利用衝擊波管研究丙烷及丙烯高溫熱解的反應速率常數及反應機制

Abstract

我們利用活塞型衝擊波管-原子共振吸收光譜(ARAS)技術來研究1298K至1606K溫度範圍之丙烷(0.2& 0.5ppm)熱解反應動力學。以電腦程式模擬適解所偵測到的氫原子濃度變化，進而求得丙烷的熱解速率常數值(k_total)以及其反應途徑的分支比。除此之外，為了觀察丙烷熱解的速率常數是否有壓力依存性(pressure dependence)，我們嘗試改變反應的壓力條件(1.0&2.0atm)，但並無發現如Hanson, R. K. 報導中所觀察到的趨勢，因此這部分仍須再做更深入的探討。最後綜合在兩種壓力下所得到的總反應速率結合可得到：k_total=(6.91±4.29)×〖10〗^13×exp [(-34696±693)/T]s^(-1)，上述誤差值均為1σ。此結果外插至高溫範圍與Al-Alami, M. Z. 團隊所報導的結果吻合；而 Michael J. V. 團隊所提出反應途徑分支比：CH3+C2H4+H：0.87±0.08；CH4+C2H4：0.10±0.08 也與本次實驗所得出0.87±0.05及0.13±0.05相當吻合。 除此之外，我們也進行了低濃度丙烯(0.5&1.0ppm)熱解反應，其溫度範圍為1447-1647K，偵測其氫原子的濃度變化並利用簡單數學式求得總反應速率及[H]/[C3H6]0之值，希望可以藉此了解當異丁烷( isobutene )在此溫度範圍下熱解所產生的C3H6分子是否會繼續熱解，並為此熱解反應提供額外的氫原子。最後綜合此次實驗數據可得到 k_total=(4.58±3.24)×〖10〗^15 exp((-45900)⁄T) s^(-1)。