柠嗪酸铜锆双金属盐及其制备方法和应用 |
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| 申请号 | CN201310637292.5 | 申请日 | 2013-12-04 | 公开(公告)号 | CN103626696A | 公开(公告)日 | 2014-03-12 |
| 申请人 | 西安近代化学研究所; | 发明人 | 汪营磊; 赵凤起; 安亭; 姬月萍; 徐司雨; 裴庆; 仪建华; 高红旭; 刘卫孝; 高福磊; 姜菡雨; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了结构式（I）所示的柠嗪酸 铜 锆双金属盐，其合成工艺简单，在作为燃烧催化剂使用时可分解产生均匀的、新生态的铜及其 氧 化物作为主要催化活性组分，分解产生的高熔点二氧化锆作为助催化剂，可进一步提高催化效果。 | ||||||
| 权利要求 | 1.结构式（I）所示的柠嗪酸铜锆双金属盐， |
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| 说明书全文 | 柠嗪酸铜锆双金属盐及其制备方法和应用技术领域[0003] 铅化合物是现今双基系推进剂实际应用最主要的催化剂，但铅化合物具有较大的毒性，并且燃烧分解生成的氧化铅在发动机排气中为白色或浅蓝色的烟不利于导弹的制导和隐身，为此研究人员很早就开展了非铅催化剂的研究。 [0004] 另外，目前使用的最多的不稳定燃烧抑制剂为铝粉和Al2O3，虽然铝粉的加入解决了推进剂能量低、高频振荡不稳定燃烧等问题，但是铝粉在推进剂燃烧时参与了燃烧反应，使发动机弹道性能受到不利影响，更为重要的是在喷管尾部产生很浓的羽烟，这与现代武器要求推进剂具有低特征信号不符。而Al2O3由于其熔点较低，燃烧时易与催化剂PbO、CuO等凝聚成大粒子，即影响了催化剂的催化效率，也影响了不稳定燃烧的抑制效率。 发明内容[0005] 本发明的目的是提供一种柠嗪酸铜锆双金属盐；本发明的另一目的是提供上述柠嗪酸铜锆双金属盐的合成方法； 本发明还有一个目的是提供上述柠嗪酸铜锆双金属盐作为燃烧催化剂和不稳定燃烧抑制剂的应用，该双金属盐在双基系推进剂中起双功能作用（催化作用和不稳定燃烧抑制作用）。 [0006] 本发明的实现过程如下：结构式（I）所示的柠嗪酸铜锆双金属盐， 。 [0007] 上述柠嗪酸铜锆双金属盐的制备方法，包括以下步骤：（1）将可溶性铜盐和可溶性锆盐分别溶于去离子水中配成溶液； （2）将柠嗪酸用碱溶液溶解，控制溶液pH值在6～8，然后加入可溶性铜盐溶液，在 50℃～70℃反应2h～4h； （3）向步骤⑵溶液中加入强碱溶液，控制溶液pH值在8～10，加入可溶性锆盐溶液，在 70℃～90℃反应3h～5h，冷却、静置； （4）将沉淀洗涤、过滤、干燥得到柠嗪酸铜锆双金属盐。 [0009] 上述步骤（2）中，所述的碱为Na2CO3、NaHCO3、吡啶或三乙胺。 [0010] 上述步骤（3）中，所述的强碱为NaOH、KOH或甲醇钠。 [0011] 本发明柠嗪酸铜锆双金属盐可应用在双基系推进剂中作为燃烧催化剂和燃烧稳定剂。 [0012] 本发明优点与积极效果：本发明合成工艺简单，合成得到的柠嗪酸铜锆双金属盐作为燃烧催化剂使用时分解产生均匀的、新生态的铜及其氧化物作为主要催化活性组分，分解产生的高熔点二氧化锆作为助催化剂，可进一步提高催化效果。附图说明 [0013] 图1 为含柠嗪酸铜锆双基推进剂的燃速-压力曲线；图2 为含柠嗪酸铜锆双基推进剂的催化效率-压力曲线。 具体实施方式[0014] 实施例1 柠嗪酸铜锆双金属盐的制备（1）称取1.58g（0.0075mol）的硝酸氧锆溶于20mL去离子水中配置成硝酸氧锆水溶液；称取2.33g（0.015mol）的柠嗪酸分散于150mL去离子水中，加入1.26g（0.015mol）碳酸氢钠溶解成澄清溶液； （2）称取1.82g（0. 0075mol）三水硝酸铜用30mL去离子水溶解配置成溶液，加入到柠嗪酸钠溶液中，搅拌混合均匀，升温至50℃，反应2h； （3）称取1.2g（0.03mol）的氢氧化钠溶解于15mL去离子水中，加至步骤（2）的柠嗪酸铜钠溶液中，反应0.5h，加入步骤（1）配制的硝酸氧锆水溶液，升温至70℃反应3h，然后冷却、静置，将沉淀用去离子水多次洗涤、过滤、干燥可制得黑色柠嗪酸铜锆双金属盐4.51g，产率98.3%。 [0015] 柠嗪酸铜锆双金属盐的表征。 [0016] 1. 热重分析该化合物在106℃～117℃，有失重现象，且质量损失为8.1%，经计算为失去两个结晶水。 [0017] 2. 元素分析各元素的测量值为（%）：C 28.98, H 1.221，而含有两个结晶水的目标化合物中各元素理论计算含量为（%）：C 29.12, H 1.213，而不含结晶水的化合物中各元素理论计算含量为（%）：C 31.41, H 0.872。所测的C和H的含量更接近于含两个结晶水的化合物。 [0018] 3. X射线荧光光谱分析X射线荧光光谱分析金属的测量值为（%）：Zr 18.21， Cu 12.75, 而有两个结晶水的目标化合物中金属含量的理论计算含量为（%）：Zr 18.40， Cu 12.84, 而不含结晶水的化合物中金属含量的理论计算含量为（%）：Zr 19.85， Cu 13.85。所测的Zr和Cu的含量更接近于含两个结晶水的化合物。说明目标化合物的分子式与ZrCu(C6H2NO4)2·2H2O一致。 [0019] 4. 红外分析-1 在原料柠嗪酸红外光谱中，C=O的峰出现在1662cm , 柠嗪酸环上的-OH峰出现在3211 -1 -1 -1 -1 cm , 3065 cm , 2978 cm , 2642 cm , 而在目标化合物柠嗪酸铜锆化合物的红外光谱-1 中可以看出，由于-OH形成了金属盐，因此，C=O的峰向低波数移动，出现在1586 cm ，而代-1 -1 -1 -1 表蒽醌环上的-OH峰出现在3211 cm , 3065 cm , 2978 cm , 2642 cm 出的吸收峰均消-1 失，在3440 cm 出现一宽峰，为目标化合物中的结晶水峰。 [0020] 实施例2 柠嗪酸铜锆双金属盐的制备（1）称取1.58g（0.0075mol）的硝酸氧锆溶于20mL去离子水中配置成硝酸氧锆水溶液；称取2.33g（0.015mol）的柠嗪酸分散于150mL去离子水中，加入1.26g（0.015mol）碳酸氢钠溶解成澄清溶液； （2）称取1.875g（0. 0075mol）五水硫酸铜用30mL去离子水溶解配置成溶液，加入到柠嗪酸钠溶液中，搅拌混合均匀，升温至60℃，反应3h； （3）称取1.2g（0.03mol）的氢氧化钠溶解于15mL去离子水中，加至步骤（2）的柠嗪酸铜钠溶液中，反应0.5h，加入步骤（1）配制的硝酸氧锆水溶液，升温至80℃反应3h，然后冷却、静置，将沉淀用去离子水多次洗涤、过滤、干燥可制得黑色柠嗪酸铜锆双金属盐4.42g，产率96.3%。 [0021] 实施例3 柠嗪酸铜锆双金属盐的制备（1）称取1.58g（0.0075mol）的硝酸氧锆溶于20mL去离子水中配置成硝酸氧锆水溶液；称取2.33g（0.015mol）的柠嗪酸分散于150mL去离子水中，加入0.80g（0.0075mol）碳酸钠溶解成澄清溶液； （2）称取1.82g（0. 0075mol）三水硝酸铜用30mL去离子水溶解配置成溶液，加入到柠嗪酸钠溶液中，搅拌混合均匀，升温至70℃，反应4h； （3）称取1.68g（0.03mol）的氢氧化钾溶解于15mL去离子水中，加至步骤（2）的柠嗪酸铜钠溶液中，反应0.5h，加入步骤（1）配制的硝酸氧锆水溶液，升温至90℃反应5h，然后冷却、静置，将沉淀用去离子水多次洗涤、过滤、干燥可制得黑色柠嗪酸铜锆双金属盐4.39g，产率95.6%。 [0023] 固体推进剂样品采用吸收-驱水-放熟-压伸-切成药条的常规无溶剂压伸成型工艺制备。药量按500g配料，催化剂外加，加入量2.5%，对照空白推进剂样品不加催化剂。 [0024] 燃速测定所用设备为燃速仪，采用靶线法测试样品燃速，将已处理过的5mm×15mm小药柱侧面用聚乙烯醇溶液包覆6次并晾干，然后在燃速仪中测试燃速，实验温度为20℃，压力范围2MPa～22MPa。 [0025] 在图1和2中，u为燃速，P为压力，n为压力指数，ηr为催化效率（它是指相同压力下含催化剂的推进剂燃速与空白推进剂燃速之比），a为双基空白配方，b是含柠嗪酸铜锆的双基推进剂配方。从图中可以看出，在双基推进剂中，加入3%的柠嗪酸铜锆可明显提高双基推进剂的燃速，使燃速呈倍数提高，在4MPa～18MPa压力范围内，催化效率均在1.5以上，特别是在4MPa～6MPa压力范围内，催化效率达到2.0以上，并且在中高压段可明显降低压力指数，在12MPa～22MPa压力范围内，燃速压力指数n=0.29。 [0026] 可见，该催化剂在双基推进剂中显示了强烈的提高燃速的能力，并在中高压下显著降低压力指数，说明该化合物是一种高效宽平台燃烧催化剂。 |
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