一种硝酸异丙酯的快速处理方法及其应用与流程

本发明涉及硝酸酯类含能材料的安全处理技术领域。

背景技术：

硝酸异丙酯是一种硝酸酯类的含能材料，在国防、医学、工业等方面具有广泛用途。其感度低，遇到明火、高热会引起燃烧爆炸。微溶于水，有强挥发性和毒性，经吸入、口服或皮肤吸收后对人体有害。在国防方面，硝酸异丙酯作为一种含能材料已大量应用于相关武器弹药，当配备的武器弹药退役、报废或不合格时，需要及时对其进行安全快速的去能分解处理。云爆弹是一种已大量装备的新型弹药，硝酸异丙酯是其战斗部装药的主要组分，目前大批量的云爆弹已到达储存年限，需要及时进行报废，而当前还没有针对主装药硝酸异丙酯的安全快速去能处理方法。在医学、工业方面，使用或生产硝酸异丙酯时会产生硝酸异丙酯废水，由于硝酸异丙酯具有较大毒性，因此其废水必须要进行处理才可排放。

现有技术未公开硝酸异丙酯含能材料的安全处理方法。本申请人在先专利分别给出了两种硝酸异丙酯含能材料的安全处理方法，一种是采用Fenton试剂来氧化水中的硝酸异丙酯，最终酯去除率达到86%，反应时间约为1h。另一种是采用硫化钠与硝酸异丙酯发生还原性水解对其进行处理，硝酸异丙酯去除率可达97.2%。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种硝酸异丙酯的快速处理方法，能够实现对硝酸异丙酯的快速的去能分解处理，具有高的去除率，控制条件简单，易于操作，安全性高。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种硝酸异丙酯的快速处理方法，将硝酸异丙酯或其水溶液与过量的硫化钠溶液混合反应，并加入催化剂十六烷基三甲基溴化铵，催化硝酸异丙酯的还原反应进行；

加入所述催化剂的摩尔量为硝酸异丙酯摩尔量的1%～7%。

作为优选，加入所述催化剂的摩尔量为硝酸异丙酯摩尔量的5%。

进一步地，所述硫化钠溶液浓度为0.1～0.2mol/L，反应温度为50～70℃。

作为优选，所述硫化钠溶液浓度为0.2mol/L，控制反应液pH为10，温度为70℃。

本发明还公开了上述方法的应用，应用于含硝酸异丙酯的武器弹药的报废处理。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明方法采用在硫化钠与硝酸异丙酯还原性水解反应中加入阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵，其溶于水后形成的胶束可以加快亲核阴离子与中性底物硝酸异丙酯的反应，从而达到催化水解的作用。本发明方法与Fenton试剂氧化法相比较，所处理的硝酸异丙酯量更大，所需反应条件更为简单，去除率更高，与还原水解法相比，硝酸异丙酯去除率略有提升，而反应速率较这两种方法有明显提升，硝酸异丙酯去除速度更快。

附图说明

图1是本发明方法实施例中催化硝酸异丙酯的还原反应在不同催化剂含量与所测得反应速率常数的关系图。

本发明方法采用硝酸异丙酯与过量的硫化钠溶液混合反应，并加入催化剂十六烷基三甲基溴化铵，催化硝酸异丙酯的还原反应进行。上图中在其他反应条件相同的条件下，分别示出了催化剂加入量为0%、1%、3%、5%、7%的条件下，所测得硝酸异丙酯还原反应的反应速率常数。由图中可知，加入催化剂十六烷基三甲基溴化铵后，相比于不加入催化剂，反应速率常数明显增大，反应速度显著加快，反应时间能够明显缩短，尤其在催化剂加入量为5%时，反应速率常数显著增大为不加入催化剂的1.5倍左右。

具体实施方式

本发明采用硫化钠水溶液与硝酸异丙酯或其水溶液反应，并加入催化剂十六烷基三甲基溴化铵，以安全、高效的去除硝酸异丙酯。硫化钠具有较强的还原性，与硝酸酯可以发生反应，使之还原性水解。硫化钠将硝酸异丙酯水解后主要生成异丙醇等产物。十六烷基三甲基溴化铵溶于水后形成的胶束可以加快亲核阴离子与中性底物硝酸异丙酯的反应，从而达到催化水解的作用。

下面举例对本发明方法作进一步详细说明。

以下各实施例中反应产物异丙醇的含量通过气相色谱方法测得，采用乙醚对反应产物进行萃取，得到产物中的异丙醇，对异丙醇-乙醚溶液进行气相色谱测定，测出异丙醇在乙醚中的含量，再由异丙醇在乙醚和水中的分配系数计算出反应生成异丙醇的总量，由此得到硝酸异丙酯的去除率。

根据异丙醇、乙醚的沸点，确定的色谱条件如下：柱温100℃，气化温度120℃，检测器温度130℃，流量30mL/min，桥丝温度130℃，色谱柱长3m，固定相为白色硅烷化担体，进样量为2μL。

一、硫化钠水溶液与硝酸异丙酯反应在不加催化剂条件下的反应效率和硝酸异丙酯的去除率说明。

实施例1-16

配置150mL不同浓度硫化钠溶液，加入到恒温水浴锅中，升温至相应温度，而后调节pH值，加入5mL硝酸异丙酯，开始反应。在反应25min、50min、75min、8h时各取10mL反应产物，用10mL乙醚进行萃取，对萃取相进行气相色谱分析，计算硝酸异丙酯去除率。

各实施例中硫化钠溶液的浓度、反应温度、反应pH值以及硝酸异丙酯去除率见下表表1。

由表1可知，硝酸异丙酯与过量硫化钠反应的较佳反应条件为：

采用浓度为0.1～0.2mol/L的硫化钠水溶液，控制反应液pH为6～14，温度为50～70℃。为获得较高的去除率，需控制反应时间为25min～8h。

经确定在最佳反应条件下，采用浓度为0.2mol/L的硫化钠水溶液，控制反应液pH为10，温度为70℃，测定硝酸异丙酯去除率最高为97.3%。

二、硫化钠水溶液与硝酸异丙酯反应在加入催化剂十六烷基三甲基溴化铵条件下的反应效率和硝酸异丙酯的去除率说明。

实施例17-20

配置150mL浓度为0.2mol/L的硫化钠溶液，加入到反应釜中，升温至70℃，调节pH值至10，加入5mL待分解的硝酸异丙酯，同时加入相应量的催化剂开始反应。

实施例17-20中加入催化剂的量分别为硝酸异丙酯摩尔量的1%、3%、5%、7%，对比例中不加入十六烷基三甲基溴化铵，以此来考量催化剂的量对反应的影响。在反应的5min、15min、25min、35 min、4h时，取10mL反应产物，用10mL乙醚进行萃取，对萃取相进行气相色谱分析，确定硝酸异丙酯的去除率。通过对比，确定催化剂对反应的影响。表2为试验所得结果。图1为所测得不同试验反应的速率常数图。

由表2可知，在加入催化剂十六烷基三甲基溴化铵后，实施例17-20的4小时去除率与对比例相近且略高，尤其在催化剂加入量为5%时，去除率有一定提高。各实施例在不同时间5min、15min、25min、35min与对比例相比，去除率均较高，表面加入催化剂后反应前期的反应速度较快。尤其在催化剂加入量为5%时，其各时间段与对比例相比，去除率明显较高，反应增速明显。

综合图1可知，本发明方法中加入催化剂十六烷基三甲基溴化铵能够起到催化硝酸异丙酯水解的作用，反应前期反应速度增大，去除率较高，尤其在催化剂加入量为5%时，能够明显增大反应速度，同时提高去除率，具有快速、安全处理含能材料硝酸异丙酯的能力。

为进一步验证本发明硫化钠水溶液与硝酸异丙酯反应在加入催化剂十六烷基三甲基溴化铵条件下的反应效率和硝酸异丙酯的去除率，提供了以下实施例。

实施例21-24

参照实施例17-20，在实施例21-24中控制硫化钠水溶液与硝酸异丙酯的反应温度为60℃，加入催化剂的量为硝酸异丙酯摩尔量的5%，其余反应控制条件及不同时间段测定的硝酸异丙酯的去除率见下表3。

由表3与表1硝酸异丙酯去除率对比可知，催化剂十六烷基三甲基溴化铵催化硫化钠水溶液与硝酸异丙酯反应，能够显著提高反应速率常数，在较短时间内即可获得很高的硝酸异丙酯去除率。

本发明还公开了上述方法的应用，应用于含硝酸异丙酯的武器弹药的报废处理。例如，对于云爆弹，硝酸异丙酯是其战斗部装药的主要组分，云爆弹到达储存年限后，需要及时进行报废，使用本发明方法能够对武器弹药中含能材料硝酸异丙酯进行安全、快速的处理，耗时短、去除率高，操作简单、易于控制。

以上对本发明提供的硝酸异丙酯的快速处理方法进行了详细介绍，本发明中应用具体个例对本发明的实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明，应当指出，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可对本发明进行若干改进，这些改进也落入本发明权利要求的保护范围内。