过渡金属配合物的合成、表征及汽油抗爆性能研究

摘要

在环保和节能的推动下，必须有更经济高效的无铅化汽油抗爆剂来满足人们对高辛烷值汽油的需求。论文的第一部分对汽油抗爆剂尤其是无铅汽油抗爆剂的发展及种类进行了综述。在树枝状高分子和过渡金属配合物研究的基础上提出本课题的研究内容。 论文的第二部分合成出了一系列不同的树枝状高分子过渡金属配合物和嘧啶过渡金属配合物并对它们进行了表征。树枝状高分子是以乙二胺为核，马来酸酐为支化结构单元合成的，其配体是用水杨醛对该树枝状高分子的外部官能团进行修饰而得。合成的配体进一步与小分子过渡金属盐作用即得到树枝状高分子过渡金属配合物。本课题合成的树枝状高分子金属配合物分别为：Cu(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)、Cu(Ⅰ)(Ⅱ)、Fe(Ⅱ)/(Ⅲ)、羰基铁及混合金属(Fe(Ⅲ)/Cu(Ⅱ)/Mn(Ⅱ)/Ni(Ⅱ))配合物。嘧啶配体是硫脲与乙酰丙酮反应而得，与过渡金属盐反应后得到对应的嘧啶铜、钴、镍配合物(Cu(HL)2(H2O)2Cl2，[Co(HL)3(H2O)2Cl]Cl·2H2O，[Ni(HL)3(H2O)2Cl]Cl·2H2O)。采用凝胶渗透色谱、红外光谱、紫外光谱、X-射线光电子能谱(XPS)、热分析(TG-DTG)等方法对所合成的化合物进行了结构表征，其中应用X-射线光电子能谱，得出了更为精确的关于配体及其配合物的内层电子的变化情况，对化合物结构的推测提供了强有力的理论基础。结果表明，合成的树枝状高分子配体和嘧啶配体与过渡金属离子之间以配位键结合方式存在。 论文第三部分对合成的过渡金属配合物用作汽油抗爆剂进行了研究。将合成的几种过渡金属配合物在不同溶剂中寻找合适的助溶剂，并分别通过助溶剂配制成一定浓度的溶液，按比例加入汽油中，对汽油的稳定性和对汽油抗爆性能的改善效果进行了研究。实验结果表明，添加高分子类和嘧啶类过渡金属配合物后，汽油的稳定性良好；嘧啶类化合物对汽油抗爆效果无明显改善，而高分子配体及其配合物对汽油的辛烷值都有不同程度的影响。其中高分子锰配合物和混合金属配合物对汽油的抗爆效果产生负影响，而高分子配体及其它金属配合物对汽油的辛烷值有一定程度的提高。高分子羰基铁配合物和变价铁配合物在100ml汽油中含量仅为0.08g时即可将汽油辛烷值提高2～3个单位，高分子镍配合物和铜配合物提高幅度不是很大，但在加量相对较少的情况下也不失为一种优良的汽油抗爆剂。另外，通过对抗爆剂加和效应的研究发现，抗爆剂的加量与其抗爆效果之间不存在简单的线性关系，对于不同的抗爆剂，应该存在最佳、最经济的添加量。 论文的第四部分对汽油抗爆剂的抗爆机理作了简单综述，在此基础上对高分子过渡金属配合物用作汽油抗爆剂的抗爆机理进行了推测，即生成的高价金属氧化物与烃过氧自由基、烃过氧化物反应，有效地抑制链反应的速度，从而达到良好的抗爆效果。 本论文合成了一系列过渡金属配合物，通过对它们进行物理化学表征尤其是X-射线光电子能谱(XPS)分析，丰富了实验表征的化学数据。另外，将本课题合成的树枝状高分子过渡金属配合物用作汽油抗爆剂在查阅文献中未见报道。本实验合成工艺简单，原料成本相对较低，高分子过渡金属抗爆剂在加量相对较少的情况下羰基铁配合物、变价铁配合物、镍配合物和铜配合物具有良好的应用前景。

目录

文摘

英文文摘

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第一章文献综述

第二章过渡金属高分子配合物及嘧啶配合物的合成和结构表征

第三章过渡金属配合物抗爆性能测试

第四章抗爆剂抗爆机理及高分子抗爆剂的抗爆机理推测

第五章总结和建议

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果