五氧化二氮的電解製備法及綠色硝化反應機理研究

《五氧化二氮的電解製備法及綠色硝化反應機理研究》是依託南京理工大學，由呂春緒擔任項目負責人的聯合基金項目。

基本介紹

• 中文名：五氧化二氮的電解製備法及綠色硝化反應機理研究
• 項目類別：聯合基金項目
• 項目負責人：呂春緒
• 依託單位：南京理工大學

項目摘要

硝胺類炸藥具有能量高、性能穩定等優點，在國防及民用領域具有非常廣泛的套用。採用傳統硝化劑進行硝解反應合成硝胺類化合物存在原子經濟性差、環境污染嚴重等缺點，開發新型清潔硝化工藝成為國內外的研究熱點。本課題採用電化學法合成綠色硝化劑五氧化二氮，研究電解槽內傳質機制對電解過程的影響規律，提出調變和控制傳質過程、進而強化電解過程並提高電解效率的措施。以五氧化二氮綠色硝化劑進行硝解反應合成RDX和HMX為模型反應，研究五氧化二氮的硝解反應機理，並考察低價氮氧化物對反應的影響機理和規律，建立五氧化二氮在胺類硝解反應的正確機理。研究結果將解決電解過程以及五氧化二氮取代傳統硝化劑製備硝胺類化合物的一些基礎理論問題，對五氧化二氮取代傳統硝化劑製備硝胺類化合物、開發具有套用前景的硝胺類含能材料的綠色合成新方法具有重要的指導意義。

結題摘要

硝胺類炸藥具有能量高、性能穩定等優點，在國防及民用領域套用廣泛。傳統硝化劑合成硝胺類化合物存在原子經濟性差、環境污染嚴重等缺點，開發新型清潔硝化工藝成為國內外的研究熱點。 採用電化學法合成綠色硝化劑五氧化二氮，研究電解槽內傳質機制對電解過程的影響規律。通過考察電流密度、槽電壓、電解溫度、電解液循環流速、陽極液中N2O4初始濃度、電解槽結構、操作方式等對電解過程的影響，最佳化了電解工藝條件。殘留的N2O4和HNO3 可以通過臭氧氧化法和NaF吸附來脫除。臭氧氧化法可以將晶體中殘留的N2O4脫除97%以上，N2O5收率達109%。建立了N2O4的氧化還原滴定方法。採用溶膠凝膠法和熱分解法製備Ru-Ir氧化物塗層電極。研究了Ir含量對Ru-Ir氧化物塗層電極的表面結構形態和電化學性能的影響規律， Ir含量為50%的Ru-Ir氧化物塗層電極具有較大的循環伏安電荷和電催化性能。 研究離子液體催化N2O5硝解3,7二硝基-1,3,5,7-四氮雜雙環[3.3.1]壬烷（DPT）、1,5-二乙醯基-3,7-二硝基-1,3,5,7-四氮雜環辛烷（DADN）和1,3,5,7-四乙醯基-1,3,5,7-四氮雜環辛烷（TAT）製備1,3,5,7-四硝基-1,3,5,7-四氮雜環辛烷（HMX）的工藝硝解反應機理。發現酸性離子液體和五氧化二氮均相提高HMX的收率，離子液體經過簡單處理可回收並重複利用。建立了N2O5硝解DADN的反應表觀動力學，求得不同溫度下DADN到1-乙醯基-3,5,7-三硝基-1,3,5,7-四氮雜環辛烷（SEX）和SEX到HMX的反應速率常數，由此獲得了反應的活化能和指前因子。分離獲得了N2O5/HNO3體系硝解DPT反應中兩個副產物N,N-二羥甲基硝胺和1,9-二硝醯氧基-2,4,6,8-四硝基-2,4,6,8-四氮雜壬烷，為DPT硝解反應機理提供了直接的證據。N2O5/HNO3體系中硝解TAT分離出兩個副產物DADN和SEX，沒有分離到一硝解中間體，這些結果證明了N2O5硝解TAT的反應是四步串聯反應生成HMX，各步反應速率大小為k2＞＞ k1，k2＞ k3 ＞ k4。考察低價氮氧化物對反應的影響，獲得了一些有價值的規律。 研究成果對五氧化二氮的低成本高效製備及其取代傳統硝化劑、開發具有套用前景的硝胺類含能材料的綠色合成新方法具有重要的指導意義。