[發(fā)明專利]一種超臨界氣體抗溶劑法制取納米球形高氯酸銨的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711148431.2
• 申請(qǐng)日: 2017-11-17
• 公開（公告）號(hào): CN107973274A
• 公開（公告）日: 2018-05-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宣君華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 宣君華
• 主分類號(hào): C01B11/18
• 分類號(hào): C01B11/18;B82Y40/00
• 代理公司: 太原晉科知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙)14110
• 代理人: 王瑞玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高氯酸銨制備方法，具體為一種超臨界氣體抗溶劑法制取納米球形高氯酸銨的方法。

背景技術(shù)

高氯酸銨（AP）是一種密度大，有效氧含量高的固體氧化劑，且具有優(yōu)良的熱安定性和化學(xué)安定性，原料易得、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，在推進(jìn)劑、爆破炸藥、煙火工業(yè)等應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。超細(xì)高氯酸銨（AP）的粒度對(duì)推進(jìn)劑的燃燒和力學(xué)性能及藥漿的流變性有顯著影響。當(dāng)粒度降至10μm以下，推進(jìn)劑的燃速隨粒度的減小而急劇增大。雖然目前還有很多方法可以用來(lái)提高推進(jìn)劑的燃速，例如加燃速催化劑是提高推進(jìn)劑燃速的主要方法之一，但由于生產(chǎn)價(jià)格昂貴 或合成過(guò)程中毒性太大，在生產(chǎn)應(yīng)用方面受到限制。因此，通過(guò)超細(xì)高氯酸銨以提高固體推進(jìn)劑的燃燒速度，不僅方便、經(jīng)濟(jì)、可靠，而且不給推進(jìn)劑的其它性能帶來(lái)任何負(fù)面影響，仍是目前研究人員主要采用的方法，超細(xì)AP的制備也愈來(lái)愈受到重視。

由于強(qiáng)氧化劑高氯酸銨屬?gòu)?qiáng)易燃易爆材料，在超細(xì)化過(guò)程中，要杜絕可燃成分存在，無(wú)升溫和火花伴隨，無(wú)硬性強(qiáng)沖擊或磨擦，以確保其生產(chǎn)過(guò)程安全。目前，已見報(bào)道的高氯酸銨細(xì)化方法主要有氣流粉粹法、振動(dòng)濕磨法、噴霧干燥法和冷凍干燥法、超低溫結(jié)晶法。超低溫結(jié)晶法制備超細(xì)氧化劑，可以制得的高氯酸銨顆粒呈球形，粒度一般在3μm以下，生產(chǎn)成本太高，很難實(shí)現(xiàn)工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)（李鳳生，特種超細(xì)粉體制備技術(shù)及應(yīng)用，北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2002.），李鳳生等采用振動(dòng)球磨法制備呈球形，粒度范圍為1.4～0.4μm的超細(xì)高氯酸銨；中國(guó)工程物理研究院的曾貴玉等人采用機(jī)械研磨法細(xì)化高氯酸銨，制備的超細(xì)AP樣品平均粒徑在5.5μm～8μm范圍，（曾貴玉,郁衛(wèi)飛,聶福德等. 超細(xì)高氯酸銨(AP)微觀結(jié)構(gòu)對(duì)機(jī)械感度的影響[J].火工品,2007,5:16-19.），但在機(jī)械研磨過(guò)程中容易對(duì)粉碎的物料造成污染，同時(shí)此過(guò)程還會(huì)引起AP晶體晶粒細(xì)化和點(diǎn)陣晶格畸變，從而對(duì)材料性能產(chǎn)生重要影響；南京理工大學(xué)國(guó)家特種超細(xì)粉體工程技術(shù)研究中心的鄧國(guó)棟等用GQF-3型扁平式氣流粉碎機(jī)制備超細(xì)AP，制備出了D₅₀=2μm超細(xì)高氯酸銨粉體，新生細(xì)顆粒不規(guī)則，顆粒之間相互作用力很強(qiáng)，發(fā)生團(tuán)聚（鄧國(guó)棟,劉宏英. 超細(xì)高氯酸銨粉體制備研究[J].爆破器材,2009，38(1):5-6.）。噴霧干燥法可制得粒度為2μm的小顆粒，冷凍干燥法制備的超微粉體粒度在10～500納米范圍。但用冷凍干燥法制備超細(xì)粉體時(shí)必須注意結(jié)合實(shí)際情況選擇良好的工藝條件（李鳳生. 特種超細(xì)粉體制備技術(shù)及應(yīng)用.北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2002.）。

從以上可以看出，目前的生產(chǎn)工藝僅能制備微米級(jí)的產(chǎn)品，其平均粒徑在0.5～8μm之間，因而限制了超細(xì)高氯酸銨性能研究和進(jìn)一步應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有超細(xì)高氯酸銨的各種制備方法均存在各自不同缺點(diǎn)的問(wèn)題，提供一種超臨界氣體抗溶劑法制取納米球形高氯酸銨的方法。

本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種超臨界氣體抗溶劑法制取納米球形高氯酸銨的方法，包括以下步驟：（1）設(shè)定高壓釜恒溫水浴的溫度，待溫度穩(wěn)定在設(shè)定值40～43℃后，保持10～15分鐘；（2）將高氯酸銨溶解于丙酮溶劑中，配制濃度為1.0～1.3 g/100ml的高氯酸銨丙酮溶液，在恒溫水浴的超聲波振蕩器中振蕩10～12分鐘后將溶液置于高壓釜中；（3）待高氯酸銨丙酮溶液溫度與高壓釜溫度一致后，向高壓釜中通入作為抗溶劑的超臨界二氧化碳?xì)怏w，進(jìn)氣速率為33～35 Kg/h；（4）當(dāng)高壓釜的壓力達(dá)到9～11MPa之間后，迅速泄壓至常壓，丙酮溶劑、二氧化碳抗溶劑通過(guò)減壓氣化完全去除，高氯酸銨以微晶態(tài)形式從丙酮溶劑中析出；（5）用干燥二氧化碳?xì)怏w吹洗高壓釜，收集被高壓釜內(nèi)金屬燒結(jié)過(guò)濾片截留并析出的高氯酸銨顆粒，即為本發(fā)明所述的平均粒度為30～40nm的球形高氯酸銨細(xì)顆粒。

本發(fā)明以丙酮為溶劑，用超臨界CO₂氣體作抗溶劑，先將一定量的高氯酸銨溶解于丙酮溶劑中形成一定濃度的高氯酸銨丙酮溶液，經(jīng)恒溫水浴超聲波振蕩后將溶液置于高壓釜中預(yù)熱，到達(dá)設(shè)定溫度后將超臨界CO₂氣體通入釜中，控制進(jìn)氣速率和壓力，使高氯酸銨以微晶態(tài)形式從丙酮溶劑中析出，用掃描電子顯微鏡檢測(cè)：產(chǎn)品為粒度均勻、分散性好、平均粒度在30～40nm之間的球形高氯酸銨微細(xì)顆粒。

在本發(fā)明所述的制備方法中，氣體抗溶劑、高氯酸銨溶劑、高壓釜的工作溫度和工作壓力、高氯酸銨丙酮溶液的起始濃度以及氣體抗溶劑的進(jìn)氣速率等各個(gè)技術(shù)參數(shù)均是申請(qǐng)人經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期試驗(yàn)研究以及經(jīng)驗(yàn)總結(jié)而得來(lái)的，具體研究過(guò)程如下：