丁啶类自燃离子液体的设计合成

发布时间：2020-11-05 16:15

　　 推进剂作为动力核心,对航天事业发展起着至关重要的作用。肼类推进剂存在易挥发、剧毒等不足,亟待开发绿色替代产品。自燃离子液体(HILs)具有低蒸汽压、低毒、高热稳定性等优点,成为极具潜力的绿色推进剂燃料。但HILs能量有待进一步提高,从而增大发动机推力。本文利用增大环张力提高化合物能量的方法,设计合成新型高能HILs,本研究内容如下:设计合成了基于环张力N-丁基丁啶类HILs。研究表明六种HILs性质优良:液程(-80-200℃)、密度(0.99-1.05 g cm~(-3))、生成焓(0.70-2.17 kJ g~(-1))、比冲(164.0-184.5 s)、点火延迟时间(23-130 ms),在该类化合物中,N-炔丙基-N-丁基丁啶二氰胺盐具有最优性能(生成焓:2.17 kJ g~(-1),比冲:184.5 s)。为了更好探索化合物能量与环张力的关系,我们还合成了N-丙基-N-丁基丁啶二氰胺盐(9)的两种同分异构体N-乙基-N-丁基吡咯二氰胺盐(9a)和N-甲基-N-丁基哌啶二氰胺盐(9b)。测试显示9的生成焓(0.78 kJ g~(-1))和比冲(164.8 s)优于9a(0.41kJ g~(-1),156.5 s)和9b(0.36 kJ g~(-1),155.3 s),比冲提高了6%,结果证明了化合物能量与环张力呈正相关。为进一步提升HILs能量,设计合成了五种短支链N-丙基丁啶类HILs。五种HILs性质优良:液程(-80-142℃)、密度(1.03-1.06 g cm~(-3))、生成焓(0.98-2.43 kJ g~(-1))、比冲(168.3-188.7 s)、点火延迟时间(15-43 ms),在该类化合物中,N-炔丙基-N-丙基丁啶二氰胺盐具有最优性能(生成焓:2.43 kJ g~(-1),比冲:188.7 s)。同时又合成了N-丙基-N-丙基丁啶二氰胺盐(8)的两种同分异构体N-乙基-N-丙基吡咯二氰胺盐(8a)和N-甲基-N-丙基哌啶二氰胺盐(8b)。测试显示8的生成焓(0.98 kJ g~(-1))和比冲(168.3 s)优于8a(0.64 kJ g~(-1),160.9 s)和8b(0.50kJ g~(-1),157.6 s),比冲提高了7%,当一侧基团相同时,N-丙基丁啶类HILs的生成焓和比冲优于N-丁基丁啶类HILs(N-丙基丁啶类HILs比冲最高提高了2%)。综上所述,本文在化合物能量与环张力相关理论指导下,获得了基于高环张力的N-丁基丁啶类和N-丙基丁啶类HILs。测定了所得HILs结构、相转变温度、热稳定性、自燃性、生成焓及比冲,并进行充分的讨论。结果显示两类基于高环张力HILs均具有高能量,比冲最高可达188.7 s,为高能HILs研究开拓了新的思路。
【学位单位】：中国石油大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：V511;TQ517.4
【部分图文】：

第3 章 N-丁基丁啶类离子液体的设计合成时间间（tid）是 HILs 能否作为自燃推进剂的一个重要参验（图 3.6），操作方法如下：（1）将一滴 ILs（约FNA 的玻璃烧杯中；（2）用高速摄像机以每秒 10化剂接触至出现第一个花火的时间。以看出 7 - 12 点火延迟时间变化范围为 23 - 130 m为 23 ms，具有成为新一代的绿色推进剂的潜力。比 9a（tid，77ms）和 9b（tid，114ms）的快。通，离子液体的点火延迟时间越来越慢，在同等碳链加，HILs 的点火延迟时间越来越快。

中国石油大学（北京）硕士专业学位论文 4.1 可以看出 6 - 10 点火延迟时间（tid）变化范围为 15 - 43 迟时间最短为 15 ms，有很大潜力成为新一代的绿色推进剂。tid，30ms）比 8a（tid，45ms）和 8b（tid，96ms）短。N-丙基时间优于 N-丁基丁啶基 HILs 点火延迟时间（tid），达到了预
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本文编号：2871877