基本介紹
- 中文名：高氯酸銨
- 英文名：AMMONIUM PERCHLORATE
- 別稱：過氯酸銨
- 化學式：NH4ClO4
- 分子量：117.49
- CAS登錄號：7790-98-9
- EINECS登錄號：232-235-1
- 熔點：約350°C（分解）
- 沸點：-
- 水溶性：7g(100mL，20°C）
- 密度：1.95 g/cm3
- 外觀：白色晶體
- 套用：火箭推進劑、氧化劑、分析試劑等
- 安全性描述：與還原劑、有機物、易燃物如硫、磷或等混合可形成爆炸性混合物
- 危險性描述：對眼、皮膚、黏膜和上呼吸道有刺激性
物理性質,化學性質,作用與用途,高氯酸銨複合物研究概況,燃料與 AP 複合處理,燃燒催化劑與 AP 複合處理,碳納米管與 AP 複合處理,使用注意事項,
物理性質
沸點 | - |
熔點 | 350°C |
密度 | 1.95 g/cm3 |
相對密度(水=1)1.07 | 1.07 |
折射率 | 1.482 |
水中溶解度(g/100ml) | 7g/20°C |
12g/0°C | |
16.4g/10°C | |
34.6g/40°C | |
37.7g/30°C | |
49.9g/60°C | |
68.9g/80°C |
化學性質
化學反應方程式：
2NH4ClO4=（加熱）N2↑+4H2O+Cl2↑+2O2↑．
作用與用途
2、可作高氯酸銨炸藥的配合劑、氧化劑及分析試劑。
3、可用作鏤刻劑。此外，農業科研中用於含磷量的測定等。
高氯酸銨複合物研究概況
高氯酸銨（AP）是固體推進劑常用氧化劑，含 AP 複合固體推進劑的燃燒性能主要由 AP 的燃燒 性能所決定 ，AP–CMDB（高氯酸銨基複合改性 雙基）推進劑的燃速可根據 AP 粒度進行簡單的預 估。
AP 的熱分解特性是影響推進劑燃燒性能的關 鍵因素，受其自身物理形貌及燃料、催化劑的物 理形貌影響很大，如納米級催化劑較微米級 催化劑對 AP 催化熱分解、推進劑燃速提高更為 有效，本質上是提高了 AP 與催化劑的接觸面積， 增加了反應活性點。AP 與推進劑中組分間的接觸 方式是影響推進劑燃燒性能的重要因素。 2 種或多種粒子經表面包覆或複合後形成複合粒子，可實現有機物之間、無機物之間、有機 物與無機物之間不同三維尺度的粒子之間的組合， 改變單一粒子的表面性質、物理性能，進一步增 大材料接觸面積。
複合處理技術已成功用於超細 AP 的表面包覆，以氧化劑 AP 主要組分為基體 進行複合處理的研究較少，早期有美國專利報導了製備 HMX（奧克托今）/AP 複合物的方法， 該複合物具備不溶於水的特性，國內近年來對 AP 與推進劑燃料、催化劑、功能材料碳納米管的復 合處理進行了一定範圍的研究，為推進劑燃燒性 能和能量性能的研究提供了新途徑。
燃料與 AP 複合處理
鋁粉、硼粉是含 AP 推進劑的主要燃料，二 者的物理形態對燃燒反應的程度影響很大，如通 過採用細粒度 AP，可以減少推進劑中鋁粉的凝聚 現象，降低燃燒殘渣中的活性鋁的含量，實質 上是增加了 AP 與 Al 粒子間的接觸面積，增加反 應程度。 通過複合處理，AP 的熱分解性能發生明顯 改變，Al 與 AP 簡單混合時，Al 對 AP 熱分解無 明顯催化作用，經複合處理後，AP 高溫分解峰 （456.38 ℃）提前至 360 ℃，套用於推進劑中使推 進劑放熱總量由 2 620.7 J/g 提高至 3 003.7 J/g。
有美國專利報導，AP 與鋁粉、黏結劑在非溶劑中進行預處理後形成複合粒子，可使13.8 MPa 下推進劑燃速達到 66 mm/s。與簡單混合方式相比，Al/AP 複合物及 B/AP複合物熱分解效率更高，對推進劑性能影響顯著。關於 Al 與 AP 複合物在推進劑中的套用國內尚未見報導。Al 與 AP 是推進劑主體材料，均對推進劑的燃速、能量產生明顯影響，通過複合處理必然使接觸面積大幅提升，大幅改變推進劑體系的微觀結構，為推進劑燃燒性能和能量特性研究提供了新途徑。
與 Al/AP 複合物不同，B/AP 複合物是將一定比例的 AP 包覆於 B 顆粒表面，使 B 顆粒中有效硼的含量增加。硼粉的燃燒熱大於鋁、鎂粉，但燃燒性能差；但由於硼粉顆粒表面易發生氧化形成 B2O3，使顆粒內部單質硼與氧化劑隔離，影響點火與燃燒，在推進劑中往往燃燒不完全，因此改善硼粉的表面性質是實現硼粉套用的前提條件。國外早在 20 世紀 70 年代已採用高氯酸銨包覆硼的方法以改進含硼推進劑的燃燒穩定性。近年來針對硼粉在富燃料推進劑中的套用問題，國內開展了相關研究。
我國學者製備了以 AP 為包覆層、超細硼粉為核的複合粒子，提高了硼粒子中單質硼的含量，套用於推進劑中能夠明顯改善推進劑的燃燒性能，燃燒產物中單質硼的含量下降。 也有研究了含 AP 包覆硼的推進劑的燃燒火焰結構、溫度分布、熱分解性能、能量和燃燒性能，發現 AP 包覆硼使燃燒更為劇烈，能夠提高推進劑的爆熱、低壓燃速。AP/B 複合處理不僅利於改善硼粉的燃燒性能，還能抑制硼粉表面 B2O3與 HTPB 的副反應，大幅度提高含硼推進劑的工藝性能。
燃燒催化劑與 AP 複合處理
推進劑中催化劑含量較少，但對 AP 與推進 劑燃燒性能影響很大，過渡金屬化合物是推進劑 燃燒催化劑的重要品種。過渡金屬是一類特殊金 屬，可接受配位體孤對電子，具備電價易變的特 性，它們的原子和離子有形成絡合物的傾向，由 於氧原子的強電負性，過渡金屬氧化物的電子轉 移能力得到加強，通常在參與催化反應時形成絡 合物，降低反應活化能，是 AP 催化熱分解的主 要品種。
有學者製備了 CuO 為核、AP 為殼的復 合粒子（AP 質量分數 99%，CuO 約 1%），CuO/ AP 複合粒子低溫熱分解峰消失，高溫峰提前至 357 ℃；以納米 Fe 2O3 為核、AP 為殼的納米複合 粒子，使複合推進劑的燃速提高，壓力指數降低， 將 Fe 2O3、Al 粉與 AP 複合處理後，能進一步提 高推進劑的燃速 。 與單一金屬氧化物相比，二元金屬離子氧化 物由於相互摻合存在晶格缺陷，具有更多的電子 空穴，電子接受能力及電子轉移能力得到加強， 對 AP 熱分解催化作用優於單一金屬氧化物。
有學者製備了超細亞鉻酸銅 /AP 複合粒子， 高、低溫熱分解峰均大幅提前，套用於複合推進 劑中，使燃速提高 5 mm/s；也有的 製備了 3 種 金屬複合物鐵酸鎳（NiFe 2O4 ）、鐵酸鈷（CoFe 2O4 ）、 鐵酸銅（CuFe 2O4 ），對 AP 熱分解催化效果均優於 單一金屬氧化物，以 CuFe 2O4 催化效果最好，CuFe 2O4/AP 複合粒子高溫分解峰提前至 297.5 ℃， 相比於純 AP，CuFe 2O4/AP 分解活化能下降至 102.7 kJ/mol，下降近 40%，表觀分解熱由 486 J/ g 增加至 1 282 J/g，是對 AP 高溫熱分解最為 有效的催化劑，但尚未結合推進劑進行研究。
AP 及催化劑均對推進劑燃速及壓力指數影響很大，調節 AP 粒度分布是 AP–CMDB 推進劑及 NEPE 推進劑燃速調節的主要途徑。通過與過渡金屬氧化物進行複合處理後，二者接觸面積大幅增加，可加快過渡金屬離子與 AP 分解產物形成絡合物的速率，降低反應活化能，進而加速 AP分解，提高分解產物與推進劑其他氣體產物的混合反應速率。
碳納米管與 AP 複合處理
碳納米管（CNTs）是 多 孔 徑 的 一 維 納 米 級 材料，理論熱傳導率達到 6 600 W/(m·K)，具有類石墨結構的管壁和納米孔道，既是良好的導熱材料，又是良好的載體，結構穩定。以碳納米管為載體的 CNTs/ 催化劑複合粒子性能近年來得到一定範圍的研究 ，表現出對 AP 良好的催化作用。採用碳納米管直接負載 AP 的複合材料的熱分解性能也得到初步研究。
有學者將超細 AP 與 CNTs 進行複合處理後，被吸附在 CNTs 管內部和管壁的 AP 約占改性 AP 樣品總含量的 28.39%，大量 AP 是吸附在CNTs 管內部和管壁之間的，形成納米級 AP，大幅增加了 AP 與 CNTs 的接觸面積，AP 的熱分解峰由 348 ℃提前至 282 ℃。
有學者製備了質量比為 3.96∶96.04 的CNTs/AP 複合粒子，相比於純 AP、AP 與 CNTs簡單混合方式，CNTs/AP 複合粒子高溫熱分解放熱量與反應速率大幅提高，表觀活化能為104.8 kJ/mol，較純 AP 表觀活化能 168.7 kJ/mol與 AP 和 CNTs 簡單混合表觀活化能 119.6 kJ/mol大幅下降。
]有人研究了 AP/CNTs 複合物對AP 的熱分解和燃速的影響。隨著 CNTs 質量分數的增加，複合物的熱分解溫度降低，燃速增加，壓力指數明顯降低，當 CNTs 質量分數為4% 時，11 MPa 下AP 燃速由 10.14 mm/s 提高至18.30 mm/s，燃速壓力指數由 0.586 降至 0.247，對 AP 燃燒表現出良好的催化性能。
碳納米管的長徑比介於 100 至 1 000 之間，管與管之間具有很強的范德華力，易於纏繞，難以分散均勻，有效的分散工藝是其獲得套用的基礎 [24–25]。藺向陽等 [26] 採用微膠囊法和溶劑法捏合工藝將碳納米管均勻分散於雙基推進劑中，由於不同推進劑的製備工藝選擇性較強，如無溶劑壓伸工藝材料混合以水為介質，會對複合物結構產生破壞作用，而溶劑壓伸工藝材料混合時加入醇酮混合溶劑，AP 微溶，破壞作用較小，因此CNTs/AP 複合物的分散必須與推進劑製備工藝相結合。
使用注意事項
現場應急監測方法：非水滴定快速測定
實驗室監測方法：用亮綠萃取高氯酸根離子中流動注射歧管的發展
侵入途徑：吸入、食入、經皮吸收。
健康危害：對眼、皮膚、黏膜和上呼吸道和刺激性。
急性毒性：LD503500mg/kg(大鼠經口)
燃燒(分解)產物：氨、氯化物。
其它：工作現場禁止吸菸、進食和飲水。工作畢，淋浴更衣。保持良好的衛生習慣。
呼吸系統防護：可能接觸其粉塵時，建議佩戴頭罩型電動送風過濾式防塵呼吸器。
眼睛防護：呼吸系統防護中已用防護。
身體防護：穿聚乙烯防毒服。
手防護：戴橡膠手套。
皮膚接觸：脫去被污染的衣著，用大量流動清水沖洗。
眼睛接觸：提起眼瞼，用流動清或生理鹽水沖洗。就醫。
吸入：迅速脫離現場至空氣新鮮處。保持呼吸道通暢。如呼吸困難應立即就醫處治
食入：飲足量溫水。催吐，就醫。
濺散及泄漏：隔離泄漏污染區。限制出入。建議應急處理人員迅速切斷泄漏源，將盛裝容器迅速移動到安全地區，應急處理人員應佩戴防護用品用具，嚴防災害擴大和次生災害發聲。小量泄漏：避免揚塵，小心掃起，收集轉移至安全場所，也可以用大量水沖洗，洗水稀釋後放入廢水系統。大量泄漏：收集回收或運至廢物處理場所，應急處置用品用具，清洗廢水，污染場所須進行無害化處理至達到環保要求。
滅火劑：霧狀水、砂土。
