[發明專利]一種含張力環結構的自燃離子液體及應用

有效

• 申請號: 202110029591.5
• 申請日: 2021-01-11
• 公開（公告）號: CN112521338B
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發明（設計）人: 張延強;袁艷艷;焦念明;夏洋峰;劉龍
• 申請（專利權）人: 鄭州大學;鄭州中科新興產業技術研究院
• 主分類號: C07D233/58
• 分類號: C07D233/58;C06B45/00
• 代理公司: 鄭州優盾知識產權代理有限公司 41125
• 代理人: 王紅培

本發明提供了一種含張力環結構的自燃離子液體及應用，制備步驟如下：（1）將咪唑與氫氧化鈉加入反應瓶中，反應結束后，進行干燥；（2）將步驟（1）干燥產物與鹵化物R₁X按比例加入到反應瓶中反應，反應完成后過濾，得到濾液，洗滌、萃取得到有機相，蒸出二氯甲烷得到咪唑前體；（3）將步驟（2）得到的咪唑前體與鹵代物R₂X按比例加入到反應瓶中，反應后得到沉淀，洗滌蒸出溶劑，干燥得到離子液體；（4）將步驟（3）離子液體與對應陰離子的鈉鹽或者銀鹽D加入反應瓶中，加入溶劑C，反應后過濾、蒸出溶劑、干燥得到離子液體。本發明得到的自燃離子液體液體具有很高的生成焓（基本＞200KJ mol^?1），具有很高的能量值。

技術領域

本發明涉及自然離子液體領域，具體涉及一種含張力環結構的自燃離子液體及應用。

背景技術

隨之航空航天技術的發展，作為火箭發動機的動力來源，液體火箭推進劑的研究受到了越來越多的重視。現用的液體推進劑主要由肼類、煤油和液氫等高能燃料與四氧化二氮和液氧等氧化劑構成。但現用的推進劑主要存在以下問題：（1）非肼類材料密度比沖偏低，燃燒條件苛刻。（2）肼類材料易揮發，具有劇毒性，強致癌，對人類和環境造成嚴重的危害。

離子液體又稱為室溫離子液體，指的是由陽離子和陰離子兩部分構成，并且在相對低的溫度下（一般低于100℃）呈現液體狀態的一類物質。由于其具有良好的溶解性、電學性能、離子電導率、無蒸氣壓、液相穩定度范圍寬和可設計性，因此廣泛應用于電化學、溶劑、催化劑等領域。自燃離子液體(Hypergolic Ionic Liquids，HILs)指離子液體與氧化劑（如濃HNO₃、濃H₂O₂、濃N₂O₄）接觸即可劇烈反應發生自燃現象的一類物質。由于其以液體進入發動機，且無需額外點火裝置，可簡化發動機的設計，并且更加的安全。同時由于自燃離子液體具有揮發度小，相對于危險性較大的傳統液體燃料肼來說，更加綠色健康。2008年，Schneider等首次發現報道了二氰胺陰離子(-N(CN)₂)和咪唑類陽離子組成的ILs與氧化劑白色發煙硝酸(WFNA)接觸后發生自燃現象。由于自燃離子液體的可設計性，通過對陰陽離子進行功能化修飾，進而調節離子液體的部分物化性質，使其具有低蒸汽壓、低毒性和自燃性等優點，改善了傳統的肼類推進劑在這些方面的不足。在接下來的十多年中，越來越多的科研工作者著力開展自燃離子液體的研究。

目前自燃離子液體含咪唑結構的陽離子的設計一般是通過在咪唑上引入直鏈烷烴、直鏈烯烴或直鏈炔烴，再配上陰離子構成具有自燃性的離子液體，但這一類離子液體存在能量偏低的問題。

發明內容

本發明提出了一種含張力環結構的自燃離子液體及應用，在離子液體中引入張力環結構的方案，進而提高HILs能量。

本發明對咪唑進行修飾，添加三元環或四元環的結構得到具有張力環結構的咪唑陽離子，再與陰離子搭配，最終得到一類自燃離子液體。運用高斯軟件計算模擬得到HILs生成焓數據，利用Explo5計算得到HILs的比沖數據，并利用差示掃描儀、密度粘度儀、高速相機測得所得HILs的相轉變溫度、密度粘度、點火延遲時間等參數。

實現本發明的技術方案是：

一種含張力環結構的自燃離子液體，制備步驟如下：

（1）將咪唑與氫氧化鈉加入反應瓶中，劇烈攪拌反應，反應結束后，進行干燥；

（2）將步驟（1）干燥產物與鹵化物R₁X按比例加入到反應瓶中，同時加入溶劑A，劇烈攪拌反應，反應完成后過濾，得到濾液，洗滌、萃取得到有機相，蒸出二氯甲烷得到咪唑前體；

（3）將步驟（2）得到的咪唑前體與鹵代物R₂X按比例加入到反應瓶中，同時加入溶劑B，反應后得到沉淀，洗滌蒸出溶劑，干燥得到離子液體；