本發(fā)明屬于含能材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種綠色氣體發(fā)生劑水合五唑金屬鹽及其制備方法。

背景技術(shù)：

氣體發(fā)生劑又稱產(chǎn)氣劑，是指燃燒后能夠產(chǎn)生氣體的各種物質(zhì)，屬于固體推進(jìn)劑的一個(gè)門類。由于疊氮化鈉基氣體發(fā)生劑的發(fā)生劑工藝較成熟，目前仍主要用于安全氣囊中，但其本身的劇毒性影響使用。非疊氮?dú)怏w發(fā)生劑的研究日趨活躍，包括唑類、嗪類、胍類、偶氮類等可燃劑的氣體發(fā)生劑。然而這些可燃劑在發(fā)生危險(xiǎn)或者老化等的極端情況下，可能存在燃燒失控的隱患。因而，研制綠色氣體發(fā)生劑勢在必行。

因此，需要提供一種綠色氣體發(fā)生劑水合五唑金屬鹽NaN₅·H₂O的制備方法以解決上述問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種綠色氣體發(fā)生劑水合五唑金屬鹽的制備方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

一種綠色氣體發(fā)生劑水合五唑金屬鹽的制備方法，包括以下步驟：

1)、配備鈉金屬鹽的乙醇和水混合溶液，配備五唑的乙醇和水混合溶液，其中，Na離子的濃度和五唑的濃度相同；

2)、將鈉金屬鹽的乙醇和水混合溶液和五唑的乙醇和水混合溶液混合得到第二混合溶液，其中，鈉金屬鹽的乙醇和水混合溶液和五唑的乙醇和水混合溶液的體積比為1:1；

3)、將步驟2)得到的第二混合溶液超聲處理，然后過濾得到第三混合溶液；

4)、將步驟3)得到的第三混合溶液放置在恒溫恒濕箱中靜置，其中，恒溫恒濕箱中溫度為40℃-80℃，濕度為10％，溶劑快速揮發(fā)，直至溶劑揮發(fā)1/2；

5)、將溫度降低至10℃，濕度100％，溶劑緩慢揮發(fā)，得到水合五唑金屬鹽NaN₅·H₂O。

更進(jìn)一步的，步驟1)中鈉金屬鹽的乙醇和水混合溶液中乙醇和水的體積比為4～6:6～4，步驟1)中五唑的乙醇和水混合溶液中乙醇和水的體積比為4～6:6～4。

更進(jìn)一步的，步驟1)中鈉金屬鹽為NaCl、Na ₂SO₄或NaNO₃。

更進(jìn)一步的，步驟1)中Na離子的濃度為1mol/L，五唑的濃度為1mol/L。

更進(jìn)一步的，步驟3)中超聲處理的時(shí)間為30分鐘。

更進(jìn)一步的，步驟3)中用超濾膜進(jìn)行過濾。

更進(jìn)一步的，步驟1)中配備五唑的乙醇和水混合溶液中五唑由芳基五唑切斷獲得。

更進(jìn)一步的，步驟2)中當(dāng)?shù)诙旌先芤褐杏谐恋砦龀龌蜃儨啙釙r(shí)，加入乙醇或去離子水至澄清。

有益效果：本發(fā)明的綠色氣體發(fā)生劑水合五唑金屬鹽的制備方法簡單高效，其具有金屬無機(jī)框架結(jié)構(gòu)，對制得的水合五唑金屬鹽采用熱力學(xué)-質(zhì)譜聯(lián)用儀器進(jìn)行熱分解表征，可以看出，該結(jié)構(gòu)的熱穩(wěn)定性良好，在加熱到150度時(shí)，迅速分解放出大量的氮?dú)猓覠o任何氣體可燃性氣體或有毒氣體產(chǎn)生。

本發(fā)明還公開了一種綠色氣體發(fā)生劑水合五唑金屬鹽NaN₅·H₂O，水合五唑金屬鹽NaN₅·H₂O具有金屬無機(jī)框架結(jié)構(gòu)。

有益效果：本發(fā)明的綠色氣體發(fā)生劑水合五唑金屬鹽NaN₅·H₂O的熱穩(wěn)定性良好，在加熱到150度時(shí)，迅速分解放出大量的氮?dú)狻o任何氣體可燃性氣體或有毒氣體產(chǎn)生。本發(fā)明的水合五唑鈉金屬鹽NaN₅·H₂O是一種綜合性能優(yōu)異的綠色環(huán)保型氣體發(fā)生劑。

本發(fā)明還公開了水合五唑金屬鹽NaN₅·H₂O用于氣體發(fā)生劑。

有益效果：水合五唑金屬鹽NaN₅·H₂O用于氣體發(fā)生劑，熱穩(wěn)定性良好，在加熱到150度時(shí)，迅速分解放出大量的氮?dú)?。無任何氣體可燃性氣體或有毒氣體產(chǎn)生。本發(fā)明的水合五唑鈉金屬鹽NaN₅·H₂O是一種綜合性能優(yōu)異的綠色環(huán)保型氣體發(fā)生劑。

說明書附圖

圖1為本發(fā)明的綠色氣體發(fā)生劑水合五唑金屬鹽NaN₅·H₂O(100)晶面的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的綠色氣體發(fā)生劑水合五唑金屬鹽NaN₅·H₂O(001)晶面的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明的綠色氣體發(fā)生劑水合五唑金屬鹽NaN₅·H₂O(100)晶面的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為水合五唑鈉金屬鹽NaN₅·H₂O的熱分析圖；

圖5為實(shí)施例1的質(zhì)譜檢測圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作具體的介紹。

請參與圖1、圖2和圖3所示，發(fā)明人由芳基五唑切斷獲得五唑負(fù)離子，分離純化后通過與常規(guī)鈉鹽的復(fù)分解反應(yīng)，獲得具有穩(wěn)定的金屬無機(jī)框架結(jié)構(gòu)的的水合五唑鈉金屬鹽NaN₅·H₂O，該衍生物具有高能、高生成熱、高氣體生成量，產(chǎn)生氣體清潔等特性，這些特性要明顯優(yōu)于現(xiàn)有的各類氣體發(fā)生劑。

五唑負(fù)離子N₅^-是全部由N元素組成的含能片段，在一定條件下可分解為氮?dú)?。與可燃性氣體發(fā)生劑相比，不存在引起燃燒的危險(xiǎn)，同時(shí)不需要或僅需少量的添加氧化劑。另外，與高毒性的疊氮化合物相比，五唑負(fù)離子的毒性也較低。總之，基于五唑鹽的氣體發(fā)生劑，具有高爆、高生成熱、高氣體生成量、低毒綠色的優(yōu)點(diǎn)，是氣體發(fā)生劑的理想選擇。

本發(fā)明中水合五唑鈉金屬鹽NaN₅·H₂O的合成用下述方程式(I)表示：

由五唑負(fù)離子化合物制備水合五唑鈉金屬鹽NaN₅·H₂O包括如下步驟：

a.配鈉金屬鹽(Na⁺)1mol/L(1aq)的乙醇和水混合溶液，金屬鹽陰離子為Cl^-，SO₄^2-,NO₃^-等基團(tuán)；其中，乙醇/水混合溶液的體積比為40％:60％～60％:40％。

b.配濃度為1mol/L五唑的乙醇和水混合溶液；其中，乙醇/水混合溶液的體積比為40％:60％～60％:40％。

c.將上述兩份溶液等體積混合，若混合后立即有少量沉淀析出或變渾濁，則加乙醇或去離子水至澄清；

d.超聲三十分鐘，用超濾膜過濾；

e.放置在恒溫恒濕箱中靜置，濕度10％，溶劑快速揮發(fā)，直至溶劑揮發(fā)1/2；其中，恒溫恒濕箱溫度控制在40～80℃。

f.將溫度降低至10℃，濕度100％，溶劑緩慢揮發(fā)，有晶體形成。獲得的晶體經(jīng)單晶衍射表征，結(jié)構(gòu)如下圖1、圖2和圖3所示，其中，水合五唑鈉金屬鹽NaN₅·H₂O的單晶結(jié)構(gòu)，圖1為(100)晶面；圖2為(001)晶面；圖3為(100)晶面。

本發(fā)明提供了水合五唑鈉金屬鹽NaN₅·H₂O的單晶衍射表征方法及氣體發(fā)生劑的熱力學(xué)性能。

請參閱圖4所示，對所制得的水合五唑鈉金屬鹽呈現(xiàn)出金屬無機(jī)框架結(jié)構(gòu)，采用熱力學(xué)-質(zhì)譜聯(lián)用儀器進(jìn)行熱分解表征。該結(jié)構(gòu)的熱穩(wěn)定性良好，在加熱到150度時(shí)，迅速分解放出大量的氮?dú)?。無任何氣體可燃性氣體或有毒氣體產(chǎn)生。

實(shí)施例1

五唑負(fù)離子溶液的制備

請參閱圖5所示，在25mL的三口燒瓶中加入5mL甲醇/乙腈，置于低溫反應(yīng)器中降溫冷卻至-45℃，而后加入0.191g 3,5-二甲基-4-羥基芳基五唑(1mmol)，將0.966g四丁基溴化銨(3mmol)溶于1mL去離子水+1mL甲醇的混合溶液中，冷卻至-45℃后加入三口燒瓶中。隨后將1.645g鈰銨硝酸鹽(3mmol)和0.1g四水合氯化亞鐵(0.5mmol)溶于3mL去離子水和3mL甲醇的混合溶液中，冷卻至-45℃后滴加到三口燒瓶中，攪拌反應(yīng)30min后，升溫至0℃，繼續(xù)反應(yīng)2小時(shí)后，以質(zhì)譜檢測反應(yīng)液，確認(rèn)生成了五唑負(fù)離子。然后過濾，旋蒸，用10ml甲醇浸泡，濾去不溶副產(chǎn)物。濾液旋蒸干燥，得到五唑負(fù)離子固體。

實(shí)施例2

以氯化鈉為例，制備五唑鈉的晶體

配置氯化鈉NaC的乙醇/水(體積比1：1)混合溶液，濃度為l mol/L；配置五唑的乙醇/水(體積比1：1)混合溶液，濃度為1mol/L；將上述兩份溶液等體積混合，若混合后立即有少量沉淀析出或變渾濁，則加乙醇或去離子水至澄清；超聲三十分鐘，用超濾膜過濾；放置在恒溫恒濕箱中，70℃靜置，濕度10％，直至溶劑揮發(fā)1/2；將溫度降低至10℃，濕度100％，溶劑緩慢揮發(fā)，有晶體形成。

實(shí)施例3

將實(shí)例2中的兩種乙醇/水溶液的體積比均調(diào)為60％：40％，恒溫恒濕箱溫度設(shè)為40℃靜置，所得晶體經(jīng)過表征與實(shí)例2相同。

實(shí)施例4

假定水合五唑鈉在密閉真空環(huán)境下加熱分解，其分解方程如下：

水合五唑鈉NaN₅·H₂O分解發(fā)生時(shí)，Na生成NaOH固體，另有少量氫氣伴隨產(chǎn)生。按單位摩爾數(shù)計(jì)算，得出1mol水合五唑鈉可產(chǎn)生3mol氣體；換算為單位質(zhì)量時(shí)，1g水合五唑鈉可產(chǎn)生0.6升氣體。

實(shí)施例5

對常見的氣體發(fā)生劑NaN₃、硝酸胍、硝基胍、5-氨基四唑幾個(gè)化合物按實(shí)例4設(shè)定的密閉真空環(huán)境進(jìn)行熱分解理論分析，其結(jié)果列于表1。非疊氮類氣體發(fā)生劑的理論產(chǎn)氣量也較高，但實(shí)際不易完全分解為理想狀態(tài)，而全氮陰離子這不存在這個(gè)問題。從表1可以看出，本發(fā)明的水合五唑鈉金屬鹽NaN₅·H₂O是一種綜合性能優(yōu)異的綠色環(huán)保型氣體發(fā)生劑。

表1