專利名稱：氮基高能材料的分解的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氮基高能材料的分解，更具體地涉及可以用來(lái)分解這類高能材料的水溶性溶液。
背景技術(shù)：
致命危險(xiǎn)材料，例如炸彈、手榴彈、炸藥、地雷、塑膠炸彈、火藥以及其它的軍火(munitions)或危險(xiǎn)物品，已經(jīng)在全球用于戰(zhàn)役、戰(zhàn)爭(zhēng)，并且已經(jīng)對(duì)國(guó)家、財(cái)產(chǎn)和人民造成傷害。這些材料包含高能化合物，尤其是在爆炸時(shí)能釋放大量能量的氮基高能化合物。確切地，數(shù)百萬(wàn)噸的這些氮基高能材料被儲(chǔ)存或“使用”。分解大量的這些材料具有重要的意義。例如，在鄉(xiāng)間的舊的未爆炸的軍火對(duì)可能碰到它們的普通人構(gòu)成危害，隨著人口的擴(kuò)散這種事件變得日益平常。人們?cè)谂ο承└吣懿牧?，例如地雷。另外，為了政治、社?huì)或經(jīng)濟(jì)原因有時(shí)也需要處理一些高能材料。
迄今為止的高能材料處理方法表現(xiàn)出明顯的缺點(diǎn)。例如，曾有人提議用焚化來(lái)處理軍火。但是，焚化有爆炸的危險(xiǎn)，并且僅限于小規(guī)模地處理很小的軍火，如子彈。已經(jīng)研究了更復(fù)雜的密封和焚化技術(shù)，例如用于處理TNT(2，4，6-三硝基甲苯)的等離子弧焚化。等離子弧焚化需要先將TNT溶解到溶劑中。然而，雖然TNT微溶于有機(jī)溶劑，如甲苯，但是不溶于水。結(jié)果，大量TNT的處理需要幾億加侖的甲苯，隨之而來(lái)的是使用這些材料帶來(lái)的危害。
最近的一個(gè)方案是堿水解法(base hydrolysis)，其中在高溫下將高能材料暴露于水和高濃度的氫氧化鈉。堿水解法提供了一種分解水溶液中的高能材料的新方法，但它具有一些缺點(diǎn)。例如，在氫氧化鈉濃度較低時(shí)或在較低溫度(如室溫)下，堿水解法不是十分有效。此外，胺似乎是堿水解產(chǎn)生的副產(chǎn)物。
其它的用于處理氮基高能材料的方案包括溶劑化電子處理、堿水解法、如美國(guó)專利6051420號(hào)公開(kāi)的堆肥腐爛法、AEA技術(shù)公司(AEATechnology Products and Systems，蘇格蘭)的Silver II方法、利用有機(jī)體和植物(如細(xì)菌和真菌)的降解方法、分解氮基高能材料的酶促方法。但是，所有的這些方案都具有嚴(yán)重的缺點(diǎn)。例如，溶劑化電子處理將大量的液氨和活性金屬(如鈉、鈣和鉀)與高能材料在高溫高壓的密封容器中混合。必須用火車(chē)或油罐卡車(chē)將液氨和金屬大批地運(yùn)送到處理地。在運(yùn)送過(guò)程中可能對(duì)公眾造成危險(xiǎn)，如火車(chē)出軌或類似的情況。此外，這些反應(yīng)物材料自身是危險(xiǎn)的，必須極其小心地處理。而且密封容器的加溫加壓進(jìn)一步增加危險(xiǎn)性。
有機(jī)體、植物和酶的降解和分解作用是非常緩慢的，因此不適于處理大量的高能材料。大部分方案的另一個(gè)普遍缺點(diǎn)是不適于處理多種氮基高能化合物或包含氮基高能化合物的各種基質(zhì)。
發(fā)明概述本發(fā)明提供用于分解氮基高能材料的溶液和方法，其克服了與現(xiàn)有處理技術(shù)有關(guān)的上述缺點(diǎn)。為了達(dá)到這個(gè)目的，依照本發(fā)明的原理，通過(guò)混合水、水溶性碳水化合物和任選使用的堿而提供了一種pH值大于7并適于分解氮基高能材料的水溶液。將一定量的氮基高能材料暴露在用于分解它的水溶液中。例如，可以通過(guò)將一個(gè)倒到另一個(gè)上或中，或者通過(guò)將水溶液噴到高能材料上，簡(jiǎn)單地將高能材料和水溶液混合。作為選擇，所述水溶液可以在存在高能材料的情況下形成。
本發(fā)明可以在相對(duì)短的時(shí)間內(nèi)、在不易燃不焚化的環(huán)境里分解相當(dāng)大量的氮基高能材料，并且不需要使用高溫、高壓、極其危險(xiǎn)的化學(xué)藥品或與氮基高能材料一樣危險(xiǎn)的化學(xué)藥品。盡管可以通過(guò)加熱來(lái)提高速率和/或使分解完全，但是分解可以在室溫下進(jìn)行。同樣地，如果在水溶液中使用高濃度的水溶性碳水化合物和/或堿一般可以提高分解的速率。
優(yōu)選地，所述水溶性碳水化合物是糖類，例如右旋糖、葡萄糖、蔗糖、阿拉伯醣、乳糖、甘露糖、麥芽糖、果糖、半乳糖、直鏈淀粉、阿洛糖、阿卓糖(altose)、塔羅糖、古洛糖、艾杜糖、核糖、赤蘚糖、蘇糖、來(lái)蘇糖、木糖、鼠李糖、轉(zhuǎn)化糖、玉米糖、肌糖、甘油和糖原中的一種或它們的組合。進(jìn)一步優(yōu)選，所述水溶性碳水化合物在水溶液中的重量/體積濃度為大約0.1％-40％。如果水溶液中的碳水化合物沒(méi)有提供堿性pH，則可以使用堿。合適的堿包括堿(alkaline base)，如氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋰、氫氧化鈣和氧化鈣中的一種或它們的組合。進(jìn)一步優(yōu)選，所述堿在水溶液中的重量/體積濃度為大約0.1％-40％。據(jù)認(rèn)為水溶性碳水化合物的使用克服了與堿水解法有關(guān)的缺點(diǎn)。
依照本發(fā)明的另外一方面，氨氣作為主要的副產(chǎn)物產(chǎn)生。氨氣可以用已知的技術(shù)進(jìn)行收集、再利用，因此避免了與產(chǎn)生氧化氮和胺副產(chǎn)物的現(xiàn)有處理技術(shù)相關(guān)的問(wèn)題和危害。
根據(jù)前述內(nèi)容，本發(fā)明提供了用于分解氮基高能材料的溶液和方法，克服了與現(xiàn)有處理技術(shù)有關(guān)的一些缺點(diǎn)。通過(guò)附圖和


本發(fā)明的這些和其它目的和優(yōu)點(diǎn)將變得明顯。

附圖(作為說(shuō)明書(shū)的一部分)描述了本發(fā)明的實(shí)施方案，并與前面給出的本發(fā)明的簡(jiǎn)要說(shuō)明和下面給出的詳細(xì)的說(shuō)明一起來(lái)解釋本發(fā)明的原理。
圖1是一個(gè)用于分解高能材料的簡(jiǎn)單系統(tǒng)的立體圖，用來(lái)解釋本發(fā)明的原理；
圖2是圖1系統(tǒng)的剖面圖，其包括一個(gè)任選使用的熱源；圖3是另一個(gè)依照本發(fā)明的原理用于分解高能材料的處理系統(tǒng)的示意圖；圖4是另一個(gè)依照本發(fā)明的原理用于分解高能材料的處理系統(tǒng)的示意圖。
發(fā)明詳述本發(fā)明所提供的溶液和方法能夠以比現(xiàn)有技術(shù)更及時(shí)有效地分解氮基高能材料。在這里使用的術(shù)語(yǔ)“氮基高能材料”是指含有爆炸性氮基化合物的材料。危險(xiǎn)的致命爆炸性材料(例如炸彈、手榴彈、炸藥、塑膠炸彈、地雷、炸藥、軍火(munitions)、推進(jìn)劑、兵器(ordinance)或廢料(scrap)上的殘余物)以及制備它們的產(chǎn)品和副產(chǎn)品，一般部含有氮基化合物，所述氮基化合物是造成材料的爆炸和高能量性質(zhì)的典型原因。另外，被全部和/或部分爆炸或完全未爆炸的炸彈、地雷、炸藥或類似的爆炸性材料污染的材料，如土地、污泥、水等，也可以用本發(fā)明的溶液和方法來(lái)分解。所述溶液分解爆炸性氮基化合物，因而降低或完全消除與高能材料有關(guān)的危害?？梢圆捎帽景l(fā)明方法分解的氮基化合物的例子包括但不限于單硝基甲苯、二硝基甲苯、三硝基甲苯、單硝基苯、二硝基苯、三硝基苯、二硝基酚、三硝基酚、硝化甘油、硝化纖維素、硝基芳香族化合物、硝基脂肪族化合物、硝基環(huán)狀脂肪族化合物、硝基胍、硝基甲烷、特屈兒(N-甲基-N-2，4，6-四硝基苯胺)、三次甲基三硝基胺(cyclonite)、季戊四醇四硝酸酯、環(huán)四亞甲基四硝胺(octogen)以及它們的組合。應(yīng)當(dāng)理解的是，所用上位概念(general term)代表化合物的分類。例如，在這里使用的術(shù)語(yǔ)“硝基芳香族化合物”指所有在苯環(huán)上具有硝基的化合物。然而，所用具體概念如三次甲基三硝基胺指特定的化合物。
參照?qǐng)D1并依照本發(fā)明的原理，顯示了一個(gè)用于分解一定量的氮基高能材料12的簡(jiǎn)單系統(tǒng)10。為此，通過(guò)將水16與一定量的水溶性碳水化合物18混合或結(jié)合來(lái)制備pH值大于7.0的水溶液14。根據(jù)需要，可以任選加入一定量的堿20。例如通過(guò)將高能材料12和水溶液14一起放進(jìn)容器30中，從而將一定量的高能材料12暴露在水溶液14中來(lái)用于分解。優(yōu)選容器30是用方便的、惰性的或不與水溶液14、水溶性碳水化合物18和/或堿20反應(yīng)的材料(如玻璃、陶瓷、金屬或塑料等)制成的。
在這里使用的術(shù)語(yǔ)“水溶性碳水化合物”指部分或全部溶于水的碳水化合物。在此為了便于描述，將水溶性碳水化合物顯示為一種不連續(xù)的成分，但應(yīng)該理解的是所述水溶性碳水化合物是溶解在水16中的。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)當(dāng)水溶性碳水化合物18包含在pH值大于7.0的水溶液中時(shí)，其對(duì)分解氮基高能材料12是有活性的。基于這點(diǎn)，人們認(rèn)為水溶性碳水化合物18的羥基與高能材料12中的化合物的含氮官能團(tuán)反應(yīng)。例如，為了分解具有含氮官能團(tuán)化合物的高能材料12，一般認(rèn)為碳水化合物18的羥基將在堿性溶液14中，攻擊或取代化合物的脂肪氮基或芳香氮基，同時(shí)將它們以亞硝酸鹽、硝酸鹽或其他分解的形式釋放到溶液14或空氣中。
可以使用一種或多種碳水化合物18來(lái)形成分解溶液14。適用的碳水化合物18包括糖類，如單糖、二糖和多糖。例如，碳水化合物18可以是但不限于右旋糖、葡萄糖、蔗糖、阿拉伯醣、乳糖、甘露糖、麥芽糖、果糖、半乳糖、直鏈淀粉、阿洛糖、阿卓糖、塔羅糖、古洛糖、艾杜糖、核糖、赤蘚糖、蘇糖、來(lái)蘇糖、木糖、鼠李糖、轉(zhuǎn)化糖、玉米糖、肌糖、甘油、糖原中的一種或它們的組合。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，水溶性碳水化合物18是蔗糖。合適的是使用便宜的、易商購(gòu)獲得的且是環(huán)境安全的碳水化合物18。
分解溶液14實(shí)際是堿性的，即其pH值大于7.0。有可能碳水化合物本身就足以為溶液14提供堿性pH值。如果碳水化合物不能提供堿性pH值，則根據(jù)需要，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以依照本發(fā)明的原理放入一種堿20來(lái)調(diào)節(jié)溶液14的pH值。在圖1中為了便于描述將堿20表示為一種不連續(xù)的成分，但應(yīng)該理解的是，所述堿20是溶解在水16中的。例如，可以將一種或多種適用的堿20(如堿)加入到分解溶液14中以維持堿性pH值。適用的堿的例子包括但不限于氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋰、氫氧化鈣、氧化鈣以及它們的組合。合適的是使用易于商購(gòu)得到且較便宜的堿。
高能材料12的分解速率一般受溶液12中的碳水化合物18的濃度的影響，如果添加了堿20，則還受堿20的濃度的影響。每體積溶液14中的碳水化合物18的重量濃度至少為0.1％，優(yōu)選較高的濃度，例如達(dá)到40％。溶液14中的碳水化合物18濃度升高使高能材料12的分解加快。
一般來(lái)說(shuō)，溶液14的堿度影響高能材料12的分解速度。例如，在pH值高于7.0時(shí)，分解速度一般隨著堿度升高而增加，當(dāng)溶液14的堿度接近7.0時(shí)分解速度降低。雖然溶液的pH值可以高達(dá)13.5-14，但是優(yōu)選其pH值為7.1-13。一般認(rèn)為堿20除了影響溶液14的堿度以外，還可能參與分解高能材料12。因此，溶液14中的堿20的濃度通常會(huì)影響分解速率。與碳水化合物的情況相同，較高的堿20的濃度通常能夠更快地分解高能材料12。堿20在水溶液14中的重量/體積濃度至少為0.1％，可以為1％-40％。更高的堿20的濃度導(dǎo)致溶液14堿性太強(qiáng)，并使得分解條件過(guò)于危險(xiǎn)。
雖然本發(fā)明方法可以在高溫和高堿20濃度下實(shí)施，但是據(jù)認(rèn)為碳水化合物18的存在能夠改善堿水解法并減少對(duì)高溫、高濃度的依賴。更具體地，據(jù)認(rèn)為堿20能夠激活碳水化合物18，使其成為比單獨(dú)的堿20更強(qiáng)的分解成分。因此，與其中碳水化合物14的用量小于堿20的用量的溶液14相比，其中碳水化合物14的用量等于或大于堿20的用量的溶液14通常能夠同樣徹底地分解高能材料12，但是后一溶液14的性質(zhì)更溫和并且所用的處理?xiàng)l件更溫和，如較低的pH值以及較低的溫度。這樣通過(guò)使用碳水化合物18，這種在世界上大多數(shù)國(guó)家都很便宜的商品，在存在堿20的條件下，可以使分解在更短的時(shí)間內(nèi)、更低的溫度和pH值下發(fā)生，從而與堿水解法相比具有明顯的優(yōu)勢(shì)。
其它的影響高能材料12分解的因素包括，例如，高能材料12中的含氮化合物的種類以及溶液14中所使用的具體的碳水化合物18和堿20。例如，由于高能材料12、碳水化合物18和/或堿20在溶液14中的溶解度不同，而且溶液14中使用的碳水化合物18和/或堿20參與分解的程度不同，不同的碳水化合物18和堿20對(duì)不同的氮基高能材料12的分解的影響是不同的。除了上述因素，通過(guò)加熱分解高能材料12的溶液14能夠進(jìn)一步促進(jìn)高能材料12的分解(圖2)。
可以采用各種方法來(lái)形成水溶液14。例如，可以通過(guò)將水溶性碳水化合物18添加到水16中或者相反，來(lái)形成溶液14，優(yōu)選在容器30中形成水溶液14?？梢栽谛纬扇芤?4的任何時(shí)候加入堿20。水16、水溶性碳水化合物18以及堿20的量可以根據(jù)需要進(jìn)行變化。優(yōu)選地，用于分解氮基高能材料12的溶液14中水溶性碳水化合物18的重量/體積濃度為0.1-40.0％，堿20的重量/體積濃度為0.1-40.0％，所述水溶性碳水化合物18選自蔗糖、葡萄糖、果糖、右旋糖、乳糖、甘露糖、轉(zhuǎn)化糖、玉米糖以及它們的組合。溶液14的上述實(shí)施方案僅僅是一個(gè)例子，本發(fā)明并不限于此。
參照?qǐng)D2，通過(guò)將高能材料12暴露于水溶液40中而分解氮基高能材料12。高能材料12的暴露可以通過(guò)多種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，可以將一定量的高能材料12加入到提前放入容器30的水溶液14中。也可以將高能材料12加入到容器30中，隨后加入溶液14，或者可以將高能材料12和溶液14同時(shí)加入到容器30中，以開(kāi)始分解高能材料12。另外，還可以將溶液14噴灑到高能材料12上(圖4)。更進(jìn)一步地，可以先將高能材料12放到清水16中，然后往清水16中加入水溶性碳水化合物18和任選使用的堿20來(lái)形成pH值大于7.0的水溶液14。這樣以來(lái)，在形成水溶液的同時(shí)高能材料12在其中暴露。簡(jiǎn)而言之，雖然暴露的方法和次序不是嚴(yán)格的，但是對(duì)于高能材料12的分解來(lái)說(shuō)，高能材料12和水溶液14之間的相互接觸是必須的。
據(jù)認(rèn)為分解反應(yīng)在高能材料12的表面發(fā)生，形成水溶性產(chǎn)物和副產(chǎn)物。因此，高能材料12在溶液14中的溶解對(duì)于分解的發(fā)生來(lái)說(shuō)并非是必須的。參照?qǐng)D2，氮基高能材料12可以是不溶的并在水溶液14中保持懸浮狀態(tài)。分解一般從高能材料12暴露于溶液14開(kāi)始，典型的是從接觸開(kāi)始。然而，徹底分解可能需要加熱。因此，溶液14可以用熱源22加熱。根據(jù)具體的容器30，熱源22可以是任何傳統(tǒng)的加熱設(shè)備?；谌缟纤龅母鞣N影響分解速率的因素，某些高能材料12可以在室溫下分解，但是其它高能材料12只能在高于室溫的溫度下分解。在一個(gè)實(shí)施方案中，將含有高能材料12的溶液14加熱至40℃-100℃。超過(guò)100℃時(shí)，溶液14中的水一般會(huì)蒸發(fā)成蒸汽，因此使溶液14的組分的濃度升高，有可能使分解過(guò)程變得較為危險(xiǎn)。
從分解過(guò)程中溶液14的顏色變化可以明顯地看到高能材料12的分解。例如，PENT的分解反應(yīng)的產(chǎn)物使溶液14呈淺黃色。同樣，隨著分解過(guò)程的完成，RDX和HMX的分解產(chǎn)物使溶液14從黃色變?yōu)榧t色。但是，TNT一旦完全分解一般會(huì)使溶液14的顏色加深或呈黑色。有利的是，高能材料12分解所產(chǎn)生的產(chǎn)物和副產(chǎn)物一般是水溶性的、非爆炸性的并且可以安全地處理。
參照?qǐng)D3，一定量的氮基高能材料12可以在諸如圓底燒瓶之類的容器中或在處理系統(tǒng)40中分解。將高能材料12暴露于燒瓶42中的含有水溶性碳水化合物18且pH值大于7.0的水溶液14中。燒瓶42優(yōu)選具有一個(gè)或多個(gè)進(jìn)口，如進(jìn)口44-47。進(jìn)口44和45可以用來(lái)往溶液14中添加額外的水溶性碳水化合物18和/或堿20，以便根據(jù)需要維持所需的濃度和pH值。當(dāng)不用時(shí)，進(jìn)口44和45與燒瓶42的其它進(jìn)口一樣通常用塞子58封閉。進(jìn)口46和47可以用于插入監(jiān)控分解反應(yīng)的裝置。例如，進(jìn)口46或47都能用來(lái)為燒瓶42配備溫度傳感器，如圖所示用于監(jiān)控溶液14的溫度的溫度計(jì)48。同樣，可以為燒瓶42配備pH監(jiān)測(cè)器50來(lái)監(jiān)控溶液14的pH值，以使分解過(guò)程維持在理想的pH值或pH值范圍。進(jìn)而，可以為燒瓶42配備回流冷凝器52，氣體54(如氨氣)泡騰或釋放可以通過(guò)回流冷凝器54從燒瓶42中去處，并通過(guò)一個(gè)合適的氣體處理系統(tǒng)或氣體收集裝置進(jìn)行回收(未示出)。如圖所示，可以安裝一個(gè)攪拌器56，如機(jī)械攪拌器來(lái)適當(dāng)?shù)財(cái)嚢韪吣懿牧?2的水懸浮液。機(jī)械攪拌器可以是氣體驅(qū)動(dòng)的或機(jī)械驅(qū)動(dòng)的，以防止故障。此外，可以使用熱源22(如加熱罩或油浴)來(lái)加熱燒瓶42中的溶液14。處理系統(tǒng)40在分解泥土中、衣服上發(fā)現(xiàn)的松散的高能材料以及爆炸產(chǎn)生的其它物質(zhì)或者其它壓縮的高能材料12時(shí)特別有用。
在上述的用溶液14分解氮基高能材料12的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)氣體54(尤其是氨氣)作為分解反應(yīng)的產(chǎn)物而產(chǎn)生。參照?qǐng)D3，使用回流冷凝器54通過(guò)傳統(tǒng)的技術(shù)方便地回收氣體54，有利于進(jìn)一步利用氣體54。因此，相對(duì)于釋放氧化氮和胺副產(chǎn)物的現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的分解溶液和方法提供了一種方便和有用的可供選擇的辦法。
圖4顯示了另一個(gè)用水溶液14來(lái)接觸并分解一定量的高能材料12的有代表性的處理系統(tǒng)60。系統(tǒng)60尤其適于重復(fù)利用溶液14。如圖所示，一般將高能材料12放在容器或金屬箱64中的紗網(wǎng)62上。箱體64具有上下兩個(gè)部分。在高能材料12的分解過(guò)程中，箱體64一般保持封閉?？梢酝ㄟ^(guò)噴嘴66用噴灑法將含有水溶性碳水化合物18(已溶解)并且pH值大于7.0的水溶液14加到箱體64和紗網(wǎng)62上的高能材料12中?？梢苑謩e通過(guò)入口70和72將碳水化合物18和任選使用的堿20加到管道68中的水16中，從而在噴灑管道68中預(yù)混合或混合溶液14。由于分解過(guò)程中的物質(zhì)消耗，碳水化合物18和/或堿20的濃度和/或溶液14的pH值會(huì)降低，因此入口70和72還可以用來(lái)添加額外的水溶性碳水化合物18和/或堿20。為了便于描述，圖中將溶液14畫(huà)在了紗網(wǎng)62的下面。但是，可以提供大量的溶液14使其實(shí)際上懸浮高能材料12或完全圍繞在高能材料12的周?chē)?，以分解高能材?2。
為了提高效率，溶液14可以重復(fù)利用。更具體地，箱體64具有一個(gè)出水管67，溶液14通過(guò)該出水管67流到泵76，使溶液14重新回到噴灑管道68中，接著噴灑到高能材料12上。箱體64的下部可以任選地連接一個(gè)換熱器74，以便在噴灑到高能材料12上之前充分地加熱再利用的溶液14。另外，也可以為箱體64提供熱源(未示出)來(lái)加熱含有高能材料12的溶液14。與圖3所描述的處理系統(tǒng)一樣，系統(tǒng)60可以包括溫度傳感器78和pH監(jiān)測(cè)器80來(lái)分別檢測(cè)溶液14的溫度和pH值，以維持理想的溶液14的溫度和pH值?？梢栽谙潴w64的上部安裝回流冷凝器82來(lái)排除來(lái)自分解反應(yīng)的蒸汽和氣體84。處理系統(tǒng)60特別適于處理大量壓縮或加壓的高能材料，如炮彈殼、地雷、集束炸藥(dynamite stick)、炸彈、手榴彈、塑膠炸彈等等。
結(jié)合下列實(shí)施例來(lái)進(jìn)一步理解依照本發(fā)明的原理用于分解氮基高能材料的溶液和方法的好處和優(yōu)勢(shì)。
實(shí)施例12，4-二硝基甲苯(DNT)的分解往150cc的玻璃燒杯中加入50cc的含有濃度均為2％(重量/體積)的氫氧化鈉和蔗糖的水溶液。所述燒杯還配有一個(gè)磁力攪拌器，并將燒杯放在磁力攪拌加熱板上。將商購(gòu)的DNT(100毫克)加到40℃的氫氧化鈉蔗糖水溶液中。幾分鐘內(nèi)清澈的溶液變成淺黃色。繼續(xù)加熱溶液至90-95℃，溶液變成深棕色或黑色。將溶液在90-95℃下維持30分鐘，并冷卻。在冷卻時(shí)，用如下方式來(lái)處理溶液用硫酸把溶液的pH值大約調(diào)至2，并用甲苯洗滌溶液一次以上，以提取出殘留的有機(jī)物質(zhì)，如產(chǎn)物、副產(chǎn)物和未分解的DNT。混合甲苯提取物并在真空下將其濃縮干燥。殘余物的GC-MS分析未顯示出分析痕量的DNT。
實(shí)施例22，4，6-三硝基甲苯(TNT)的分解為250毫升的三頸圓底玻璃燒瓶配備回流冷凝器、溫度傳感器和梨形的用特氟綸包覆的磁力攪拌棒，將該燒瓶放進(jìn)磁力攪拌板上的加熱罩中。往燒瓶中加入100毫升水、2克氫氧化鈉和2克蔗糖。加熱該水溶液，直到氫氧化鈉和蔗糖溶解。然后，在23℃或室溫下冷卻該溶液。在23℃下將1克TNT加入到該溶液中，并輕輕攪拌。在添加TNT時(shí)，清澈的溶液變成桔黃色。二十分鐘內(nèi)將溶液加熱至98℃。在20分鐘的加熱過(guò)程中，溶液變成棕黑色，并且在溶液表面沒(méi)有發(fā)現(xiàn)可見(jiàn)痕量的未反應(yīng)或未分解的TNT。溶液在98℃下維持10分鐘，接著進(jìn)行如實(shí)施例1的處理步驟。在用GC-MS分析提取物時(shí)，未檢測(cè)到殘留的TNT。
實(shí)施例3三次甲基三硝基胺(RDX)的分解向與實(shí)施例2一樣配置的250毫升圓底玻璃燒瓶中加入100毫升水、2克蔗糖和2克氫氧化鈉。通過(guò)將該水溶液加熱至32℃至34℃，將氫氧化鈉和蔗糖溶解在水中。在溶液冷卻至室溫時(shí)，加入2克RDX晶體，并在攪拌的情況下將燒瓶加熱至98℃。隨著在40℃時(shí)開(kāi)始分解，可以看到氨的產(chǎn)生。溶液在達(dá)到98℃后五分鐘內(nèi)變成光亮的琥珀色。將溶液冷卻至室溫，并使用與實(shí)施例1相同的程序處理溶液。在用GC-MS分析提取物時(shí)，未檢測(cè)到殘留的RDX。
因此，本發(fā)明所提供的分解氮基高能材料的溶液和方法克服了與現(xiàn)有工藝中公開(kāi)的技術(shù)相關(guān)的缺點(diǎn)。這樣，本發(fā)明的溶液和方法可以在存在碳水化合物和任選使用的堿的情況下，在水中分解危險(xiǎn)的氮基高能材料。大多數(shù)情況下，分解所得的產(chǎn)物和副產(chǎn)物是水溶性的并且是非爆炸性的，因此消除了處理來(lái)自現(xiàn)有技術(shù)方法的分解廢棄物的危險(xiǎn)和不安。另外，所用水溶性碳水化合物和堿價(jià)格低廉并易于商購(gòu)獲得，這使得所述水溶液可以低成本地制備、方便地使用并在比現(xiàn)有技術(shù)更短的時(shí)間內(nèi)高效地分解大量的氮基高能材料。此外，所述方法的優(yōu)點(diǎn)還包括釋放并收集作為氮基高能材料分解產(chǎn)物的有用的氨氣。因此考慮到可能會(huì)進(jìn)入到暴露有高能材料的地方的人類、植物、動(dòng)物，從安全、健康和環(huán)境的角度出發(fā)，本發(fā)明的溶液和方法具有優(yōu)點(diǎn)。
雖然已經(jīng)用實(shí)施方案來(lái)描述本發(fā)明并且相當(dāng)詳細(xì)地描述了實(shí)施方案，但是所附的權(quán)利要求的范圍并不限于此。其它的修改和修改對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是明顯的。例如，雖然此處描述的容器和處理系統(tǒng)很小并用于處理少量的高能材料，但是本發(fā)明并不限于此，可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)并使用較大的處理系統(tǒng)和裝置來(lái)分解大量的不同的高能材料。因此，本發(fā)明不受所述的具體描述、代表性的裝置和方法以及實(shí)施例的限制。因此，在不偏離申請(qǐng)人的發(fā)明構(gòu)思的范圍或主旨的情況下，可以對(duì)這些細(xì)節(jié)作出改變。
權(quán)利要求
1.一種分解氮基高能材料的方法，該方法包括將一定量氮基高能材料(12)暴露于pH值大于7.0的水溶液(14)，其特征在于所述水溶液(14)含有水溶性碳水化合物(18)。
2.一種生成氨氣的方法，該方法包括將一定量氮基高能材料(12)暴露于pH值大于7.0的水溶液(14)，并將氮基高能材料(12)暴露于水溶液(14)中足夠長(zhǎng)的時(shí)間以產(chǎn)生作為其副產(chǎn)物的氨氣(54)，其特征在于所述水溶液(14)含有水溶性碳水化合物(18)。
3.如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，該方法還包括將水(16)和水溶性碳水化合物(18)混合來(lái)形成水溶液(14)。
4.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述水溶液(14)還含有堿(20)。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，該方法還包括將水(16)、堿(20)和水溶性碳水化合物(18)混合來(lái)形成水溶液(14)。
6.如權(quán)利要求4或5所述的方法，其中所述堿(20)選自氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋰、氫氧化鈣、氧化鈣以及它們的組合。
7.如權(quán)利要求4-6中任意一項(xiàng)所述的方法，其中所述堿(20)在水溶液(14)中的重量/體積濃度為0.1％-40％。
8.如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中所述水溶性碳水化合物(18)選自右旋糖、葡萄糖、蔗糖、阿拉伯醣、乳糖、甘露糖、麥芽糖、果糖、半乳糖、直鏈淀粉、阿洛糖、阿卓糖、塔羅糖、古洛糖、艾杜糖、核糖、赤蘚糖、蘇糖、來(lái)蘇糖、木糖、鼠李糖、轉(zhuǎn)化糖、玉米糖、肌糖、甘油、糖原以及它們的組合。
9.如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中所述水溶性碳水化合物(18)為蔗糖。
10.如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中所述水溶性碳水化合物(18)為糖類。
11.如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中所述水溶性碳水化合物(18)在水溶液(14)中的重量/體積濃度為0.1％-40％。
12.如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中所述水溶液(14)的pH值為7.0-13。
13.如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，該方法還包括加熱所述水溶液(14)。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，該方法還包括將所述水溶液(14)加熱至40℃-100℃。
15.如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中所述氮基高能材料(12)選自單硝基甲苯、二硝基甲苯、三硝基甲苯、單硝基苯、二硝基苯、三硝基苯、二硝基酚、三硝基酚、硝化甘油、硝化纖維素、硝基芳香族化合物、硝基脂肪族化合物、硝基環(huán)狀脂肪族化合物、硝基胍、硝基甲烷、特屈兒(N-甲基-N-2，4，6-四硝基苯胺)、三次甲基三硝基胺、季戊四醇四硝酸酯、環(huán)四亞甲基四硝胺以及它們的組合。
16.一種分解氮基高能材料的溶液，該溶液是pH值大于7.0的水溶液(14)，其特征在于在所述水溶液(14)中含有水溶性碳水化合物(18)。
17.如權(quán)利要求16所述的溶液，其中在所述水溶液(14)中還含有堿(20)。
18.如權(quán)利要求17所述的溶液，其中所述堿(20)選自氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋰、氫氧化鈣、氧化鈣以及它們的組合。
19.如權(quán)利要求17或18所述的溶液，其中所述堿(20)在水溶液(14)中的重量/體積濃度至少為0.1％。
20.如權(quán)利要求17-19中任意一項(xiàng)所述的溶液，其中所述堿(20)在水溶液(14)中的重量/體積濃度為0.1％-40％。
21.如權(quán)利要求16-20中任意一項(xiàng)所述的溶液，其中所述水溶性碳水化合物(18)為糖類。
22.如權(quán)利要求16-20中任意一項(xiàng)所述的溶液，其中所述水溶性碳水化合物(18)選自右旋糖、葡萄糖、蔗糖、阿拉伯醣、乳糖、甘露糖、麥芽糖、果糖、半乳糖、直鏈淀粉、阿洛糖、阿卓糖、塔羅糖、古洛糖、艾杜糖、核糖、赤蘚糖、蘇糖、來(lái)蘇糖、木糖、鼠李糖、轉(zhuǎn)化糖、玉米糖、肌糖、甘油、糖原以及它們的組合。
23.如權(quán)利要求16-20中任意一項(xiàng)所述的溶液，其中所述水溶性碳水化合物(18)選自蔗糖、葡萄糖、果糖、右旋糖、乳糖、甘露糖、轉(zhuǎn)化糖、玉米糖以及它們的組合。
24.如權(quán)利要求16-20中任意一項(xiàng)所述的溶液，其中所述水溶性碳水化合物(18)為蔗糖。
25.如權(quán)利要求16-24中任意一項(xiàng)所述的溶液，其中所述水溶性碳水化合物(18)在水溶液(14)中的重量/體積濃度至少為0.1％。
26.如權(quán)利要求16-25中任意一項(xiàng)所述的溶液，，其中所述水溶性碳水化合物(18)在水溶液(14)中的重量/體積濃度為0.1％-40％。
27.如權(quán)利要求16-26中任意一項(xiàng)所述的溶液，該溶液與氮基高能材料(12)混合，所述氮基高能材料(12)選自單硝基甲苯、二硝基甲苯、三硝基甲苯、單硝基苯、二硝基苯、三硝基苯、二硝基酚、三硝基酚、硝化甘油、硝化纖維素、硝基芳香族化合物、硝基脂肪族化合物、硝基環(huán)狀脂肪族化合物、硝基胍、硝基甲烷、特屈兒(N-甲基-N-2，4，6-四硝基苯胺)、三次甲基三硝基胺、季戊四醇四硝酸酯、環(huán)四亞甲基四硝胺以及它們的組合。
全文摘要
本發(fā)明提供用于分解氮基高能材料(12)的溶液和方法。所述溶液是含有水溶性碳水化合物(18)并且pH值大于7.0的水溶液(14)。該溶液可以任選含有堿(20)。在溫和的條件下將純凈的或污染的氮基高能材料(12)暴露于水溶液(14)，并可以通過(guò)加熱來(lái)促進(jìn)其分解。分解所得的產(chǎn)物和副產(chǎn)物是水溶性的并且是非爆炸性的。所述溶液提供了分解大量危險(xiǎn)高能材料(12)的有用的、方便的并廉價(jià)的方法。
文檔編號(hào)A62D101/06GK1688368SQ03824080
公開(kāi)日2005年10月26日 申請(qǐng)日期2003年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月9日
發(fā)明者艾爾弗雷德·科內(nèi)爾 申請(qǐng)人:艾爾弗雷德·科內(nèi)爾