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【6h】

N2O5/HNO3硝解TAIW合成CL-20工艺研究

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摘要

1 绪论

1.1 CL-20的合成

1.1.1 HBIW的合成

1.1.2 CL-20的合成路线

1.1.3 CL-20合成新工艺

1.2 CL-20的硝解方法

1.2.1 亚硝解-硝解法

1.2.2 硝硫混酸硝解法

1.2.3 发烟硝酸硝解法

1.2.4 水解硝解法

1.2.5 超酸硝化法

1.2.6 N2O5绿色硝解法

1.3 硝化工艺中催化剂的研究

1.4 CL-20的转晶研究

1.4.1 二步法转晶

1.4.2 一步法转晶

1.5 论文的主要工作

2 N2O5/HNO3硝解TAIW合成CL-20工艺研究

2.1 实验部分

2.1.1 试剂

2.1.2 仪器

2.2 实验

2.2.1 N2O5的制备

2.2.2 纯HNO3的制备

2.2.3 CL-20的合成

2.3 结果与讨论

2.3.1 加料方式的影响

2.3.2 反应温度的影响

2.3.3 料比的影响

2.3.4 反应时间的影响

2.3.5 硝解剂分次加料的影响

2.3.6 后处理加水量的影响

2.3.7 升温时间的影响

2.3.8 与混酸工艺对比

2.4 产物的鉴定及表征

2.4.1 质谱(MS)

2.4.2 核磁共振(NMR)

2.4.3 傅里叶变换红外光谱(FT-IR)

2.4.4 紫外-可见吸收光谱(UV-VIS)

2.5 本章小结

3 N2O5/HNO3硝解TAIW反应中催化剂的研究

3.1 实验部分

3.1.1 试剂

3.1.2 仪器

3.2 实验

3.2.1 原料的制备

3.2.2 CL-20的合成

3.2.3 催化剂的回收

3.3 无机盐催化剂

3.4 固体酸催化剂

3.4.1 金属氧化物催化剂

3.4.2 C4F9SO3H负载型固体酸

3.4.3 CF3SO3H负载型固体酸

3.5 本章小结

4 CL-20的转晶研究

4.1 实验部分

4.1.1 试剂

4.1.2 仪器

4.2 实验

4.2.1 原料的制备

4.2.2 两步法转晶

4.2.3 一步法转晶

4.3 两步法转晶

4.3.1 乙酸乙酯-石油醚法

4.3.2 乙酸乙酯-氯仿法

4.3.3 乙酸乙酯-乙醇法

4.3.4 转晶对产物纯度的影响

4.4 一步法转晶

4.4.1 分步加酸法

4.4.2 一步加酸法

4.5 本章小结

5 N2O5/HNO3硝解TAIW合成CL-20的机理探索

5.1 硝解历程分析

5.2 硝解机理探索

6 结论

致谢

参考文献

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摘要

N2O5/HNO3是一种中等强度的无硫酸硝化剂,已成功用于RDX、HMX等胺类的硝解。鉴于2,4,6,8,10,12-六硝基-2,4,6,8,10,12-六氮杂四环[5.5.0.0.5,903,11]十二烷(CL-20)的高张力笼形结构,硝解产率和纯度偏低。本文系统分析了CL-20的硝解及转晶工艺,提高了产品的得率和纯度。具体研究内容如下:
  本文研究了N2O5/HNO3硝解2,6,8,12-四乙酰基-2,4,6,8,10,12-六氮杂四环-[5,5,0,03,11,05,9]十二烷(TAIW)的硝解工艺。最佳工艺:反应温度90℃,反应时间7h,m(TAIW)/m(N2O5)/V(HNO3)为3 g/4 g/15 mL,后处理水量20 mL,此时CL-20的得率为84.18%,纯度为98.29%。研究了两种无机盐催化剂NH4NO3、MgSO4及SO42-/TiO2-Al2O3、SO42-/TiO2-ZrO2、C4F9SO3H负载型固体酸、10%CF3SO3H/树脂、50%CF3SO3H/硅胶、80%CF3SO3H/硅胶等六种固体酸催化剂对N2O5/HNO3硝解TAIW反应的催化作用。其中10%CF3SO33-H/树脂催化效果最佳,反应得率提高5.01%,纯度保持不变,催化剂回收率99%。采用乙酸乙酯-石油醚法、乙酸乙酯-乙醇法、乙酸乙酯-氯仿法三种不同转晶法成功将CL-20转晶为ε-CL-20;通过加入ε-CL-20晶种诱导,实现了N2O5/HNO3硝解TAIW—锅法制备ε-CL-20,CL-20得率为82.72%,晶体纯度为98.24%。研究了N2O5/HNO3硝解TAIW的反应历程,提出该硝解反应的硝解机理为分段硝解:反应前期的硝解机理为直接硝解,反应后期的硝解机理为水解、亚硝化、硝化;即“直接硝解-水解、亚硝化、硝化”。

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