专利名称：氨基硼烷规模化制备用设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及氨基硼烷制备技术，具体为一种氨基硼烷规模化制备用设备。
背景技术：
氨基硼烷的研究始于50年代，主要应用到激光诱导核聚变反应研究中。由于 没有适合的应用领域，其研究处于停滞状态。近年来，由于世界范围内能源紧张 和环境保护需要，能源结构由不可再生的化石能源向氢能趋势转变，氨基硼烷氢
含量较高，作为氢能携带材料，是近年来储氢材料领域研究的热点化合物[见文献
Z.T.Xiong，CK.Yong,GT.Wu,P.Chen, W.Shaw, A.Karkamkar, T.Autrey， M.O.Jones， S.R. Johnson, P.P.Edwards, W丄RDavid， Nature Mater. 7(2008): 138-141]。同时，由于氨基 硼烷中含有较高的氢元素和硼元素，能量密度高达-33.8kJ/g，作为火箭推进剂， 比目前f顿的液态肼能量密度-32,2kJ/g高；其重量密度虽低于液氢的-120.9kJ/g， 但其体积密度-25.0 kJ/cm3比液氢-8.5 kJ/cm3有优势。同时氨基硼烷常温下为固 态，性质稳定，使用过程中比液态肼和液氢方便，所以氨基硼烷作为一种固体火 箭概剂或添加剂，有一定的前景。另外，由于氨基硼烷其燃烧放热量高，且室 温性质稳定，作为高含能火炸药的可燃剂也具有较好前景。因此，研发这种高含 能化合物的规模化制备技术有着重要的意义。目前，氨基硼烷制备主要有两种方 法，根据其硼元素来源分为硼烷法和硼氢化钠法。硼烷法(Shore法，见文献 S.GShore, K.W.BOddeker， Inorg. Chem. 3(1963):914隱915)，用硼步芫为硼源，一78°C 与液氨反应，直接生成氨基硼烷。由于硼垸是一种易燃、居腾化合物，生产十分 危险。美国曾于50—60年代开发硼烷的工业化生产，均停止。另外，Shore法中 硼烷制备消耗大量LiAlH4;因此，整个工艺成本高，设备较为复杂。文献报道的 硼氢化钠法，亦称改进的硼烷法[见文献S.GShore， Chen X.N., Patent: WO2007/120511],用硼氢化钠代替LiAlH4，与单质碘反应生成硼烷，将硼烷用有 机化合物捕捉，再与氨气反应，制备氨基硼烷的方法。这种方法反应过程中同样 用到硼垸，若在实际放大过程中出现泄漏等，后果严重；因此，shore法和改进的 shore法均不适合工业化生产。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种氨基硼烷规模化制备用设备，解决现有的设 备复杂、成本高、危险性大、环境污染等问题，其反应^#温和，容易控制，可 根据实际需要规模放大生产。
本实用新型的技术方案是
一种氨基硼烷规模化制备用设备，该设备设有溶剂存储罐、溶齐鹏纯反应塔、 反应釜、加压过滤机、减压蒸发器，溶齐瞎储罐与溶齐腿纯反应塔通过管路连通， 反应釜分别通过管路与溶齐鹏纯反应塔和加压过滤机魏，减压蒸发器分别通过 管路与加压过滤机和^^」存储罐 。
本实用新型中，氨基硼烷规模化制备方法，采用反应原料硼氢化物、氨源在 有机溶剂中直接合成氨基硼烷，将硼氢化物、氨源、有机溶剂按摩尔比1: (1 3): (1.5 3)的配比一次加入到反应釜内进行反应；产物经加压过滤、真空蒸发、 真空干燥，获得重量纯度90%以上、收率80%以上的氨基硼烷。
所述硼氢化物为硼氢化钠、硼氢化钾或硼氢化锂。
所述氨源为碳酸铵，或者为氨气和C02的混合气，氨气和C02的体积比为2:
(0.5 1.5)。
所述有机溶剂为四氢呋喃、乙醚、环己烷或正己烷。 所述的氨基硼烷规模化制备方法，反应^t0 100。C， 20 50°C。 所述加压过滤操作的压力范围为1 2.5atm。 所述真空蒸发操作的真空度为0 0.098MPa，温度为一5 100°C。 所述真空蒸发操作的，真空度为0.07 0.098MPa，伏选温度为0 50°C。 所述真空^^喿操作温度为0 100°C ， iffi为20 50°C 。 本实用新型的有益效果是
1、 目前，采用硼氢化物、氨源直接反应制备氨基硼垸的研究未有规模化生产 的技术及工艺。因此，本实用新型采用硼氢化物、碳酸铵或氨气、二氧化碳混合 气为主要原料，原料和有机溶剂一次加入到反应釜内，经复分解反应、分解反应， 直接生产氨基硼烷，在国内外尚属首次。
2、 本实用新型所需设备简单，提供中等规模化生产的工艺，可根据实际需要 规模放大生产。^iS氢化钠同碳酸铵反应，直接生成氨基硼烷，其反应条件纟显和， 容易控制，副产物为氢气和碳酸钠，可作为本工艺的副产品利用。整个过程危险 性小，不会对环境造成污染，是一个可持续发展的化工过程。3、 本实用新型采用将有机溶剂经纯化后，加到反应釜中，与预先加入反应釜 的硼氢化钠、碳酸铵或氨气、二氧化碳混合气混合，搅拌，释放出氢气收集。将 反应料浆送入过滤机，在氮气或惰性气体保护下加压过滤，滤渣用溶剂充分洗涤 后，收集为碳酸钠。洗液与滤液混合送入减压蒸发塔，采用本实用新型获得氨基
硼烷，产品为白色固体，经过滤、洗涤、干燥、纯化等操作，重量纯度可达90%， 收率可达到80%。
4、 本实用新型成本较低。
图1为本实用新型氨基硼烷规模化制备用设备示意图。
图中，l溶剂存储罐；2溶剂提纯反应塔；3反应釜；4加压过滤机；5减压
蒸发器。
图2为氨基硼烷X射线衍射图。
具体实施方式
本实用新型提出的采用硼氢化物和碳酸铵(或氨气、C(V混合气)直接反应
实现氨基硼烷规模化生产，主要工艺过程包括(见图l):有机溶剂纯化、配料、
惰性气氛下复分解、分解反应、加压过滤、洗涤、真空蒸发、产品包装等过程。
如图1所示，本实用新型设备由溶剂存储罐1、歸腿纯反应塔2、反应釜3、 加压过滤机4、减压蒸发器5等构成，溶剂存储罐1与溶剂提纯反应塔2通过管 路连通，溶齐鹏纯反应塔2上连有排气口，反应釜3分别通过管路与溶剂提纯反 应塔2和加压过滤机4连通，减压蒸发器5分别通过管路与加压过滤机4和溶剂 存储罐1 i^lc
溶剂存储罐1中的有机溶齐蛏溶齐腿纯反应塔2纯化后，加到反应釜3中， 与预先加入反应釜的硼氢化钠、碳酸铵混合，搅拌不断反应，反应在2(TC 5(TC 循环水中进行，释放出的氢气收集，进行回收氢气。反应一段时间后，反应釜3 中无气体冒出，此时反应混合料液中沉淀为碳酸钠，氨基硼烷溶解在有机溶剂中。 将反应混合料液送入加压过滤机4，在0.5 2.5atm氮气或隋性气体保护下加压过 滤，滤渣用溶剂充分洗涤后收集，滤渣碳酸钠为副产品；洗液与滤液混合送入减 压蒸发塔5。在一定真空度(真空度0.07 0.098MPa)下，真空蒸发溶剂，获得 产品为白色固体，进行成品检测、包装，有机溶剂回收至溶剂存储罐1进行再利 用。所得产品经真空干燥后，可获得重量纯度90%的成品。采用硼氢化物法规模 制备氨基硼烷，化学反应式如下-2MLg//4 + (AW4 )2 C(93!她,'有机溶剂> 2^/4A^ 4 +A^2093 4
2叫纽4 储> 2肌3册3 + 2//2卞
下面通过实施例对本实用新型进一步详细说明。 实施例1
将硼氢化钠151.2g、碳酸铵384g、经过脱水处理的无水四氢呋喃(THF)12mo1 按比例依次加入到反应釜中，整个过程均在氮气流保护下(氮气压力为1.5ato) 进行。反应采用水浴控温45。C，搅拌，待停止生成气体，反应结束，加压过滤加 压压力为1.5atm，滤渣用2L无水四氢呋喃(THF)洗涤3次，洗液与滤液混合， 真空蒸发，温度30。C，真空度0.098MPa。溶剂回收，固体在30。C真空干燥后， 称重，收率在80%,反应产物为白色固体，重量纯度90%，鉴定结果如下
1. 元素分析B,30.2%wt; H, 18.9%; N，44.9%; C,6.0%wt;
2. X射线物相分析见图2，由图2可以看出本实用新型获得的产品与氨基
硼烷标准谱峰完全对应，没有杂质峰出现。
实施例2
将硼氢化钾151.2g、碳酸铵1152g、环己烷18mol按比例依次加入到反应釜 中，整个过程均在氮气流保护下(氮气压力为2atm)进行。反应采用水浴控温40°C， 搅拌，待停止生成气体，反应结束，加压过滤加压压力为2atm，滤渣用2L环己 烷洗涤3次，洗液与滤液混合，真空蒸发，^t40。C，真空度0.07MPa。溶剂回 收，固J枯4(TC真空千燥后，称重，收率在82%，反应产物为白色固体，重量纯 度93%，鉴定结果如下
元素分析B,31%wt; H，19.3%wt; N，45.4%wt; C,4.3%wt。
实施例3
将硼氢化锂151.2g、氨气和C02的混合气(氨气8md，氨气和C02的体积 比为2: 1)、正己烷6mol按比例依次加入到反应釜中，整个过程均在氮气流保护 下(氮气压力为1.8atm)进行。反应采用水浴控温5(TC，搅拌，待停止生成气体， 反应结束，加压过滤加压压力为1.8atm，滤渣用2L正己烷洗涤3次，洗液与滤 液混合，真空蒸发，纟鹏5(TC，真空度0.08MPa。溶剂回收，固体在5(TC真空干 燥后，称重，收率在85%，反应产物为白色固体，重量纯度95%，鉴定结果如下
元素分析B,31.6%wt; H, 19.4%wt; N， 45.8%wt; C,3.2%wt。
权利要求1. 一种氨基硼烷规模化制备用设备，其特征在于，该设备设有溶剂存储罐(1)、溶剂提纯反应塔(2)、反应釜(3)、加压过滤机(4)、减压蒸发器(5)，溶剂存储罐(1)与溶剂提纯反应塔(2)通过管路连通，反应釜(3)分别通过管路与溶剂提纯反应塔(2)和加压过滤机(4)连通，减压蒸发器(5)分别通过管路与加压过滤机(4)和溶剂存储罐(1)连通。
专利摘要本实用新型涉及氨基硼烷制备技术，具体为一种氨基硼烷规模化制备用设备。该设备设有溶剂存储罐、溶剂提纯反应塔、反应釜、加压过滤机、减压蒸发器，溶剂存储罐与溶剂提纯反应塔通过管路连通，反应釜分别通过管路与溶剂提纯反应塔和加压过滤机连通，减压蒸发器分别通过管路与加压过滤机和溶剂存储罐连通。有机溶剂经纯化后，加到反应釜中，与预先加入反应釜的硼氢化钠、碳酸铵混合，搅拌，释放出氢气收集；将反应料浆送入过滤机，在氮气保护下加压过滤，滤渣用溶剂充分洗涤后，收集为碳酸钠；洗液与滤液混合送入减压蒸发塔，获得氨基硼烷。本实用新型解决现有的设备复杂、成本高、危险性大、环境污染等问题，可根据实际需要规模放大生产。
文档编号C07F5/00GK201236184SQ20082001256
公开日2009年5月13日 申请日期2008年5月7日 优先权日2008年5月7日
发明者杰 吴, 孔令艳, 崔新宇, 金花子 申请人:中国科学院金属研究所