高热值多面体硼氢化合物十氢十硼酸双四乙基铵的合成、 热分解机理及动力学研究

doi:10.7503/cjcu20140473

高等学校化学学报 ›› 2015, Vol. 36 ›› Issue (2): 375.doi: 10.7503/cjcu20140473

高热值多面体硼氢化合物十氢十硼酸双四乙基铵的合成、热分解机理及动力学研究

薛云娜¹, 李娇毅¹, 郝志军¹, 万洪¹, 赵海霞², 李春迎¹, 杜咏梅¹, 陆居有¹, 余秦伟¹, 吕剑^1,^*()

1. 西安近代化学研究所, 西安 710065
2. 中北大学化工与环境学院, 太原 030051

收稿日期:2014-05-21 出版日期:2015-02-10 发布日期:2015-01-15
通讯作者: 吕剑 E-mail:lujian204@263.net
作者简介:联系人简介: 吕剑, 男, 博士, 研究员, 博士生导师, 主要从事催化合成技术研究. E-mail: lujian204@263.net
基金资助:
国防重大专项项目(批准号: 00402040202)资助

Synthesis, Thermal Decomposition Mechanism and Kinetic Equation of Polyhedral Boron Hydride Compound [(C₂H₅)₄N]₂B₁₀H₁₀ with High Enthalpy of Combustion^†

XUE Yunna¹, LI Jiaoyi¹, HAO Zhijun¹, WAN Hong¹, ZHAO Haixia², Li Chunying¹, DU Yongmei¹, Lu Juyou¹, Yu Qinwei¹, Lü Jian²()

1. Xi’an Modern Chemistry Research Institute, Xi’an 710065, China
2. School of Chemical and Environmental Engineering, North University of China, Taiyuan 030051, China)

Received:2014-05-21 Online:2015-02-10 Published:2015-01-15
Supported by:
Supported by the Special Program of National Defense Project of China(No. 00402040202).

摘要/Abstract

摘要：

以四氢硼酸四乙基铵为原料, 通过热解反应合成了十氢十硼酸双四乙基铵, 并采用红外光谱(IR), 核磁共振波谱(¹H NMR, ¹¹B NMR)及元素分析对其结构进行了表征. 采用差热-热重(DSC-TG)分析研究了其在氩气及氧气气氛下的热稳定性, 发现其在氩气中仅发生热分解反应, 放热量较小, 而在氧气中则先分解, 再发生氧化反应并放出大量的热. 采用Kissinger方法及Coat-redfern方程得到其热分解主反应的动力学方程, 并进一步通过热裂解原位池-傅里叶变换红外光谱(FTIR)联用技术和同步热分析-红外-质谱(DSC-TG-FTIR-MS)联用技术研究了其热分解机理, 推测在加热升温过程中, 化合物在303.2 ℃下快速分解, 气相产物主要为乙烷与少量氨气及氢气, 固相产物为单质硼.

关键词: 十氢十硼酸双四乙基铵, 热分解机理, 动力学方程, 热稳定性

Abstract:

As a promising burning rate modifier of propellents, the boron hydride salt [(C₂H₅)₄N]₂B₁₀H₁₀was synthesized by the pyrolysis of tetraethylammonium borohydride and characterized by IR, ¹H NMR, ¹¹B NMR and elementary analysis. The thermal stabilities in Ar or in O₂ were investigated by DSC and TG. The results showed that it decomposed with less heat release in Ar. But in O₂, it decomposed at first then was oxided with more heat release. The kinetic equation of thermal decomposition reaction was obtained by Kissinger method and Coat-Redfern program. Using combined solid reaction cell in-situ and FTIR, DSC-TG-FTRI-MS simultaneous techniques, thermal decomposition mechanism was supposed, the compound decomposes at 303.2 ℃, and produces C₂H₆, NH₃, H₂ and B.

Key words: (C2H5)4N]2B10H10, Thermal decomposition mechanism, Kinetic equation, Thermal stability

中图分类号:

TrendMD:

薛云娜, 李娇毅, 郝志军, 万洪, 赵海霞, 李春迎, 杜咏梅, 陆居有, 余秦伟, 吕剑. 高热值多面体硼氢化合物十氢十硼酸双四乙基铵的合成、热分解机理及动力学研究. 高等学校化学学报, 2015, 36(2): 375.

XUE Yunna, LI Jiaoyi, HAO Zhijun, WAN Hong, ZHAO Haixia, Li Chunying, DU Yongmei, Lu Juyou, Yu Qinwei, Lü Jian. Synthesis, Thermal Decomposition Mechanism and Kinetic Equation of Polyhedral Boron Hydride Compound [(C₂H₅)₄N]₂B₁₀H₁₀ with High Enthalpy of Combustion^†. Chem. J. Chinese Universities, 2015, 36(2): 375.

图/表 6

Fig.1 Chemical structure of [(C2H5)4N]2B10H10

Fig.2 DSC(a) and TG(b) curves of [(C2H5)4N]2B10H10 in Ar

Fig.3 DSC(a) and TG(b) curves of [(C2H5)4N]2B10H10 in O2

Fig.4 IR characteristic transmittance of condensed phase of [(C2H5)4N]2B10H10 thermal decomposition vs. temperature a. 1182 cm-1; b. 2992 cm-1; c. 1459 cm-1; d. 2452 cm-1.

Fig.5 MS ion flow intensity of gas products of [(C2H5)4N]2B10H10 thermal decomposition vs. temperature

Scheme 1 Thermal decomposition mechanism of [(C2H5)4N]2B10H10

参考文献 23

[1]	Tang S. Q., Ding H. X., J. Propulsion Technology, 1983, 4(2), 35—51
	(唐松青, 丁宏勋. 推进技术, 1983, 4(2), 35—51)
[2]	Juhasz A. A., J. Energetic Materials, 1988, 6(1), 81—106
[3]	Zheng Y. Y., Wang M. W., Chinese J. Explosives & Propellants, 1989, 12(3), 32—37
	(郑远洋, 王敏文. 火炸药学报, 1989, 12(3), 32—37)
[4]	Wang W. Q., Xue Y. N., Yang J. M., Li Y. N., Yu Q. W., Mei S. N., Lü J., Chinese J. Energetic Materials, 2012, 20(1),132—136 )(王为强, 薛云娜, 杨建明, 李亚妮, 余秦伟, 梅苏宁, 吕剑. 含能材料, 2012, 20(1), 132—136 )
[5]	Michael A. S., J. Propulsion and Power, 2012, 14(6), 981—990
[6]	Chen F. T., Tan H. M., Luo Y. J., Chinese J. Explosives & Propellants, 2000, 23(3), 2127
	(陈福泰, 谭惠民, 罗运军. 火炸药学报, 2000, 23(3), 2127)
[7]	Pang W. Q., Xue Y. N., Fan X. Z., Xu H. X., Shi X. B., Li Y., Li Y. H., Wang X. F., Chinese J. Energetic Materials, 2012, 20(3), 280—285
	(庞维强, 薛云娜, 樊学忠, 胥会祥, 石小兵, 李洋, 李勇宏, 王晓飞. 含能材料, 2012, 20(3), 280—285)
[8]	Igor B. S., Vladimir I. B., Stefan S., Collect. Czech. Chem. Commun., 2002, 67, 679—727
[9]	Igor B. S., Alexander V. P., Daoud N., Collect. Czech. Chem. Commun., 2010, 75, 1149—1199
[10]	Nie Y., Chen H. Y., Miao J. L., Chinese J. Org. Chem., 2009, 29(6),822—834)(聂永, 陈海艳, 苗金玲. 有机化学, 2009, 29(6), 822—834)
[11]	Mutterties E. I., Balthis J. H., Chia Y. T., Knoth W. H., Miller H. C., Inorganic Chemistry, 1964, 3(3), 444—451
[12]	Kuznetsov N. T., Klimchuk G. S., Kananaeva O. A., Solntsev K. A., Russian J. Inorganic Chemistry, 1976, 21(4), 505—508
[13]	Isaenko L. I., Myakishev K. G., Posnaya I. S., Volkov V. V., Izvestiya Sibirskogo Otdeleniya Akademii Nauk SSSR, Seriya Khimicheskikh Nauk, 1982, 2, 73—78
[14]	Goddard T. P., High Burning Rate Propellants with Coprecipitated Salts of Decahydrodecaboric Acid, US 4138282, 1979-02-06
[15]	Kaste P.J., Studies of the Effect of Hivelite and Other Boron Compounds on Nitramine Decomposition by Pyrolysis GC-FTIR, AD-A206802, 1988-11
[16]	Xue Y.N., The 5th Conference on Propellants of Chinese Chemical Society, 2011, 382—384
	(薛云娜. 中国化学会第五届推进剂学术会议论文集, 2011, 382—384)
[17]	Bobrott R.D., Lipscomb W. N., J. Chem. Phys., 1962, 37, 1779—1984
[18]	Xu S. Y., Zhao F. Q., Yi J. H., Gao H. X., Shao Z. Q., Hao H. X., Hu R. Z., Pei Q., Chem. Res. Chinese Universities, 2012, 28(3), 516—519
[19]	Zhao D., Huang J., Song J. R., Zhong Y. T., Wang L. Q., He J. Y., Chem. Res. Chinese Universities, 2012, 28(2), 230—233
[20]	Zhu Y. L., Jiao Q. J., Huang H., Ren H., Chem. J. Chinese Universities, 2013, 34(3), 662—667
	(朱艳丽, 焦清介, 黄浩, 任慧. 高等学校化学学报, 2013, 34(3), 662—667)
[21]	Kissinger H. E., Anal. Chem., 1957, 29(11), 1702—1706
[22]	Coats A. W., Redfern J. P., Nature, 1964, 201(4914), 68—69
[23]	Liu Z.R., Thermal Analyses for Energetic Materials, National Defense Industry Press, Beijing, 2008, 60—180
	(刘子如. 含能材料热分析, 北京: 国防工业出版社, 2008, 60—180)
	(Ed.: P, H, Y, K)

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[1]	常斯惠, 陈涛, 赵黎明, 邱勇隽. 离子液体增塑生物基聚丁内酰胺的热分解机理[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(11): 20220353.
[2]	张俊, 王彬, 潘莉, 马哲, 李悦生. 含咪唑离子聚乙烯离聚体的合成与性能[J]. 高等学校化学学报, 2020, 41(9): 2070.
[3]	冉诗雅, 沈海峰, 李晓楠, 王子路, 郭正虹, 方征平. 三氟甲烷磺酸稀土盐对聚丙烯热稳定性的影响及机理[J]. 高等学校化学学报, 2019, 40(6): 1333.
[4]	房夕杰, 刘瑞云, 林森, 石磊, 王润伟, 李乙, 李俊英. 蒸汽辅助合成STW结构硅锗酸盐分子筛[J]. 高等学校化学学报, 2019, 40(5): 867.
[5]	刘韬, 李文静, 张恩爽, 钟锦洋, 张凡, 刘圆圆, 赵英民. 柔性交联型聚酰亚胺气凝胶的制备及性能[J]. 高等学校化学学报, 2019, 40(2): 403.
[6]	尹萌欣,刘东升,赵东越,丁彤,田野,李新刚. Cu掺杂对Pt/Ba/Cu_xMg_1-_xAl₂O₄催化剂高温稀燃 NO_x消除性能的影响[J]. 高等学校化学学报, 2019, 40(10): 2170.
[7]	刘仪, 许晓洲, 莫松, 翟磊, 何民辉, 范琳. 含硅氧烷结构聚酰亚胺树脂的耐热稳定性及高温结构演变[J]. 高等学校化学学报, 2019, 40(1): 187.
[8]	孟嘉锋, 倪旭峰, 郑豪, 沈之荃. 苯氧基亚胺钛催化降冰片烯与1-辛烯共聚合[J]. 高等学校化学学报, 2018, 39(8): 1853.
[9]	杜闪闪, 李阳, 郭磊, 李朋羽, 柴智龙, 王涛, 全东琴, 何军林. 凝血酶适配体的功能基修饰及生物活性[J]. 高等学校化学学报, 2018, 39(11): 2445.
[10]	李阳, 李志文, 朱俊飞, 刘世会, 何军林. 芘基对在dsDNA中的构建:基于8-氮-7-去氮-2'-脱氧腺苷的7位取代及连接臂对荧光性质的影响[J]. 高等学校化学学报, 2018, 39(10): 2206.
[11]	李彩新, 梁小容, 古菊. 蔗渣纳米纤维素的制备与表征[J]. 高等学校化学学报, 2017, 38(7): 1286.
[12]	李为, 邬素华, 任欣欣. 辅助热稳定剂对钡锌复合体系性能的影响[J]. 高等学校化学学报, 2017, 38(11): 2089.
[13]	刘瑶瑶, 丁彤, 赵东越, 高中楠, 郭丽红, 田野, 李新刚. 钾负载量对CuO/K₂CO₃/MgAl₂O₄催化剂高温NO_x储存还原性能的影响[J]. 高等学校化学学报, 2017, 38(11): 2006.
[14]	刘尧华, 林宇, 张栋葛, 陈春蕾, 吴国章, 张衍, 栾伟玲. 天然橡胶/石墨烯纳米复合材料的制备及耐核辐射性能[J]. 高等学校化学学报, 2016, 37(7): 1402.
[15]	刘经纬, 郭朝霞, 于建. 丙烯腈-苯乙烯共聚物对聚甲醛的热稳定化作用[J]. 高等学校化学学报, 2015, 36(9): 1853.

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