BH自燃离子液体的设计合成及表征

发布时间：2020-08-03 06:53

【摘要】：自燃推进剂作为一类化学点火的推进剂,是火箭及太空飞行器的主要动力,已成为航天领域重要的研究方向。目前常用推进剂是肼类及其衍生物,其易挥发、剧毒等缺陷限制了进一步应用。自燃离子液体具有低蒸汽压、低毒、高稳定性的特点,成为极具潜力的新型推进剂燃料。本文针对提高自燃离子液体的比冲,提出引入含氮基团的思路,制备两类新型自燃离子液体。设计合成了氨基硼笼类自燃离子液体,对化合物结构和物化性质表征,并将其性质与硼氢笼型类离子液体进行比较。研究发现:具有烷烃取代基(-CH_3、-CH_2CH_3、-CH_2CH_2CH_3)的离子液体显示出高达278.2 ~oC的良好热稳定性;具有不饱和取代基(-CH_2CH=CH_2、-CH_2C≡CH、-CH_2C≡N)的离子液体密度分别为1.17、1.19、1.15 g·cm~(-3);[B_(12)H_(11)NH_3]ˉ基离子液体具有较高的HOF(-40.1~1073.0J·g~(-1))和I_(sp)(274.9-276.8 s)以及较低的T_m(133.9~227.2 ~oC)。其中,炔丙基(-CH_2C≡CH)支链离子液体具有优异性质(T_m为198.3 ~oC,HOF为1073.0 J·g~(-1),I_(sp)为276.8 s)。设计合成了三(三唑)硼烷阴离子类自燃离子液体,对化合物结构和物化性质分析,并将其性质与双(三唑)硼烷阴离子类离子液体进行比较。研究发现:该类离子液体常温下为液态,具有饱和支链的分解温度在239 ~oC以上,具有不饱和支链的离子液体分解温度也均在220 ~oC以上,具有较好的热稳定性;离子液体具有较高的HOF(152.4~461.1 kJ·mol~(-1))、ρ(1.13~1.22 g·cm~(-3))和ρI_(sp)(358.2~362.5s·g·cm~(-3))。综上所述,本文在提高比冲的思路下,获得了氨基硼笼类、三(三唑)硼烷阴离子类自燃离子液体,确认了所得离子液体的结构,测试(或计算)了熔点/玻璃化转变温度、热稳定性、自燃性及比冲等性质,两类离子液体具有良好的综合性能,具有作为添加剂和/或双组分推进剂燃料的潜在应用。
【学位授予单位】：中国石油大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V511
【图文】：

照片,离子液体

图 1.2 自燃离子液体 3 点火照片Fig. 1.2 Ignition photos of HIL 3[N(NO2)2]ˉ（DNA）类离子液体拥有极高的氧平衡和爆轰特性，在炸药研究领其常见[27]。但 DNA 类离子液体不能和氧化剂（WFNA，N2O4）产生任何变化。N)(NO2)ˉ（NCA）阴离子具有与 DCA 和 DNA 极其相似的结构，拥有二者在方面的优势[17]。通过离子交换设计合成出如图 1.3 所示一系列新型的 NCA 类液体，并测试了该化合物的物化性质和点火性能[28]。

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图 1.2 自燃离子液体 3 点火照片Fig. 1.2 Ignition photos of HIL 3O2)2]ˉ（DNA）类离子液体拥有极高的氧平衡和爆轰特性，在见[27]。但 DNA 类离子液体不能和氧化剂（WFNA，N2O4）产生2)ˉ（NCA）阴离子具有与 DCA 和 DNA 极其相似的结构，的优势[17]。通过离子交换设计合成出如图 1.3 所示一系列新型，并测试了该化合物的物化性质和点火性能[28]。

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图 1.4 自燃离子液体 10 与 WFNA 点火照片Fig. 1.4 Ignition photos of HIL 10 with WFNA焓与 HIL 燃烧释放的能量紧密相关。分子骨架的 N-N 键直接影设计含更多 N-N 键的 HIL 是提高离子液体生成焓的研究方向[2ˉ）因其非常高的能量（280 kJ·mol-1），是研究高能离子液体的Schneider 等报道了咪唑基叠氮化物（[N3]ˉ）（如图 1.5）[11]，烟硝酸（IRWFNA）和 N2O4的自燃情况。点火测试发现所有能产生红色烟雾，不能发生自燃反应。再次证明阴离子直接关

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