024.3863024.533 圖4 本實(shí)驗(yàn)9:1乳化柴油燃燒溫度與時(shí)間關(guān)系圖表6

24、 8:2乳化柴油燃燒數(shù)據(jù)記錄時(shí)間 t / 30s溫度/時(shí)間 t / 30s溫度/時(shí)間 t / 30s溫度/時(shí)間 t / 30s溫度/123.4761024.8241925.3312825.389223.4751124.9832025.3432925.392323.4751225.092125.3533025.393423.4751325.1592225.3623125.384523.4751425.212325.373225.394623.4751525.2442425.3763325.395723.4811625.2742525.3813425.395823.9731725.2962625.

25、385924.5351825.3162725.387 圖5 本實(shí)驗(yàn)8:2乳化柴油燃燒溫度與時(shí)間關(guān)系圖2、燃燒熱的計(jì)算：計(jì)算公式：m樣QV = W（卡計(jì)+水）T m（點(diǎn)火絲）Q（點(diǎn)火絲） 換算得：W（卡計(jì)+水）為氧彈卡計(jì)和周圍介質(zhì)的熱當(dāng)量（焦/度），本實(shí)驗(yàn)為14541.35J/m（點(diǎn)火絲）為點(diǎn)火絲的質(zhì)量Q（點(diǎn)火絲）為點(diǎn)火絲（鐵絲）的恒容燃燒熱，其值為6694.4J/g。對(duì)于0#柴油：m樣品=1.2024g，m鐵絲=0.0066g, T=1.8583對(duì)于9:1乳化柴油：m樣品=1.2123g，m鐵絲=0.0113g, T=1.4186對(duì)于8:2乳化柴油：m樣品=1.2195g，m鐵絲=0.0008

26、g, T=1.9044【結(jié)果與討論】（一）復(fù)合乳化劑的配制復(fù)合乳化劑的配制過程中試劑的配比及加入順序影響了該復(fù)合乳化劑的配制成功與否，甚至對(duì)其乳化作用也有一定影響。本實(shí)驗(yàn)中各成分的作用為：油酸作陰離子表面活化劑，CTAB 作陽離子表面活化劑，氨水是使HLB值向親水劑方向移動(dòng)，正丁醇是作助表面活性劑，課進(jìn)入界面膜中的表面活性劑分子間，降低界面膜的剛性，增加流動(dòng)性，減少微乳液形成所需的彎曲能，易形成微乳液。本實(shí)驗(yàn)先加油酸，再連續(xù)滴加氨水，攪拌10分鐘，接著加入CTAB，最后加入正丁醇，再在磁子攪拌器上攪拌直至成為亮黃色透明溶液，整個(gè)過程用時(shí)約半個(gè)小時(shí)。這是因?yàn)榘彼哂袎A性，加油酸后再加氨水能夠增加

27、油酸親水性，有利于與其他兩種試劑的互溶。復(fù)合乳化劑的組分含量以及加入順序的不同使得制備的產(chǎn)品效果也不同，因此可通過改變各組分含量或改變各組分的加入順序來探究復(fù)合乳化劑的最佳制備方法。（二）乳化柴油的制備本實(shí)驗(yàn)先制備不同配比的水-柴油混合體系，在攪拌下滴入復(fù)合乳化劑直至混合體系澄清，從而達(dá)到乳化的效果。實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵是知道如何判斷混合體系變澄清。由于各人對(duì)于澄清與否的判斷標(biāo)準(zhǔn)不同，將導(dǎo)致加入的復(fù)合乳化劑的量不同，從而影響到三元相圖的不同。根據(jù)不同配比乳化柴油的成分，繪制得柴油-水-復(fù)合乳化劑微乳液柴油體系擬三元相圖（圖2）。由相圖可見，曲線左方為共溶區(qū)形成微乳液柴油，中間為臨界線，右方為不共溶區(qū)。曲線

28、平滑。制備得到的微乳柴油中復(fù)合乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.2071、0.3317、0.3935、0.4163、0.3691，用量偏多。制備出來的微乳柴油，透明度很好。在經(jīng)過一個(gè)星期后，制備的微乳液柴油基本沒有分層現(xiàn)象?？梢娢⑷橐菏且环N熱力學(xué)穩(wěn)定體系,能自發(fā)形成,粒徑小,可長期穩(wěn)定存在。（三）乳化柴油燃燒熱的測定 燃燒熱的測定結(jié)果顯示：0#柴油：；9:1乳化柴油：；8:2乳化柴油：。數(shù)據(jù)顯示，燃燒熱大小順序?yàn)椋?:2乳化柴油0#柴油9:1乳化柴油。燃燒結(jié)束后可以觀察到，0#柴油燃燒后殘留的碳最多，而兩種乳化柴油的碳?xì)堄嗔糠浅５纳偾艺丛谘鯊椲釄宓纳戏?。圖6 圖7 圖80#柴油燃燒后產(chǎn)物圖 9:1乳化柴

29、油燃燒后產(chǎn)物圖 8:2乳化柴油燃燒后產(chǎn)物圖9:1乳化柴油的燃燒熱小于0#柴油，這并不能說明乳化柴油的燃燒效率低于普通柴油，造成這種結(jié)果的原因是：9:1乳化柴油中含有20.71%的復(fù)合乳化劑，其中1.2克的乳化柴油中柴油的含量僅有71.40%，故而燃燒熱小于純的0#柴油。而由乳化柴油碳?xì)堄嗔棵黠@少于0#柴油來看，乳化柴油的燃燒效率是提高了的。8:2乳化柴油燃燒熱最大，這歸功于水含量的提高。水在燃燒過程中汽化成水蒸氣,產(chǎn)生許多OH活性基團(tuán),使一氧化碳盡可能完全燃燒。水煤氣反應(yīng)加速燃油裂解所形成焦炭的燃燒,抑制了煙塵的生成。水微粒氣化帶來的“微爆”現(xiàn)象使得油滴與氧氣的接觸面積成倍提高，減少了不完全燃

30、燒和排煙損失，提高了燃燒效率。資料可知，水含量在20%左右時(shí)，微乳液柴油燃燒效率最高。在燃燒實(shí)驗(yàn)中，誤差來源有以下幾處：（1）每一種柴油只測定一次燃燒熱，沒有進(jìn)行平行實(shí)驗(yàn)進(jìn)行反復(fù)測定，因而誤差較大；（2）進(jìn)行溫度的雷諾校正時(shí)，選用origin作圖，存在一定的作圖誤差，而該誤差對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響較大。(四)實(shí)驗(yàn)拓展為了評(píng)價(jià)微乳化柴油的實(shí)用價(jià)值，除了進(jìn)行燃燒熱的測定，也可以進(jìn)行微乳化柴油燃燒尾氣的測定。由資料可知，微乳化柴油的微爆現(xiàn)象抑制了NOx的形成,比普通柴油更加環(huán)保。這種說法是否可信，我們可以通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，以此來評(píng)價(jià)微乳液柴油的環(huán)保價(jià)值。（五）乳化柴油的優(yōu)與弊近二十多年來,我國燃油技術(shù)獲得了

31、很大的發(fā)展,其中以乳化柴油的研究居多。乳化油屬于熱力學(xué)不穩(wěn)定體系,隨環(huán)境條件的改變、放置時(shí)間變長會(huì)發(fā)生油水分離、變形、破乳等不穩(wěn)定現(xiàn)象,從而影響使用效果;乳化需大功率乳化裝置,制備復(fù)雜,耗費(fèi)能量。乳化油的弊端制約了其推廣和使用。20世紀(jì)80年代微乳燃油的研究,使這一領(lǐng)域進(jìn)入一個(gè)新發(fā)展時(shí)期。微乳液是一種熱力學(xué)穩(wěn)定體系,能自發(fā)形成,粒徑小,可長期穩(wěn)定存在;粘度適中,微乳燃油的粘度與未摻水燃油粘度相差不大。而乳化燃油為了能延長貨架壽命,有時(shí)要加入增粘劑,達(dá)到穩(wěn)定目的,但這樣不利于燃油霧化,影響內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火效率。由于微乳液可自發(fā)形成,制備簡單;微乳燃油燃燒效率高,有害廢氣排放量明顯低于乳化燃油;微乳燃油

32、節(jié)油率為5%15%,排氣溫度降低20%60%,煙度降低40%70%,NOx和CO排放量約為一般燃油的25%,在節(jié)能環(huán)保和經(jīng)濟(jì)效益方面效果可觀。（六）前景展望目前,微乳燃油研究的發(fā)展趨勢(shì)是在摻水量增大的同時(shí),加水裂解催化劑。日本正在加緊開發(fā)含水裂解催化劑的油水比為11的微乳燃油。中國專利局最近公布的一些發(fā)明專利申請(qǐng)公開說明書11,在摻水燃油添加劑中已使用了水裂解催化劑鈦酸鹽和高錳酸鉀。國外已有人在燃油中加入金屬鹽溶液為催化劑,以提高燃油在內(nèi)燃機(jī)中的燃燒效率。光解水催化劑常為一些過渡金屬形成的半導(dǎo)體,如Ti、Rh、Ru、Fe等過渡金屬的高價(jià)氧化物。若多種催化劑復(fù)配,可大大提高其催化活性。其實(shí)表面活

33、性劑本身就是一種水熱裂解催化劑,水直接受熱分解溫度可達(dá)2500;但經(jīng)過水裂解催化劑的一系列氧化還原反應(yīng),其反應(yīng)溫度可降至300500。一般熱解水與光解水的催化劑同時(shí)使用時(shí)效果最高?！窘Y(jié)語】本實(shí)驗(yàn)成功制備出了復(fù)合乳化劑，并制備出系列柴油-水-復(fù)合乳化劑微乳液柴油，繪制出了柴油-水-復(fù)合乳化劑微乳液柴油擬三元相圖。用氧彈量熱計(jì)測出了0#柴油、9:1微乳液柴油和8:2微乳液柴油的燃燒熱，測定結(jié)果顯示，微乳液柴油燃燒效率高于0#柴油，并且，水含量越多，微乳液柴油燃燒效率越高。但由資料可知，水含量在20%左右時(shí)，微乳液柴油燃燒效率最高。微乳液燃油憑借其優(yōu)越的燃燒性能和環(huán)保價(jià)值，越來越受到人們的關(guān)注。如今

34、已應(yīng)用于部分領(lǐng)域，隨著科學(xué)的進(jìn)步化學(xué)的發(fā)展，相信有一天微乳液燃油將得到廣泛的應(yīng)用。作為一名化學(xué)生，應(yīng)關(guān)注化學(xué)，學(xué)習(xí)化學(xué)，并努力將化學(xué)知識(shí)運(yùn)用到生活中，讓化學(xué)造福人類。化學(xué)實(shí)驗(yàn)為我們打開了一扇窗，它的意義不僅僅在于讓我們掌握知識(shí)，更重要的是掌握一種思想，一種改造世界的思想。很多時(shí)候，我們并不需要非常深?yuàn)W的知識(shí)，我們只要有自己的想法，并努力去實(shí)現(xiàn)它就夠了。 【問題思考】（1）柴油的主要成分是什么？其燃燒后可能形成的產(chǎn)物有那些？答:柴油主要由C-H化合物組成，包括烷烴、環(huán)烷烴、烯烴、炔烴、二烯烴以及芳香烴。在這幾種成分中，烷烴都占有最大的比例。其完全燃燒后可能形成的產(chǎn)物：水、二氧化碳，在高溫缺氧時(shí)不

35、完全燃燒，易炭化形成炭煙。（2）乳化柴油與微乳柴油的區(qū)別？制備方法上有什么不同？答：與乳化柴油相比，微乳燃油可長期穩(wěn)定,不分層,且制備簡單, 并能使燃燒更完全,燃燒效率高,節(jié)油率達(dá)5 %15 % ,排氣溫度下降20 %60 % ,煙度下降40 %77 % ,NOx 和CO 排放量降低25 %,在節(jié)能環(huán)保和經(jīng)濟(jì)效益上都有較為可觀的效果,已成為世界各國競相開發(fā)的熱點(diǎn)。制備方法不同：微乳柴油的制備比較簡單，只需要把油、水、表面活性劑、助表面活性劑按合適的比例混合在一起就可以自發(fā)形成穩(wěn)定的微柴油。乳化柴油由柴油70%+助劑15%+水15%混合而成，采用油水法可以制備乳化柴油，步驟如下：選定所要加入的乳

36、化劑,采用HLB 值篩選法控制所要加入乳化劑的量;用玻璃棒攪拌使各種乳化劑混合均勻。（3）乳化柴油為什么不穩(wěn)定？其對(duì)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的損害是什么？答：乳化柴油用的添加劑，是以降低界面張力為設(shè)計(jì)目標(biāo)，讓表面活性劑組成的復(fù)合界面膜，強(qiáng)力而牢固地吸附在油水表面，但它不是熱力學(xué)上的穩(wěn)定體系，故穩(wěn)定性不好，大多1-3個(gè)月不分層，不錯(cuò)的也只有半年左右。乳化油屬于熱力學(xué)不穩(wěn)定體系,隨環(huán)境條件的改變、放置時(shí)間變長會(huì)出現(xiàn)穩(wěn)定性差、存儲(chǔ)時(shí)間短及燃燒不穩(wěn)定等現(xiàn)象,使內(nèi)燃機(jī)工作不正常并產(chǎn)生銹蝕等危害。限制了它的推廣應(yīng)用范圍。（4）為什么要進(jìn)行柴油微乳液的研究？形成微乳柴油的通常條件是什么？其中各組分的作用是什么？答：近

37、年來，隨著我國農(nóng)業(yè)和交通運(yùn)輸業(yè)的飛速發(fā)展，對(duì)石油的需求量增大，而石油資源有限，于是出現(xiàn)了石油供應(yīng)不足、價(jià)格上漲的趨勢(shì)。人類面臨日益嚴(yán)峻的能源危機(jī)。但經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展必須是在保護(hù)生存環(huán)境、節(jié)約寶貴資源和降低能耗的前提下的發(fā)展。因此，如何提高燃油燃燒效率和減少環(huán)境污染，研究新型節(jié)油防污染技術(shù)，包括最為人們青睞并具有節(jié)能效率高，減少尾氣污染的燃料乳化以及微乳化技術(shù)，己成為人們十分關(guān)心的問題。微乳燃料的制備比較簡單，只需要把油、水、表面活性劑、助表面活性劑按合適的比例混合在一起就可以自發(fā)形成穩(wěn)定的微乳燃料。其中各組分的作用是, 醇的種類和表面活性劑復(fù)配比例對(duì)水最大增溶量有很大影響。醇碳數(shù)適中時(shí), 醇更

38、易富集于界面上, 增加了界面面積, 使增溶水量增加, 更易形成微乳液。（5）什么是相圖？什么是擬三元相圖？繪制微乳柴油擬三元相圖的作用是什么？答：對(duì)于多相體系，個(gè)相間的相互轉(zhuǎn)化，新相的形成，舊相的消失與溫度，壓力，成有關(guān)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)給出的表示相變規(guī)律的各種幾何圖形稱為相圖。在等溫等壓下三組分體系的相行為可以采用平面三角形來表示，稱為三元相圖。對(duì)四組分體系，需要采用立體正四面體。而四組分以上的體系就無法全面的表示。通常對(duì)四組分或四組分以上體系，采用變量合并法，比如固定某兩個(gè)組分的配比，使實(shí)際獨(dú)立變量不超過三個(gè)，從而仍可用三角相圖來表示，這樣的相圖稱為擬三元相圖。柴油微乳液研究可采用擬三元相圖的方法研究, 相圖繪制簡單，根據(jù)相圖可以初步推測體系的結(jié)構(gòu)狀態(tài),能夠比較直觀地反映微乳體系相的變化,當(dāng)體系有液晶相、凝膠相出現(xiàn)時(shí),也能對(duì)微乳液及其相邊界進(jìn)行直觀表示。（6）確定微乳液結(jié)構(gòu)性質(zhì)的簡單方法（W/0型乳液或0/W型乳液）有那些？其原理是什么？答：微乳液性質(zhì)測定：粗略配置10g/500ml的CoCl2溶液，將濾紙浸泡在該溶液中。使用