三元体系n-十二烷 + 异丁醇 + 辛酸乙酯及其相应二元体系的热物理性质

《The Journal of Chemical Thermodynamics》：Thermophysical properties of ternary system n-dodecane + isobutanol + ethyl decanoate and corresponding binary systems

　　

李丹|孟雪|张霞珍|杨帆

山东省潍坊市潍坊大学化学与化学工程系，邮编261061，中国

摘要

在293.15至323.15 K的温度范围内，以5 K的温阶变化和0.1 MPa的压力下，实验测定了含有正十二烷、异丁醇和癸酸乙酯的三元体系以及三种二元混合物（正十二烷+异丁醇、正十二烷+癸酸乙酯、异丁醇+癸酸乙酯）的密度（ρ）和动态粘度（η）。通过ρ和η的数据，得到了三元体系及其相应二元体系的超额摩尔体积（VmE）、粘度偏差（Δη）和粘性流动的超额活化自由能（ΔG*E）。此外，还使用Redlich–Kister方程、Cibulka方程和Singh方程来估算三元混合物的VmE和Δη。所有二元和三元混合物的VmE均呈正值，而Δη和ΔG*E均为负值。全面了解生物燃料的密度和粘度特性对于研究和开发合适的替代燃料混合物非常重要。

引言

尽管随着时间的推移不断有新的化石燃料储备被发现，但这并不意味着资源是无限的。化石燃料供应的迅速减少加剧了人们对生物燃料作为可持续替代品的兴趣。例如，由植物油制成的生物柴油和基于酒精的燃料可以在发动机中替代传统柴油，从而减少燃料消耗和降低排放[1]、[2]、[3]。由于混合燃料（包含酒精、生物柴油和柴油）具有减少有害排放的潜力，因此对其进行了研究。使用酒精作为含氧化合物添加剂的主要优势在于它们能够显著提高无铅汽油的辛烷值，同时减少未燃烧化石燃料产生的一氧化碳排放。柴油-生物柴油-酒精三元混合物的研究日益受到关注，因为这些混合物具有改善燃料性能、提高发动机效率、优化燃烧行为以及显著降低排放等优点[3]、[4]、[5]、[6]、[7]、[8]、[9]。Shirneshan等人[3]研究了酒精添加到生物柴油-柴油混合物中对发动机性能和排放的影响。Singh等人[7]研究了丁醇/生物柴油/柴油燃料对柴油发动机的影响。Zhang等人[8]研究了柴油/生物柴油/丁醇混合物对发动机性能、物理性质、化学性质和毒理学性质的影响。Yang等人[9]报道了柴油-生物柴油-异丁醇混合物对排放特性和发动机性能的影响。

异丁醇是丁醇的一种异构体，作为柴油发动机的一种可行替代燃料，相比乙醇具有多个优势。其较高的亲脂性确保了与柴油和生物柴油更好的互溶性，防止了混合过程中的相分离。此外，异丁醇在柴油发动机应用中比乙醇更耐腐蚀、更安全、更可靠，更适合低水蒸气压力和高湿度环境[10]、[11]、[12]。在本研究中，使用正十二烷、异丁醇和癸酸乙酯作为组分化合物来构建柴油-酒精-生物柴油混合燃料的三元体系。燃料的密度和粘度对压缩点火发动机中的燃料喷射系统、火焰传播和燃烧过程有重要影响[13]。研究了正十二烷+异丁醇+癸酸乙酯三元混合物在293.15至323.15 K七个温度范围内的关键燃料性质。三元混合物的性质通常是根据其组成二元混合物（正十二烷+异丁醇、正十二烷+癸酸乙酯、异丁醇+癸酸乙酯）的相应数据估算得出的。本研究的实验结果用于计算二元和三元混合物的超额摩尔体积（VmE）和粘度偏差函数（Δη）。然后将二元性质与Redlich–Kister方程相关联，三元性质与Singh方程、Cibulka方程和Redlich–Kister方程相关联。本研究旨在提供数据支持，并表征柴油/酒精/生物柴油混合物的热物理性质，这些性质影响燃料在柴油发动机中的行为和整体性能。

章节摘录

材料

正十二烷购自Innochem公司。癸酸乙酯和异丁醇购自中国的Aladdin Chemistry有限公司，并在本文中直接使用，无需进一步纯化。使用ET08 Karl Fischer水分滴定仪（Mettler–Toledo，瑞士）测定了所用化合物中的水分质量分数，结果发现水分质量分数低于0.005%。表1显示了本研究中使用的试剂的基本信息。所有样品均按标准方法制备。

结果与讨论

在293.15至323.15 K的大气压下，测量了相应的二元体系（正十二烷+异丁醇、正十二烷+癸酸乙酯）和三元体系（正十二烷+异丁醇+癸酸乙酯）的密度（ρ）和粘度（η）。二元混合物和三元体系的实验数据分别列于表3和表4中（见表5、表6）。

混合物的超额性质提供了关于分子相互作用的信息

结论

CRediT作者贡献声明

李丹：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿撰写，实验研究。孟雪：实验研究，数据管理。张霞珍：实验研究，数据管理。杨帆：撰写 – 审稿与编辑。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的竞争性财务利益或个人关系。