1.4.1. Phụ gia cơ kim antiknock 818 [7], [41]
Phụ gia Antiknock 818 thực chất là phụ gia ferrocene ở dạng dung dịch, hiện tại phụ gia Antiknock 818 cũng như ferrocene rắn chỉ được sản suất tại Trung Quốc và được một số nước nhập khẩu như Mỹ, được sử dụng tại Lào.
Ferrocene có công thức hóa học Fe(C5H5)2 là một hợp chất cơ kim rất ổn định, ổn định với nước, axit và không khí, dễ thăng hoa…,ổn định nhiệt ở nhiệt độ cao 400oC. Ferrocene tinh khiết có màu vàng da cam, tinh thể không ổn dịnh với nhiệt độ nóng chảy 172÷1740C và có trọng lượng phân tử là 186 g/mol, nó hòa tan tốt trong các dung môi hữu cơ, hòa tan kém trong các loại rượu và không hòa tan trong nước.
Ferrocene được phát hiện một cách rất tình cờ trong thí nghiệm của Pauson và Kealy tại trường đại học Duquesne vào năm 1951, hai nhà khoa học này đang làm thí nghiệm để tạo gốc tự do dicyclopentadienyl từ hai xiclopentadieny. Họ đã cố gắng oxy hóa cyclopentadienylmagnesium bromide bằng sắt (II) clorua:
2 C5H5MgBr + FeCl2 → Fe (C5H5)2 + MgCl2 + MgBr2
Các kết quả phân tích IR và NMR cho thấy cấu trúc ferrocene khá đặc biệt, nó có hai vòng 5 cacbon với nguyên tử sắt ở trung tâm gắn với các liên kết pi ở hai vòng cacbon. Cấu trúc này đã được xác định thông qua việc sử dụng phương pháp khảo sát tinh thể bằng tia X.2
DUT.LRCC
Hình 1.8. Cấu trúc ferrocene
Ferrocene có nhiều ứng dụng như là phụ gia nhiên liệu, chất xúc tác quá trình cháy cho tên lửa đẩy….
Ferrocene là một hợp chất cơ kim, một phức chất gồm 2 vòng xiclopentandienyl liên kết với nguyên tử kim loại trung tâm Fe.
Hình 1.9. Công thức cấu tạo, cấu trúc phân tử và dạng tồn tại của ferrocene Ferrocene có tên IUPAC là bis (η5-xiclopentadienyl) sắt và một tên khác là dixiclopentadienyl sắt. Ở điều kiện thường, ferrocene là chất rắn, màu cam (hình 1.6), khối lượng riêng 1,490 g/cm 3 (200C), dễ tan trong dung môi hữu cơ nhưng không tan trong nước. Ferrocene nóng chảy ở 1740C, sôi ở 2490C, dễ thăng hoa, đặc biệt là khi đun nóng trong chân không.
Ferrocene được điều chế bằng cách cho muối natri xiclopentadienit tác dụng với muối sắt (II) clorua:
2NaC5H5 + FeCl 2 → Fe(C5H5)2 + 2NaCl
Ferrocene được sử dụng như một phụ gia nhiên liệu, đặc biệt là dùng cho động cơ xăng, có thể thay thế phụ gia chì để sản xuất xăng không chì. Nhược điểm của loại phụ gia này là khi đốt cháy, tạo ra oxit sắt và bám trên bề mặt bugi, gây ăn mòn động cơ.
Ferrocene và các dẫn xuất của nó là chất chống kích nổ được sử dụng trong nhiên liệu cho động cơ xăng, chúng an toàn hơn tetraetyl chì, chất được sử dụng trước đây. Chất phụ gia có chứa ferrocene được cho vào xăng không chì và có thể được sử dụng trong một số loại xe được thiết kế cho việc dùng xăng pha chì trước đây. Sắt
DUT.LRCC
chứa trong kết tủa được tạo thành từ ferrocene có thể tạo một lớp dẫn trên bề mặt của bụi trong xe.
1.4.2. Phụ gia hữu cơ antiknock 819 [6], [42], [43], [44].
Theo như nhà sản xuất cung cấp cho biết cũng như kết quả phân tích thực nghiệm thì phụ gia Antiknock 819 có thành phần chính là N-metylaniline.
Hình 1.10. Cấu trúc phân tử N-metylaniline
N-metylaniline là một hợp chất hữu cơ độc hại với công thức hóa học C6H5NH(CH3). Là chất lỏng nhớt, không màu hoặc hơi vàng, không tan trong nước và hóa nâu khi tiếp xúc với không khí. Nó được sử dụng như một hợp chất trung gian cho các quá trình tổng hợp các loại thuốc nhuộm, hóa chất nông nghiệp và sản xuất các sản phẩm khác. N-metylaniline ít tan trong nước (5,6 g N-metylaniline/l nước ở 25° C), nhưng lại hoàn tan tốt trong rượu và ete.
Bảng 1.3. Các tính chất hóa lý của N-Metylaniline
Công thức phân tử C7H9N
Khối lượng phân tử 107,15 g/mol
Khối lượng riêng ở 20oC 0,989 g/cm3
Điểm chảy -57oC
Điểm sôi 194÷196oC
RVP tại 20oC 0,04 kPa
- Hợp chất thơm N-methylaniline (C6H5-NH-CH3);
- Chất lỏng màu vàng xanh đến nâu/tía khi tiếp xúc với không khí;
- Điểm sôi: 196oC, điểm chảy: -57oC;
- Điểm chớp cháy cốc kín: 79oC;
- Tỷ trọng: 0,989kg/l;
- Nồng độ sử dụng tối đa 6 phần trăm thể tích. Được cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ EPA cho phép sử dụng ở Mỹ;
DUT.LRCC
- Khả năng tăng trị số octane: khoảng 20 đơn vị octane trên loại xăng gốc có trị số octane từ 70 đến 90.
Hình 1.11. Chất phụ gia Antiknock 819
Chất phụ gia Antiknock 819 của Công ty TDS Chemical Corp., Limited và Công ty TNHH Minh Kha cung cấp.
Trong các hợp chất thơm amine được sử dụng như phụ gia cho xăng vì hiệu quả làm tăng RON cao thì N-metylaniline được sử dụng rộng rãi nhất vì hợp chất này có thể tăng chỉ số octan cao với hiệu ứng tạo nhựa thấp nhất. Tuy nhiên cần phải khống chế lượng N-metylaniline trong xăng vì tính độc hại cũng nó, cũng như khả năng tăng phát thải NOx trong khí thải và tạo nhựa trong bồn chứa cũng như trong buồng đốt.
1.4.3. Phụ gia Chimec Fa 162 [38]
Theo như nhà sản xuất cung cấp cho biết cũng như kết quả phân tích thực nghiệm thì phụ gia Chimec Fa 162 có thành phần chính là N – metylaniline. Cấu trúc và thành phần của N – metylaniline được trình bày ở phần 1.3.2.2
Bảng 1.4. Các tính chất hóa lý của Chimec Fa 162
Trạng thái vật lý ở 200C Chất lỏng
Màu: Vàng hổ phách
Mùi: Thơm
Điểm đông đặc (ASTM D97) (° C): <- 15
Mật độ ở 20 °C (gr / cm3): 0,99 ± 0,02
DUT.LRCC
Độ nhớt ở 20 °C (cP): <50 Độ hòa tan trong nước (% trọng lượng): 5,6 g / l
Hòa tan trong: Hydrocacbon thơm và béo; dung môi hữu cơ.
Giá trị pH trong nước cất: ca. 7,0 (1 g / l) Điểm chớp cháy (ASTM D 93) (°C): > 61 °
Áp suất hơi: 0,43 mmHg
Giới hạn nổ:
- Thấp hơn (% vol):
- Trên (% vol):
1,1 7,0
Hình 1.12. Phụ gia Chimec Fa 162 1.5. Tác hại của các chất ô nhiễm trong khí thải của động cơ [1]
1.5.1. Tác hại đối với sức khỏe của con người
* CO: cacbon Anooxit là sản phẩm khí không màu, không mùi, không vị, sinh ra do oxy hoá không hoàn toàn cacbon trong nhiên liệu trong điều kiện thiếu oxy. CO ngăn cản sự dịch chuyển của hồng cầu trong máu làm cho các bộ phận của cơ thể bị thiếu oxy. Nạn nhân bị tử vong khi 70% số hồng cầu bị khống chế (khi nồng độ CO trong không khí lớn hơn 1000ppm). Ở nồng độ thấp hơn, CO cũng có thể gây nguy hiểm lâu dài đối với con người, khi 20% hồng cầu bị khống chế, nạn nhân bị nhức đầu, chóng mặt, buồn nôn và khi tỉ số này lên đến 50%, não bộ con người bắt đầu bị ảnh hưởng mạnh.
* NOx: NOx là họ các oxit nitơ, trong đó NO chiếm đại bộ phận. NOx được hình thành do N2 tác dụng với O2 ở điều kiện nhiệt độ cao (vượt quá 1100°C). Nitơ Anooxit
DUT.LRCC
(x = 1) không nguy hiểm mấy, nhưng nó là cơ sở để tạo ra nitơ dioxit (x = 2). NO2 là chất khí màu hơi hồng, có mùi, khứu giác có thể phát hiện khi nồng độ của nó trong không khí đạt khoảng 0,12ppm. NO2 là chất khó hòa tan, do đó nó có thể theo đường hô hấp đi sâu vào phổi gây viêm và làm hủy hoại các tế bào của cơ quan hô hấp. Nạn nhân bị mất ngủ, ho, khó thở.
* Hydrocacbon: Hydrocacbon (HC) có mặt trong khí thải do quá trình cháy không hoàn toàn khi hỗn hợp giàu, hoặc do hiện tượng cháy không bình thường.
Chúng gây tác hại đến sức khỏe con người chủ yếu là do các hydrocacbon thơm. Từ lâu người ta đã xác định được vai trò của benzen trong căn bệnh ung thư máu (leucémie) khi nồng độ của nó lớn hơn 40ppm hoặc gây rối loạn hệ thần kinh khi nồng độ lớn hơn 1g/m3, đôi khi nó là nguyên nhân gây các bệnh về gan.
* SO2: SO2 là một chất háo nước, vì vậy nó rất dễ hòa tan vào nước mũi, bị oxy hóa thành H2SO4 và muối aAnium rồi đi theo đường hô hấp vào sâu trong phổi. Mặt khác, SO2 làm giảm khả năng đề kháng của cơ thể và làm tăng cường độ tác hại của các chất ô nhiễm khác đối với nạn nhân.
1.5.2. Tác hại đối với môi trường
Sự gia tăng của NOx, đặc biệt là N2O có nguy cơ làm gia tăng sự hủy hoại lớp ozon ở thượng tầng khí quyển, lớp khí cần thiết để lọc tia cực tím phát xạ từ mặt trời.
Tia cực tím gây ung thư da và gây đột biến sinh học, đặc biệt là đột biến sinh ra các vi trùng có khả năng làm lây lan các bệnh lạ dẫn tới hủy hoại sự sống của mọi sinh vật trên trái đất giống như điều kiện hiện nay trên Sao Hỏa.
Mặt khác, các chất khí có tính axit như SO2, NO2, bị oxy hóa thành axit sunfuric, axit nitric hòa tan trong mưa, trong tuyết, trong sương mù... làm hủy hoại thảm thực vật trên mặt đất (mưa axit) và gây ăn mòn các công trình làm bằng kim loại.
Với những tác hại như trên, ngày nay nhân loại đang tìm cách giảm đến mức tối thiểu sự phát thải các chất gây ô nhiễm từ khói thải của động cơ cũng như từ các nguồn khác. Việc tìm ra nguồn nhiên liệu mới thân thiện với môi trường là một trong những giải pháp mang tính lâu dài và hiệu quả, mà sử dụng etanol làm nhiên liệu là một ví dụ, loại nhiên liệu này làm giảm đáng kể sự phát sinh các chất trên.
DUT.LRCC