一种基于含能配合物[Mn(BTO)(H2O)2]n的高效催化分解高氯酸铵的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于含能配合物[Mn(BTO)(H2O)2]n的高效催化分解高氯酸铵的方法。该方法是将含能配合物[Mn(BTO)(H2O)2]n和高氯酸铵按一定比例混合磨细；然后，将磨细的混合物放置于氮气环境下在270～305℃的温度下反应5～10min。本发明专利技术所使用的催化剂[Mn(BTO)(H2O)2]n对高氯酸铵有非常好的催化分解效果，可以极大地降低其分解温度，并且通过催化剂添加量的改变，实现对高氯酸铵分解温度的可控性；本发明专利技术的方法简单可靠，有望实现航天推进剂的燃速提升和点火延迟的缩短。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及含能材料领域，具体涉及一种基于含能配合物[Mn(BTO)(H2O)2]n的高效催化分解高氯酸铵的方法。
技术介绍
高氯酸铵为白色的晶体，有潮解性。高氯酸铵是强氧化剂。与还原剂、有机物、易燃物如硫、磷或金属粉末等混合会发生爆炸。与强酸接触有引起燃烧爆炸的危险。用于制炸药、焰火，并用作分析试剂等。高氯酸铵是固体火箭推进剂中应用最广的氧化剂，它的热分解特性对于推进剂的燃烧过程具有重要的影响。研究发现，高氯酸铵热分解的活化能、速率以及高温分解温度等参数与固体推进剂的燃烧性能，特别是燃速存在密切的关系，其高温分解温度越低，则推进剂的点火延迟时间越短，燃速越高。目前，利用金属氧化物进行催化高氯酸铵分解的方法已经有过一些报道，也取得了一定的效果。然而，金属氧化物本身不含能，其的添加会损失推进剂的能力，因此最近几年，研发含能的高氯酸铵催化剂成为热点。本专利技术使用一种新颖的含能配位聚合物[Mn(BTO)(H2O)2]n作为催化剂，发现其在较低的催化剂用量下对高氯酸铵有非常好的催化效果，另外通过添加催化剂用量的改变，从而实现高氯酸铵的分解温度的调控。
技术实现思路
[要解决的技术问题]本专利技术的目的是解决上述现有技术问题，提供一种基于含能配合物[Mn(BTO)(H2O)2]n的高效催化分解高氯酸铵的方法。本专利技术的方法为固体推进剂改性研究提供新方法，在推进剂催化剂方面具有较好的应用前景。[技术方案]为了达到上述的技术效果，本专利技术采取以下技术方案：本专利技术的方法利用简单的含能化合物[Mn(BTO)(H2O)2]n加入，大大降低了高氯酸铵的分解温度，使原有的高低温分解区合并，降幅最大近150摄氏度。一种基于含能配合物[Mn(BTO)(H2O)2]n的高效催化分解高氯酸铵的方法，该方法是将含能配合物[Mn(BTO)(H2O)2]n和高氯酸铵按一定比例混合磨细；然后，将磨细的混合物放置于氮气环境下在270～305℃的温度下反应5～10min。本专利技术更进一步的技术方案，所述含能配合物[Mn(BTO)(H2O)2]n为高氯酸铵质量的1～5％。本专利技术更进一步的技术方案，所述含能配合物[Mn(BTO)(H2O)2]n和高氯酸铵使用万分之一天平准确称取。本专利技术更进一步的技术方案，所述混合磨细是将含能配合物[Mn(BTO)(H2O)2]n和高氯酸铵混合均匀并用玛瑙研钵研磨不低于20min。本专利技术更进一步的技术方案，所述混合的方式为简单混合、机械研磨或超生分散。本专利技术更进一步的技术方案，所述含能配合物[Mn(BTO)(H2O)2]n的制备方法如下：步骤A：制备5,5'-联四唑-1,1'-二氧羟铵盐溶液：将5,5'-联四唑-1,1'-二氧羟铵盐与去离子水混合形成浑浊液体，然后加热至温度50～70℃并在该温度下搅拌至5,5'-联四唑-1,1'-二氧羟铵盐完全溶解；步骤B：制备无机金属锰盐溶液：将无机金属锰盐与去离子水混合，待完全溶解后加入一定量的无水乙醇；步骤C：制备隔离层混合液：按照一定体积比取无水乙醇和水混合，作为隔离层混合液；步骤D：制备[Mn(BTO)(H2O)2]n晶体：将5,5'-联四唑-1,1'-二氧羟铵盐溶液滴入试管中，然后滴加隔离层混合液，接着滴加无机金属锰盐溶液，置于恒温培养箱培养数天得到[Mn(BTO)(H2O)2]n晶体。本专利技术更进一步的技术方案，所述的无机金属锰盐选自硫酸锰、硝酸锰、氯化锰、乙酸锰或乙酰丙酮锰。本专利技术更进一步的技术方案，所述的隔离层混合液中无水乙醇与水的体积之比为2:1、1:1或1:2。本专利技术更进一步的技术方案，所述的恒温培养箱的温度为30～50℃。本专利技术更进一步的技术方案，步骤D中滴加5,5'-联四唑-1,1'-二氧羟铵盐溶液、隔离层混合液或无机金属锰盐溶液时，滴管出口与液面的距离保持在5～7mm。下面将详细地说明本专利技术。本专利技术中的BTO是指5,5'-联四唑-1,1'-二氧负离子，本专利技术使用的[Mn(BTO)(H2O)2]n是以金属锰离子作为配位中心，连接可燃性的BTO，以形成含能配合物，该含能配合物具有强烈的爆炸性能并且稳定性好。其中，n为正整数。取少量该含能配合物添加到高氯酸铵中，可以大大降低高氯酸铵的分解温度，是原有的高低温分解区合并。本专利技术利用TG/DSC测试样品热分解过程，得到样品分解过程热量和重量变化曲线，从而得到不同混合比例催化效果。具体测试方法如下：用十万分之一天平准确称取5mg左右的干燥混合样品并做好质量记录。将细粉小心转移至用于TG/DSC样品测试的70微升带盖氧化铝坩埚中，在TG/DSC实验参数为：测温区间40～500℃；升温速率5℃/min；氮气吹扫速率40mL/min下进行测试。[有益效果]本专利技术与现有技术相比，具有以下的有益效果：本专利技术所使用的催化剂[Mn(BTO)(H2O)2]n对高氯酸铵有非常好的催化分解效果，可以极大地降低其分解温度，并且通过催化剂添加量的改变，实现对高氯酸铵分解温度的可控性；本专利技术的方法简单可靠，有望实现航天推进剂的燃速提升和点火延迟的缩短。附图说明图1为本专利技术不同催化剂含量下的高氯酸铵TG图；图2为本专利技术不同催化剂含量下的高氯酸铵DSC图。具体实施方式下面结合本专利技术的实施例对本专利技术作进一步的阐述和说明。本专利技术使用的含能配合物[Mn(BTO)(H2O)2]n由以下制备方法制备而成：步骤A：制备5,5'-联四唑-1,1'-二氧羟铵盐溶液：将5,5'-联四唑-1,1'-二氧羟铵盐与去离子水混合形成浑浊液体，然后加热至温度50～70℃并在该温度下搅拌至5,5'-联四唑-1,1'-二氧羟铵盐完全溶解；步骤B：制备无机金属锰盐溶液：将无机金属锰盐与去离子水混合，待完全溶解后加入一定量的无水乙醇；步骤C：制备隔离层混合液：按照一定体积比取无水乙醇和水混合，作为隔离层混合液；步骤D：制备[Mn(BTO)(H2O)2]n晶体：将5,5'-联四唑-1,1'-二氧羟铵盐溶液滴入试管中，然后滴加隔离层混合液，接着滴加无机金属锰盐溶液，置于恒温培养箱培养数天得到[Mn(BTO)(H2O)2]n晶体。所述的无机金属锰盐选自硫酸锰、硝酸锰、氯化锰、乙酸锰或乙酰丙酮锰。所述的隔离层混合液中无水乙醇与水的体积之比为2:1、1:1或1:2。所述的恒温培养箱的温度为30～50℃。步骤D中滴加5,5'-联四唑-1,1'-二氧羟铵盐溶液、隔离层混合液或无机金属锰盐溶液时，滴管出口与液面的距离保持在5～7mm。实施例1：用万分之一天平准确称取1.0g高氯酸铵和0.03g[Mn(BTO)(H2O)2]n，即催化剂占高氯酸胺的质量比为3％。将以上两种样品混合均匀并用玛瑙研钵研磨成细粉，研磨时间应不低于20min。样品研磨好后转移至样品瓶中并密封保存。用十万分之一天平准确称取5mg左右的干燥混合样品并做好质量记录。将细粉小心转移至用于TG/DSC样品测试的70微升带盖氧化铝坩埚中，在TG/DSC实验参数为：测温区间40～500℃；升温速率5℃/min；氮气吹扫速率40mL/min下进行测试。测试结果得到该方法的高氯酸铵分解温度为275。实施例2用万分之一天平准确称取1.0g高氯酸铵和0.01g[Mn(BTO)(H2O)2]n，即催化剂占高氯酸胺的质量比为1％。将以上两本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于含能配合物[Mn(BTO)(H2O)2]n的高效催化分解高氯酸铵的方法，其特征在于该方法是将含能配合物[Mn(BTO)(H2O)2]n和高氯酸铵按一定比例混合磨细；然后，将磨细的混合物放置于氮气环境下在270～305℃的温度下反应5～10min。

【技术特征摘要】
1.一种基于含能配合物[Mn(BTO)(H2O)2]n的高效催化分解高氯酸铵的方法，其特征在于该方法是将含能配合物[Mn(BTO)(H2O)2]n和高氯酸铵按一定比例混合磨细；然后，将磨细的混合物放置于氮气环境下在270～305℃的温度下反应5～10min。2.根据权利要求1所述的基于含能配合物[Mn(BTO)(H2O)2]n的高效催化分解高氯酸铵的方法，其特征在于所述含能配合物[Mn(BTO)(H2O)2]n为高氯酸铵质量的1～5％。3.根据权利要求1所述的基于含能配合物[Mn(BTO)(H2O)2]n的高效催化分解高氯酸铵的方法，其特征在于所述含能配合物[Mn(BTO)(H2O)2]n和高氯酸铵均使用万分之一天平称取。4.根据权利要求1所述的基于含能配合物[Mn(BTO)(H2O)2]n的高效催化分解高氯酸铵的方法，其特征在于所述混合磨细是将含能配合物[Mn(BTO)(H2O)2]n和高氯酸铵混合均匀并用玛瑙研钵研磨不低于20min。5.根据权利要求4所述的基于含能配合物[Mn(BTO)(H2O)2]n的高效催化分解高氯酸铵的方法，其特征在于所述混合的方式为简单混合、机械研磨或超生分散。6.根据权利要求1所述的基于含能配合物[Mn(BTO)(H2O)2]n的高效催化分解高氯酸铵的方法，其特征在于所述含能配合物[Mn(BTO)(H2O)2]n的制备方法如下：步骤A：制备5,5'-联四唑-1,1'-二氧羟铵盐溶液：将5,5'-联四唑-1,1'...

【专利技术属性】
技术研发人员：张祺，陈东，敬东，范桂娟，周小清，徐容，郝世龙，杨宗伟，李洪珍，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院化工材料研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51