[发明专利]一种电化学合成偶氮四唑非金属盐含能材料的方法

说明书

本发明公开了一种电化学合成偶氮四唑非金属盐含能材料的方法。它是首先配制浓度比5‑氨基四唑：碱(NaOH或KOH)：无机盐(硝酸胍、三氨基硝酸胍、氯化铵)=1：2～4：1的溶液；接着以稳定的金属电极为反应电极，将配制好的溶液作为电解液，通过直流或者脉冲电源在反应电极上施加1.5～5.0 V电压，促使5‑氨基四唑间反应偶联反应，生成偶氮四唑非金属盐化合物；最后通过分离过滤等操作，得到高纯的偶氮四唑二胍、偶氮四唑三氨基胍、偶氮四唑铵等含能材料。该方法具有操作简单，绿色环保的特点。

技术领域

本发明涉及含能材料合成，具体涉及电化学合成偶氮四唑非金属盐含能材料的方法。

背景技术

含能材料是生产炸药、枪炮发射药、气体发生剂、信号推进剂的基础原料，在军用和民用领域具有广泛的应用。偶氮四唑胍盐、偶氮四唑铵盐等偶氮四唑非金属盐具有生成焓高、感度较低、不易吸湿、产气量大、燃烧无烟、轰爆性能好等特点，是一类极具应用前景的高氮含能材料。

目前，偶氮四唑非金属盐主要通过两步法合成：1、首先，以5-氨基四唑和KOH、NaOH为原料合成偶氮四唑钠、偶氮四唑钾等偶氮四唑金属盐中间体；2、接着，再利用偶氮四唑钠、偶氮四唑钾与硝酸胍、三氨基硝酸胍、氯化铵等无机盐发生离子置换反应，制得相应的偶氮四唑胍盐和偶氮四唑铵盐。由此可知，偶氮四唑钠、偶氮四唑钾等偶氮四唑金属盐是后续合成偶氮四唑胍盐和偶氮四唑铵盐的基础。值得注意的是，在合成偶氮四唑钠、偶氮四唑钾等中间体过程中，主要以固体KMnO₄为氧化剂，促使5-氨基四唑在含KOH、NaOH的碱性溶液中发生偶联反应。在该合成过程中，需要保持反应温度在60℃左右，KMnO₄在反应过程中需要多次加料，之后还需要中和过量的KMnO₄，以及过滤固态MnO₂副产物，操作繁琐，且不够绿色环保。

有鉴于此，本发明提出一种电化学合成偶氮四唑非金属盐含能材料的方法。在该方法中，无需使用KMnO₄作为氧化剂，主要通过控制反应溶液物质配比和反应电压，即可促使5-氨基四唑在碱性溶液中发生偶联反应，在室温条件下合成偶氮四唑钠或钾盐、进而合成制得偶氮四唑胍盐、偶氮四唑铵盐等偶氮四唑非金属盐含能材料。

发明内容

针对现今合成偶氮四唑非金属盐含能材料方法及技术存在的局限性，本发明提出了一种电化学合成偶氮四唑非金属盐含能材料的方法，以实现简单高效合成偶氮四唑非金属盐含能材料的目的。

本发明主要原理及依据是：KMnO₄作为氧化剂促使5-氨基四唑间脱氢偶联过程中，主要利用了KMnO₄的强氧化性特征。在电解水生成H₂和O₂过程中，会形成大量的·OH(羟基自由基)、·O₂(氧负离子自由基)等自由基。这些自由基具有极强的氧化性，其代替KMnO₄参与5-氨基四唑间脱氢偶联反应，具有与KMnO₄相同的功效，还能使合成过程简单化和绿色环保化。

本发明总的技术方案是：一种电化学合成偶氮四唑非金属盐含能材料的方法，主要通过反应溶液配制，电化学反应条件控制，以及产物分离等3个主要步骤得以实现，具体如下：

A、反应溶液配制：首先，将NaOH或KOH溶解于蒸馏水中，配制成2-6mol/L的强碱溶液；接着，将5-氨基四唑溶解于该强碱溶液，配制成1-2mol/L的5-氨基四唑强碱溶液；之后，在1～2mol/L的5-氨基四唑强碱溶液加入适量的硝酸胍、三氨基硝酸胍、氯化铵，作为合成偶氮四唑胍盐和铵盐的反应液；或者，将5-氨基四唑溶解于25～28％浓氨水，配制成1～2mol/L的5-氨基四唑强碱溶液，作为合成偶氮四唑铵盐的反应液；或者，直接将1～2mol/L的5-氨基四唑强碱溶液作为合成偶氮四唑钠或钾盐的反应液，经过电化学反应后分离出偶氮四唑钠或钾盐，进而使其在溶液中与硝酸胍、三氨基硝酸胍、氯化铵按物质的量比1：2混合，作为合成偶氮四唑胍盐和铵盐的反应液；