一种双极膜电渗析过滤加电反应合成含能离子化合物的方法

本发明属于含能离子化合物合成应用，尤其涉及一种双极膜电渗析过滤加电反应合成含能离子化合物的方法。

背景技术：

1、含能离子化合物通常是指含氮量达到20％以上化合物。含能离子化合物普遍具有高生成热，含有强氧化性或者爆炸性基团，这类物质易于快速分解、燃烧或者爆炸。其分解产物为清洁的氮气，因此别称为“绿色含能材料”，广泛作用于炸药、推进剂、火药及起爆药等应用领域。

2、含能化合物的结构和取代基种类通常含有一个或多个n-n单键或o-o键，结构具有较高的分解活性，代表性基团为肼基，其它基团如氨基、硝基和二硝酰胺基等。常见的含能化合物包括二硝酰胺铵(adn)、硝仿肼(hnf)等。

3、目前无机法合成adn主要为氨基磺酸盐经硝硫混酸硝化，用氨水或氢氧化钾中和制备adn。adn的纯化主要使用物理方法、有机溶剂方法。c.vorde等人在专利us2008226533中提供了一种通过fox12与氢氧化钾反应制备kdn的方法，kdn与硫酸铵离子交换制备adn，经两步实现了adn的制备，但该方法步骤复杂，且实验中用到大量有机溶剂，不适用大规模工业化生产。专利cn113336241b使用柱层析法进行adn制备分离，但柱层析溶剂用量大，料液浓度偏低。

4、目前含能离子化合物合成步骤长，转盐脱盐工艺复杂，生产成本高、反应危险系数高、不利于工业化放大，同时产生大量固体或者液体废弃物，对环境污染严重。因此一直以来含能离子化合物的合成方法制约着其制备及应用。

技术实现思路

1、本发明针对含能离子化合物合成所存在的技术问题，提出一种方法简单、操作方便且能够适用于工业化生产的双极膜电渗析过滤加电反应合成含能离子化合物的方法。

2、为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种双极膜电渗析过滤加电反应合成含能离子化合物的方法，其特征在于，包括以下步骤：

3、a、首先将含有金属离子的负离子含能化合物配制成待反应的水溶液；

4、b、将配置好的水溶液经双极膜电渗析过滤系统进行加电反应，得到游离酸溶液以及碱；

5、c、将游离酸溶液和碱分离，按照电位平衡和离子平衡比例，向游离酸溶液中加入反应量的氨水或肼，得到含能化合物铵盐或肼盐水溶液；

6、d、将得到含能化合物铵盐或肼盐水溶液经过膜过滤系统浓缩和减压浓缩得到浓缩液；

7、e、将含能化合物铵盐或肼盐浓缩液进行结晶过滤干燥，得到高纯度的含能离子化合物。

8、作为优选，所述a步骤中，含有金属离子的负离子含能化合物的水溶液质量浓度在1％～15％之间。

9、作为优选，所述b步骤中，加电反应的温度为0℃～15℃。

10、作为优选，所述b步骤中，加电电压为16v～20v，荷电电流为3a～4a。

11、作为优选，所述b步骤中，以盐室金属离子浓度＜10mm为加电反应结束终点。

12、作为优选，所述b步骤中，以盐室含能负离子浓度＜10mm为加电反应结束终点。

13、根据权利要求1所述的双极膜电渗析过滤加电反应合成含能离子化合物的方法，其特征在于，所述c步骤中，氨水或肼用量以氨或肼的物质的量计，为游离酸物质的量的1.1到1.2倍。

14、作为优选，所述d步骤中，膜过滤系统中的膜为聚酰胺反渗透膜或半芳香族聚酰胺反渗透膜。

15、作为优选，所述d步骤中，膜过滤系统的过滤压力为1.0mpa～6.0mpa。

16、作为优选，所述d步骤中，减压浓缩后含能化合物铵盐或肼盐的浓度≤50％。

17、与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

18、1、本发明提供一种双极膜电渗析过滤加电反应合成含能离子化合物的方法，利用电位差，通过双极膜-阳膜电渗析过滤加电反应的方式，实现金属离子的转移去除；或通过双极膜-阴膜电渗析过滤加电反应的方式，实现负离子含能化合物的转移，最终均实现了负离子含能化合物铵盐或肼盐的合成和金属离子的去除，避免了有机溶剂的使用、避免了含能化合物干燥脱水、避免了固体物料反复转移造成的产率损失以及操作危险。同时，采用膜过滤浓缩的方式，将含能离子化合物进行分离浓缩，有效的避免了常规浓缩过程中所产生的高能耗，易分解、易爆等问题。

19、2、本发明利用双极膜电渗析、膜过滤的方式，实现对含能离子化合物铵盐或肼盐的合成，反应步骤简单，都是在水相条件下合成和后处理，避免了有机溶剂的使用、避免了含能化合物后处理中间过程的干燥脱水、避免了固体物料反复转移造成的产率损失以及操作危险；开创了含能离子化合物合成的新方法，拓宽了含能离子化合物应用新方向。

技术特征：

1.一种双极膜电渗析过滤加电反应合成含能离子化合物的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的双极膜电渗析过滤加电反应合成含能离子化合物的方法，其特征在于，所述a步骤中，含有金属离子的负离子含能化合物的水溶液质量浓度在1％～15％之间。

3.根据权利要求1所述的双极膜电渗析过滤加电反应合成含能离子化合物的方法，其特征在于，所述b步骤中，加电反应的温度为0℃～15℃。

4.根据权利要求1所述的双极膜电渗析过滤加电反应合成含能离子化合物的方法，其特征在于，所述b步骤中，加电电压为16v～20v，荷电电流为3a～4a。

5.根据权利要求1所述的双极膜电渗析过滤加电反应合成含能离子化合物的方法，其特征在于，所述b步骤中，以盐室金属离子浓度＜10mm为加电反应结束终点。

6.根据权利要求1所述的双极膜电渗析过滤加电反应合成含能离子化合物的方法，其特征在于，所述b步骤中，以盐室含能负离子浓度＜10mm为加电反应结束终点。

7.根据权利要求1所述的双极膜电渗析过滤加电反应合成含能离子化合物的方法，其特征在于，所述c步骤中，氨水或肼用量以氨或肼的物质的量计，为游离酸物质的量的1.1到1.2倍。

8.根据权利要求1所述的双极膜电渗析过滤加电反应合成含能离子化合物的方法，其特征在于，所述d步骤中，膜过滤系统中的膜为聚酰胺反渗透膜或半芳香族聚酰胺反渗透膜。

9.根据权利要求1所述的双极膜电渗析过滤加电反应合成含能离子化合物的方法，其特征在于，所述d步骤中，膜过滤系统的过滤压力为1.0mpa～6.0mpa。

10.根据权利要求1所述的双极膜电渗析过滤加电反应合成含能离子化合物的方法，其特征在于，所述d步骤中，减压浓缩后含能化合物铵盐或肼盐的浓度≤50％。

技术总结
本发明属于含能离子化合物合成应用技术领域，尤其涉及一种双极膜电渗析过滤加电反应合成含能离子化合物的方法。本发明提供一种双极膜电渗析过滤加电反应合成含能离子化合物的方法，利用电位差，通过双极膜‑阳膜电渗析过滤加电反应的方式，实现金属离子的转移去除；或通过双极膜‑阴膜电渗析过滤加电反应的方式，实现负离子含能化合物的转移，最终均实现了负离子含能化合物铵盐或肼盐的合成和金属离子的去除，避免了有机溶剂的使用、避免了含能化合物干燥脱水、避免了固体物料反复转移造成的产率损失以及操作危险。同时，采用膜过滤浓缩的方式，将含能离子化合物进行分离浓缩，有效的避免了常规浓缩过程中所产生的高能耗，易分解、易爆等问题。

技术研发人员：李玉川,朱海洋,刘颖慧,孙海云,苗香艳,窦洪娟,赵德立,刘阿龙,黄衡
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13