N5负离子盐合成及分离纯化工艺研究

来源 :西南科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:poco666
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
N5负离子含能材料已成为含能材料研究的热点之一。作为新型N5负离子含能材料的基础原料,五唑金属盐的合成还存在分离纯化困难、成本高、产率低、难以放大等问题,有待深入研究。本论文对五唑金属盐合成工艺优化和放大,五唑金属盐分离纯化方法,以及五唑非金属盐合成等进行了研究。(1)五唑钠(4)合成工艺优化及放大以2,6-二甲基苯酚(1)为原料,通过偶氮或亚硝基还原法对4-氨-2,6-二甲基基苯酚(2)进行了合成研究。结果表明,偶氮还原法操作更简便,化合物2的纯度更佳,产率达82.7%。以化合物2为原料,通过重氮化/环化、C-N切断等反应,对五唑钠(4)进行了合成和工艺优化研究。结果表明,环化前加入盐酸不利于五唑钠合成;加入适量的碳酸氢钠则有助于五唑钠产率提高,适宜加入量为盐酸总量的0.28 eq,五唑钠(4)产率达18.70%。对C-N切断试剂进行了筛选研究,发现m-CPBA/Fe(Gly)2和m-CPBA/Fe(acac)2可以选择性切断C-N键,且m-CPBA/Fe(Gly)2切断效率更高。实验发现,甘氨酸亚铁的品牌和批次对C-N键切断反应有显著影响。在工艺优化基础之上,通过逐级放大的方式对五唑钠合成工艺进行了放大研究,获得单批次10 g量级五唑钠(4)合成工艺。所得五唑钠产品经质谱(MS)、离子色谱(IC)和红外(IR)表征分析。IC数据表明,五唑钠纯度达到94.61%。(2)五唑金属盐分离纯化方法以芳基五唑C-N切断反应后处理所得五唑钠水溶液为研究对象,采用C18柱层析法、重结晶法、沉淀法等对五唑金属盐进行了分离纯化研究,但均未成功。通过红外(IR)和离子色谱(IC)分析,其原因在于五唑钠水溶液中存在大量的间氯苯甲酸钠及氯化钠、硝酸钠等有机、无机杂质。IR数据表明,有机酸根更易与金属离子形成沉淀,从而导致沉淀法分离五唑金属盐失败。实验表明,将五唑钠水溶液调节为酸性,有机溶剂萃取可有效去除有机酸盐杂质,然后加入氯化钴,可成功沉淀得到五唑钴(11)。p H影响研究发现,p H值越低,有机酸盐的去除效率越高,五唑钴(11)纯度越好,最佳p H为3。氯化钴投料量研究发现,氯化钴与原料4-氨基-2,6-二甲基苯酚(2)的适宜摩尔比为0.26:1。离子色谱表明,沉淀所得五唑钴(11)经简单重结晶后纯度高达97.91%。在此基础之上,研究了沉淀法对其它五唑金属盐的适用性。结果表明,沉淀法亦适用于五唑铁、五唑亚铁和五唑铜等金属盐的制备。以芳基五唑C-N切断反应后处理所得五唑钠水溶液为研究对象,除去有机酸盐后,采用提取法对五唑钠进行了分离纯化研究。结果表明,采用乙醇提取法可以有效分离五唑钠(4),经乙醇/水重结晶后纯度达96.72%。采用沉淀法或提取法避免了柱层析分离的问题,具有简洁、高效、低成本特点,为相关五唑金属盐的合成和工艺放大提供了参考。(3)五唑非金属盐合成以咪唑(15)为原料,通过桥联、羟乙基化反应,合成得到3’,3-亚甲基二(1-羟基乙基咪唑)双溴盐(17)。通过五唑钴(11)或五唑钠(4)与硝酸银的复分解反应,成功获得五唑银(12)。进一步基于盐酸肼(14)或化合物17与五唑银(12)的复分解反应,合成得到五唑肼(14)和3’,3-亚甲基二(1-羟基乙基咪唑)双五唑盐(18),产率分别为87.90%和71.24%。目标产物及中间体通过了IR、质谱、核磁和TG-DSC等表征分析。TG-DSC表明,五唑肼和3’,3-亚甲基二(1-羟基乙基咪唑)双五唑盐的分解温度分别为113.5℃和97.6℃。
其他文献
环境友好型高近红外反射陶瓷色料应用在建筑材料、塑料、玻璃等方面具有节约能源的作用和保证稳定性的作用。为开发更多品类该类色料,本文通过固相法合成了五种高近红外反射色料钙钛锆石基CaZrTi2-xFexO7与Ca1-xLaxZr Ti2-xFexO7(x=0~0.4)、榍石基CaTi1-xFexSi O5与Ca1-xLaxTi1-xFexSi O5(x=0.06~0.30)以及Fe3+掺杂的钙钛锆石-
学位
炸药的外观形貌、尺寸大小、团聚状态等晶体形态不仅会影响炸药的宏观力学性能,同时还会影响其感度和起爆性能等。实现对炸药晶体形态的有效调控有望改善其能量、安全性、力学性能等综合性能,具有重要的应用意义,是目前钝感高能炸药的研究热点。作为目前唯一满足钝感高能炸药标准的单质炸药,1,3,5-三氨基-2,4,6-三硝基苯(TATB)因其具有较高的能量密度、极好的安全性能,在军事领域和民用领域均具有重要的应用
学位
硼(B)具有较高的能量密度,在固体推进剂、炸药和烟火剂中具有广泛的应用前景。然而B表面的惰性氧化层(B2O3),导致点火延迟时间长和燃烧效率低等问题。为此,本文主要采用表面功能化技术,选用高活性的纳米铝(nano-Al)和氟化石墨烯(FG)对B粉表面功能化包覆,以改善B粉的点火和燃烧性能。系统研究了表面功能化B粉和硝酸钾(KNO3)、氟化石墨(GF)两种氧化剂的点火和燃烧性能。在此基础上,基于B粉
学位
碳球因其独特的封装性能,比表面积大、密度低、化学稳定、导电性和生物相容性良好等特点,不仅在吸附、催化、生物医药和电极电容材料等通用领域具有广阔的应用前景,而且在激光惯性约束聚变(ICF)、实验室天体物理和强场物理等极端条件实验研究中可作为氘氚燃料的容器,这使得碳球的研制成为焦点。不同应用领域对碳球尺寸与形貌要求不尽相同。如在锂硫电池中,提高多孔碳球的单分散性与结晶度可以增大电池容量,从而提高阳极材
学位
富锂锰基正极材料因其成本低、放电容量高的突出特点成为高能量密度理想材料之一。然而,电压衰减快、结构稳定性差给这类材料的实际应用带来较大的困难,成为富锂锰基正极材料商业化最大的阻碍。而通过离子掺杂和表面包覆这两种改性方式可以在很大程度上克服上述缺陷。基于此,本文以富锂锰基正极材料Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2为研究对象,分别采用Ce掺杂+Nb2O5包覆、Al Zr O3.5包覆的
学位
近年来,不断增长的能源消耗和日益严重的环境问题引起了广泛的关注,而热电材料由于能够实现热能与电能之间的直接转换迅速成为研究热点之一。通常,材料的热电性能以无量纲的热电优值(ZT=S~2σT/κ)来评价,其中S为Seebeck系数,σ为电导率,κ为热导率,T为热力学温度。ZT值越高,相应材料的热电转换效率也越大,目前大多数研究集中在如何优化其ZT值上,然而影响ZT值的三个参数相互耦合在一起,这给相关
学位
化石能源的过度消耗使大气中CO2的浓度持续升高,已经导致温室效应等一系列问题。电催化还原CO2为CO既能解决CO2浓度过高问题,又能为许多反应提供原料,因此具有广阔的应用前景。过渡金属单原子锚定于氮掺杂碳基底(CN-M)由于高的原子利用率与独特的电子结构在CO2还原为CO领域已经被广泛研究。然而,CN-M催化剂目前存在制备过程中金属原子易迁移形成团簇,制备工艺复杂,活性位点暴露不充分的问题。因此本
学位
针对核事故放射性废液中裂变产物(Sr)、镧系核素(La→Dy)和锕系核素(Am、Cm)分离效率低、二次废物量大、成本高等问题,本研究选用对锕系核素选择性高、载荷量大,且化学稳定性优异的水磷镧石(LaPO4·0.667H2O)作为沉淀-富集材料,系统研究了LaPO4·0.667H2O的制备技术、模拟锕系核素/裂变产物(Sr)在LaPO4·0.667H2O中的赋存状态及其固溶体的长期化学稳定性等关键科
学位
直接醇类燃料电池(DAFC)因其效率高、燃料范围广、对环境影响小,甚至没有影响等优点广泛应用于便携电子设备、公共交通以及发电站等方面。以甲醇燃料电池为例,阳极以甲醇作为燃料,发生燃料氧化反应,阴极以氧气为氧化剂,发生氧气还原反应。在燃料电池电极反应中起重要作用的是催化层,因此制备高活性、高稳定的催化剂至关重要。碳气凝胶作为一种多孔、轻质的块体碳材料,因其比表面积较高,孔结构丰富、导电率较高、耐酸抗
学位
人类对能源需求的日益增长使得核能得到了迅速的发展,但是伴随而来的核污染严重影响到了生态环境以及人类的生命安全。其中以铀(U(Ⅵ))为主的放射性核污染物往往存在于受污染的地下水中,造成了很严重的环境问题。因此,高效地去除水中的U(Ⅵ)成为了当今热点。在常用到的含U(Ⅵ)废水的处理技术中,吸附法因其操作简单、具有一定经济效益,且吸附剂种类多、来源广泛等优势而被广泛应用。在已有的吸附剂材料中,氧化镁具有
学位