[发明专利]一种羟乙基肼硝酸盐的合成方法

说明书

本发明公开一种羟乙基肼硝酸盐的合成方法，该方法在一个微系统内分两步进行。第一步包括采用浓硝酸和羟乙基肼纯品或羟乙基水溶液为原料，通过在微反应器内进行成盐反应，得到羟乙基肼硝酸盐粗品；第二步，采用直接蒸发法或微混合器内萃取‑蒸发法提纯所述羟乙基肼硝酸盐粗品，得到羟乙基肼硝酸盐。其中，成盐反应中原料按摩尔比1:1进料并反应，反应温度20℃～50℃，反应时间短于1分钟；反应后经提纯处理得到浓度约98％的羟乙基肼硝酸盐。本发明成盐反应过程安全、反应物浓度高、反应温度低、反应时间短；提纯后产物浓度进一步提高；为新型液体推进剂功能组分制备提供了一种高效安全的新方法。

技术领域

本发明涉及含能材料羟乙基肼硝酸盐的合成，具体说是羟乙基肼硝酸盐微反应合成方法。

背景技术

羟乙基肼硝酸盐(β-HEHN)是新型液体推进剂的重要成分之一，具有饱和蒸气压低、密度高、热稳定性好、绿色无毒等特点，是新一代液体推进剂技术的主要功能组分，被各航天大国重点发展。

羟乙基肼硝酸盐由羟乙基肼和浓硝酸反应制得，现有制备技术为间歇操作，在惰性极性溶剂中进行，美国专利(US6218577B1)详细公开了该方法：在干燥氮气保护的Schlenk反应瓶内，用移液管加入4.152mmol的2-羟乙基肼(99％)和10ml金属钠干燥的高纯甲醇，形成透明均相羟乙基肼溶液。反应在惰性干燥气氛下、-25～25℃(-22℃)和强烈搅拌下，向上述溶液中滴加4.248mmol HNO₃(质量浓度70％)，滴加时伴有放热反应，溶液在室温下搅拌1小时。然后去除搅拌子，室温下在装有P₄O₁₀的真空干燥器中脱除溶剂18小时至恒重，收0.5623克(理论0.5776克)产物，收率97.4％。

从该专利公开的技术数据可知：间歇制备工艺中，反应物2-羟乙基肼在甲醇中的质量浓度为3.8％，需要氮气保护搅拌反应1小时，脱溶剂温度为室温、时间长达18小时。

因此，目前羟乙基肼硝酸盐的间歇制备工艺存在反应物浓度过低、反应时间过长、反应过程苛刻(氮气保护)等缺陷。

微反应器是一类新型的连续流反应设备，通过微加工和精密加工制造具有微米级分散尺度的流体通道结构，通过扩散键合或机械紧固成为微反应器。由于微反应器内的流体被限制在很细小的流道内，流体之间的质量和热量传递过程可快速完成。将这一技术原理应用于羟乙基肼硝酸盐合成反应，开发微反应技术方法合成羟乙基肼硝酸盐亟待进行，以促进反应过程效率。

发明内容

针对现有技术反应物浓度过低、反应时间过长、反应过程苛刻(氮气保护)等缺陷，本发明提出了采用微通道连续流反应工艺，直接合成羟乙基肼硝酸盐。

具体包括如下步骤：

(1)以羟乙基肼和浓硝酸为原料，通过在微反应器内进行成盐反应，得到羟乙基肼硝酸盐粗品；

(2)提纯所述羟乙基肼硝酸盐粗品，得到羟乙基肼硝酸盐。

基于上述方案，优选地，所述浓硝酸质量浓度为65％-68％；所述羟乙基肼为羟乙基肼纯品或质量浓度为40％～60％羟乙基肼水溶液；以纯物质计，成盐反应时硝酸与羟乙基肼的摩尔比为1:1～1.02:1；反应温度为20～50℃；以所述羟乙基肼纯品为原料时，成盐反应时间为1秒～10分钟；以所述羟乙基肼水溶液为原料时，成盐反应时间为1～60s。进一步地，所述羟乙基肼原料反应前通过微换热器I进行预热，所述预热温度为30℃～50℃，预热后，进入微反应器内与所述浓硝酸进行成盐反应，反应温度为30～50℃；以所述羟乙基肼纯品为原料时，成盐反应时间为1～30s，以所述羟乙基肼水溶液为原料时，成盐反应时间为1～10s。