2-甲基呋喃低压层流燃烧火焰的化学研究

【摘要】：利用同步辐射真空紫外光电离质谱结合分子束取样技术研究了燃烧当量比为0.8的2-甲基呋喃/氧气/氩气低压预混层流火焰,得到了2-甲基呋喃火焰的光电离质谱和燃烧中间产物的光电离效率谱。从光电离效率谱测量得到了相应分子/自由基的电离能。将实验测量得到的电离能与文献值相比较,结合燃料分子的结构确定了2-甲基呋喃火焰中燃烧中间产物的化学结构。对于文献中尚未报道的燃烧中间产物的电离能,则与利用量子化学从头算方法(ab initio)得到的电离能的理论值进行对比以确定其化学结构,根据这些燃烧中间产物的化学结构分析了2-甲基呋喃及其初级燃烧反应产物的可能的消耗过程。并将2-甲基呋喃的消耗路径与文献中2,5-二甲基呋喃和呋喃的消耗路径进行了对比。 实验鉴定了2-甲基呋喃火焰中的一系列燃烧中间产物,包括2-甲基呋喃的初级燃烧产物,提出了2-甲基呋喃的可能的燃烧化学反应过程。研究结果表明:2-甲基呋喃可以通过夺氢反应生成2-呋喃基甲基而被消耗,2-呋喃基甲基可以发生氧化反应而被消耗,也可以通过开环反应而被消耗,还可以与其它自由基反应生成更高级的呋喃衍生物并进一步被消耗。将2,5-二甲基呋喃、呋喃和2-甲基呋喃的消耗路径对比发现,2-甲基呋喃,2,5-二甲基呋喃和呋喃都可以通过脱氢和热解反应被消耗掉。相对于呋喃的消耗路径,2-甲基呋喃与2,5-二甲基呋喃的消耗路径更为相似,这与它们的结构密切相关:它们的分子结构中都有甲基直接与呋喃环相连接。在2-甲基呋喃和2,5-二甲基呋喃的消耗路径中,都未观测到呋喃的生成,说明生成呋喃的反应在2-甲基呋喃和2,5-二甲基呋喃的燃烧化学中的贡献应该不大。