基于六氰合铁酸根的二茂铁离子化合物的合成、结构表征及其燃烧催化性能

作     者：贾铎 

作者单位：陕西师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张国防

授予年度：2017年

学科分类：081704[工学-应用化学] 07[理学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 070303[理学-有机化学] 0703[理学-化学] 

主      题：二茂铁燃速催化剂 离子型化合物 挥发性和迁移性 燃烧催化性能 

摘      要：二茂铁及其衍生物因具有优异的燃烧调节功能,被广泛应用于各种复合推进剂当中。截止目前,商品化的二茂铁燃速催化剂虽然可以提高丁羟等推进剂的燃速,但是它们在推进剂的贮存和加工过程中存在易迁移、易挥发等不足,因此设计新型低迁移、低挥发和高性能的二茂铁燃速催化剂成为该领域的研究热点。本论文以铁氰化钾为阴离子源,单(双)二茂铁季铵盐和咪唑盐为阳离子源,设计合成了 28种含有六氰合铁酸根阴离子的离子型二茂铁化合物。具体研究内容如下:(1)以不同烷基链的单(双)核二茂铁季铵盐类碘(溴)化物、单(双)核二茂铁咪唑盐类碘化物和铁氰化钾为原料,通过离子交换反应设计并合成了 28种新型离子型二茂铁化合物。合成过程步骤简单,产率较高,且产物易于分离提纯。产物通过FT-IR、UV-Vis、EA等分析技术对其进行了表征,并对化合物2通过单晶X-射线衍射进行了进一步表征,确定了它们的组成和结构。(2)通过TG技术研究了新化合物的热稳定性和挥发性。结果显示:在5℃min-1升温条件下,开始未观察到明显的失重过程,在152-163 ℃范围内中有迅速的失重,失重率为10-40%,之后表现出缓慢的失重过程,表明他们有着良好的热稳定性。此外,从70 ℃24小时的恒温热重曲线可以看出,化合物1-28均显示极低的失重。由化合物1-28和Catocene(用于比较)在70 ℃下恒温的TG曲线可以看出Catocene表现出低挥发性(24小时后失去4.4%),而其他的化合物1-28的失重率都低于Catocene。表明全部化合物具有优良的抗挥发能力。(3)运用循环伏安法研究了新化合物的电化学性质。结果显示:相同条件下,化合物1-28的Epa均比中性分子NBF、TBF、Catocene的高出100-200 mV以上,说明所合成的化合物不宜被氧化,说明该类化合物具有良好的抗氧化能力。化合物7、17和21的Epa小于80 mV,且Ipa/Ipc在1.0～1.5之间,因此它们是氧化还原可逆体系,其它化合物可以看做不可逆的氧化还原体系。(4)通过DSC技术评价了所制备的化合物对固体推进剂主组分AP(高氯酸铵)、RDX(黑索金)、HMX(奥克托今)热分解的燃烧催化性能。研究结果显示.:化合物1-28对AP具有很好的燃烧催化效果(使AP的高温分解峰温大大提前,放热量明显增大)。其中化合物11对AP热分解时的燃烧催化作用最为明显,放热量为-1449.47 J/g。新化合物均使RDX的热分解峰温提前,除化合物11以外,其他化合物的加入均能增大RDX的分解热,其中添加3%19的RDX的放热量为-1197.30 J/g,说明化合物19对RDX热分解的促进作用效果最为明显。对HMX的热分解而言,一部分化合物(2、4-6、8、16、22和28)的加入使HMX的热分解峰温提前,且放热量增大,表明这些化合物均对HMX热分解产生了一定的燃烧催化作用。总之,本文所合成的28种基于六氰合铁酸根的二茂铁离子化合物对固体推进剂主组分具有明显的燃速调节功能,且具有挥发性和迁移性低、热稳定性高以及抗氧化能力强等优点,满足了二茂铁燃速催化剂的基本要求,它们可能是一类潜在的二茂铁燃速调节剂。