Для того, чтобы избежать осаждения окислов предложено в топливную смесь вводить так называемые выносители - вещества содержащие галогены, в частности, 1-3% растворы ферроцена в дихлорэтане [3]. Предполагается, что в процессе горения железо образует летучие галогениды и таким образом предотвращается «зарастание» клапанов и свечей зажигания. Поскольку эффект присутствия катализатора окисления должен отражаться на содержании окиси углерода в выхлопных газах, то представлялось целесообразным выяснить влияния валентного состояния железа на каталитические свойства. С этой целью в качестве объектов исследования выбраны соединения: (C5H5)2Fe, (AlkC5H4)Fe(C5H5), Fe2(CO)9, Fe(AlkCO2)2 , FeBr3, в которых железо находится в нульвалентном состоянии и степени окисления +2 и +3. Содержание СО проводили на испытательном стенде на базе автомобиля «Жигули» с помощью газоанализатора ГИАМ-29. При испытаниях использовали бензин, не содержащий ТЭС, октановое число которого находится на уровне 76 единиц. Количество СО в выхлопных газах отражает эффективность катализатора.
Оказалось, что содержание окиси углерода в выхлопных газах практически не зависит от увеличения количества ферроцена с 0,01 до 0,5 г/л, то есть в 50 раз. Присутствии нанокарбонила железа также мало отражается на содержание СО. Поскольку в (ά-оксиизопропил)ферроцен железо также находится в нульвалентном состоянии, а количество СО снижается по сравнению с ферроценом почти в 7 раз, можно заключить, что каталитические свойства определяются не только валентным состоянием железа. В пользу этого вывода говорит и тот факт, что на такую же величину снижается концентрация СО и при использовании карбоксилата двухвалентного железа с насыщенными жирными кислотами. Учитывая относительно высокую стоимость производных ферроцена и сложность синтеза, использование карбоксилатов железа для указанной выше цели имеет несомненное преимущество.
Как было сказано выше для предотвращения зарастания поверхности свечей и выхлопных клапанов автомобильного двигателя оксидами железа в топливную композицию вводят алкилгалогениды: дибромэтан, дибромпропан, бромбутан и другие бромированные алканы. Можно полагать, что в процессе горения в присутствии алкилгалогенидов образуются новые соединения железа с достаточно низкой температурой плавления и кипения, что способствует выносу их из камеры сгорания в виде паров. Одним из таких соединений может быть бромид железа. В связи с этим решено выяснить влияние бромида железа на процесс горения бензина. Добавка бромида железа в топливо в концентрациях от 0.001 до 0.5 г/л не оказывает отрицательного влияния на октановое число. Вместе с тем следует отметить, что недорогой и доступный бромид железа в концентрации 0,001 г/л снижает количество окиси углерода в выхлопных газах в десять раз. Отрицательное действие бромида железа заключается в образовании нагара, которое растет по мере увеличения концентрации.
Образование нагара на свечах при использовании каталитических добавок железа вызвано не только отложением окислов железа, но и формированием коксующихся смолистых веществ. Причиной образования смол, по-видимому, являются вторичные побочные процессы деструктивной радикальной поликонденсации и полимеризации углеводородов. Известно, что протеканию такого типа процессов особенно благоприятствует присутствие кислот Льюиса, в частности, бромного железа [5]. Действительно, в ходе испытаний FeBr3 как добавки к топливу обнаружилось интенсивное зарастание выхлопных клапанов и свечей зажигания.
Выводы. Установлено, что альтернативой дорогостоящим и труднорастворимым ферраценам могут служить карбоксилаты железа с жирными кислотами. Применение железосодержащих добавок в топливе неизбежно приводит к зарастанию свечей зажигания и выхлопных клапанов бензинового двигателя. Следует ожидать, что доступные карбоксилаты и галогениды железа могут найти применение для усиления полноты сгорания углеводородов вне камер сгорания автомобильных и дизельных двигателей.
Список литературы
- Данилов A.M. Применение присадок в топливах. М., Мир, 2005. 288 с.
- Патент России № 2019559.
- Патент России № 2064965.
- Патент России № 2006497
- Ингольд К. Теоретические основы органической химии. М Мир. 1973. 1055 с.