一種用于合成疊氮化銅的方法及裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種用于合成疊氮化銅的方法及裝置。以期解決疊氮化銅合成時(shí)危險(xiǎn)性高的問(wèn)題，為新型綠色起爆藥的制備提供新工藝和新技術(shù)。所述反應(yīng)裝置包括所述裝置包括疊氮酸發(fā)生裝置、疊氮化裝置和尾氣吸收裝置。本發(fā)明合成疊氮化銅起爆藥有以下顯著優(yōu)點(diǎn)：（1）整套裝置均由玻璃器皿通過(guò)磨口相連接，無(wú)膠皮管、凡士林等油脂類(lèi)物質(zhì)，而疊氮酸氣體一旦接觸到油脂、水等極易發(fā)生爆炸，因此，本發(fā)明從根本上保證了反應(yīng)的安全性；（2）疊氮酸氣體采用下進(jìn)上出的形式，可使疊氮酸與多孔銅充分反應(yīng)；（3）防爆球結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)巧妙，樣品放置與取出操作方便；（4）帶有防倒吸球的尾氣吸收裝置可有效防止疊氮酸逸出。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種用于合成疊氮化銅的方法及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種綠色起爆藥的合成方法，具體涉及一種用于合成疊氮化銅的方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前廣泛使用的起爆藥關(guān)鍵組分為含鉛敏感化合物，例如疊氮化鉛、斯蒂酚酸鉛等，它們對(duì)環(huán)境有害且影響人體健康。Cu對(duì)環(huán)境的危害微乎其微，用銅取代火工品中常用的含鉛藥劑符合環(huán)境保護(hù)的要求。但是，由于疊氮化銅的機(jī)械感度比疊氮化鉛還要高，幾乎一碰即炸，在制備、使用過(guò)程中危險(xiǎn)性大，限制了它的研究和應(yīng)用。如何既利用銅與環(huán)境的友好特點(diǎn)，又能兼顧到火工藥劑安全性要求，是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。
[0003]By Valarie Pelletier等(By Valarie Pelletier, Sayan Bhattacharyya, IsabelKnoke,Farhad Forohar, Magdy Bichay, and Yury Gogots1.Copper Azide ConfinedInside Templated Carbon Nanotubes[J].Adv.Funct.Mater, 2010，20:3168 - 3174.)在碳納米管內(nèi)制備出疊氮化銅納米粒子，因?yàn)樘技{米管的導(dǎo)電性好，所以提高了制備過(guò)程的安全性° Fang Zhang 等(Fang Zhang, Yanlan Wang, Yingwei Bai, Rui Zhang.Preparationand characterization of copper azide nanowire array[J].Materials Letters, 89(2012) 176 - 179.)利用氧化鋁模板法制備了納米銅線，再經(jīng)疊氮化制備了疊氮化銅納米線。上述研究中均采用了疊氮酸氣體與納米銅或氧化銅粒子的疊氮化反應(yīng)，由于疊氮酸氣體有毒，與銅、鐵、鎳等金屬劇烈反應(yīng)形成金屬疊氮化物，而且與水、油脂等物質(zhì)接觸會(huì)發(fā)生爆炸。在為數(shù)不多的文獻(xiàn)報(bào)道中也沒(méi)有相應(yīng)的合成實(shí)驗(yàn)裝置，因此，設(shè)計(jì)安全性高的合成裝置是疊氮化過(guò)程的關(guān)鍵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種用于合成疊氮化銅的方法及裝置，以期解決疊氮化銅合成時(shí)危險(xiǎn)性高的問(wèn)題，為新型綠`色起爆藥的制備提供新工藝和新技術(shù)。
[0005]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案為:
一種用于合成疊氮化銅的裝置，所述裝置包括疊氮酸發(fā)生裝置、疊氮化裝置和尾氣吸收裝置，所述疊氮酸發(fā)生裝置包括包括集熱式磁力攪拌器、反應(yīng)器、直角彎管、干燥管、“S”型玻璃彎管和氮?dú)獍l(fā)生裝置，所述疊氮化裝置包括防爆球，，所述氮?dú)獍l(fā)生裝置、反應(yīng)器、直角彎管、干燥管、“S”型玻璃彎管、防爆球，所述防爆球?yàn)閮啥碎_(kāi)口的球形結(jié)構(gòu)，上端和下端分別有連接口，上接口直徑較大，便于樣品的放置和取出，下接口直徑較小，且防爆球底端伸入內(nèi)部一段距離，這種結(jié)構(gòu)可以將銅片放在中間玻璃柱與防爆球之間，起到固定銅片的作用。所述氮?dú)獍l(fā)生裝置、反應(yīng)器、直角彎管、干燥管、“S”型玻璃彎管、防爆球、尾氣吸收裝置依次相連，所述反應(yīng)器固定于集熱式磁力攪拌器內(nèi)。
[0006]其中，所述集熱式磁力攪拌器具有溫度控制器和油浴鍋功能，反應(yīng)器為三口燒瓶，溫度計(jì)通過(guò)一磨口玻璃塞連接到三口燒瓶。[0007]所述防爆球?yàn)閮啥碎_(kāi)口的球形結(jié)構(gòu)，上端和下端分別有連接口，上接口直徑較大，便于樣品的放置和取出，下接口直徑較小，且防爆球底端接頭伸入內(nèi)部一段距離，伸入內(nèi)部的玻璃管管壁處開(kāi)有小孔，這種結(jié)構(gòu)可以防止樣品底部氣流過(guò)大，樣品放置不穩(wěn)的問(wèn)題，同時(shí)使得樣品與氣體充分接觸反應(yīng)。
[0008]所述氮?dú)獍l(fā)生裝置為氮?dú)馄俊?br> [0009]所述反應(yīng)器、直角彎管、干燥管、“S”型玻璃彎管、防爆球、防倒吸球、燒杯均采用玻璃材質(zhì)，接口之間的密封均設(shè)計(jì)為玻璃磨口連接密封。
[0010]上述裝置用來(lái)合成疊氮化銅，具體步驟如下:
(1)在三頸燒瓶中加入疊氮化鈉和硬脂酸，在干燥管中加入干燥劑，然后在防爆球中加入預(yù)先制備好的具有微納結(jié)構(gòu)的多孔銅樣品，配制好堿溶液倒入燒杯中，連接好整個(gè)裝置；
(2)打開(kāi)氮?dú)馄繗忾y以緩慢的速度通入氮?dú)?，排出整個(gè)裝置內(nèi)部的空氣及雜質(zhì)氣體，并檢驗(yàn)裝置的氣密性；
(3)升溫反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生HN3，恒溫反應(yīng)一段時(shí)間后，關(guān)閉氮?dú)忾y，使產(chǎn)生的HN3充分與多孔銅進(jìn)行反應(yīng)；
(4)反應(yīng)結(jié)束后再次打開(kāi)氮?dú)忾y，緩慢通入氮?dú)怛?qū)除剩余HN3令燒杯中的堿液充分吸收、銷(xiāo)爆，打開(kāi)通風(fēng)設(shè)備，減壓通風(fēng)后，從防爆球中取出疊氮化銅樣品；
(5)三頸燒瓶?jī)?nèi)的殘余固體先用次氯酸鈉溶液處理,廢液廢渣做單獨(dú)處理。
[0011]其中，步驟(1)中疊氮化鈉與硬脂酸的質(zhì)量比為1:5.5,多孔銅質(zhì)量10mg。
[0012]步驟(3)中升溫反應(yīng)溫度保持13(T140°C。上述反應(yīng)均應(yīng)在通風(fēng)櫥和防護(hù)措施下進(jìn)行。
[0013]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比其顯著優(yōu)點(diǎn)是:所述的反應(yīng)裝置由疊氮酸氣體發(fā)生裝置、疊氮化反應(yīng)容器、尾氣吸收裝置及連接管組成。采用本發(fā)明合成疊氮化銅起爆藥有以下顯著優(yōu)點(diǎn):(1)反應(yīng)安全性高。整個(gè)反應(yīng)裝置均為玻璃材質(zhì)，而且處在密閉的體系中；(2)疊氮酸氣體采用下進(jìn)上出的形式，可使疊氮酸與多孔銅充分反應(yīng)；(3)防爆球結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)巧妙，樣品放置與取出操作方便；(4)帶有防倒吸球的尾氣吸收裝置可有效防止疊氮酸逸出。
[0014]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1本發(fā)明合成疊氮化銅的實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2本發(fā)明裝置中防爆球的結(jié)構(gòu)示意圖(a_主視圖，b_側(cè)視圖，C-俯視圖)。
[0017]圖3本發(fā)明所用多孔銅的XRD表征圖。
[0018]圖4本發(fā)明合成的疊氮化銅的XRD表征圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面的實(shí)施例可以使本專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員更全面地理解本發(fā)明。
[0020]一種用于疊氮化銅合成的方法及裝置，如圖1所示，所述反應(yīng)裝置包括集熱式磁力攪拌器1、三頸燒瓶2、溫度計(jì)3、直角彎管4、干燥管5、“S”型玻璃彎管6、防爆球7、防倒吸球8、燒杯9以及氮?dú)馄?0。所述集熱式磁力攪拌器I具有溫度調(diào)節(jié)及控制功能，同時(shí)帶有油浴鍋；所述溫度計(jì)3通過(guò)一磨口玻璃塞連接到三頸燒瓶2 ;所述干燥管5中裝有干燥劑；如圖2所示，所述防爆球7上端和下端分別有連接口，上接口 71直徑較大，便于的樣品的放置和取出，下接口 72 —端伸入防爆球內(nèi)一定距離，伸入防爆球內(nèi)部的玻璃管管壁處開(kāi)有小孔73，便于樣品穩(wěn)定放置和使疊氮酸氣體與多孔銅充分反應(yīng)；所述燒杯9中盛有堿溶液，回收多余的疊氮酸氣體；所述反應(yīng)裝置中所有容器及連接管均采用玻璃材質(zhì)，接口之間的密封不能用油脂，均設(shè)計(jì)為玻璃磨口連接密封；所述反應(yīng)需在通風(fēng)櫥和有效防護(hù)下進(jìn)行。
[0021]實(shí)施例1
一種用于疊氮化銅合成的方法及裝置，所述反應(yīng)裝置包括集熱式磁力攪拌器1、三頸燒瓶2、溫度計(jì)(3)、直角彎管4、干燥管5、“S”型玻璃彎管6、防爆球7、防倒吸球8、燒杯9以及氮?dú)馄?0。所述集熱式磁力攪拌器I油浴鍋中采用有機(jī)硅油；所述干燥管5中裝有無(wú)水氯化鈣干燥劑；所述燒杯9中盛有KOH溶液，回收多余的疊氮酸氣體；所述反應(yīng)需在通風(fēng)櫥和有效防護(hù)下進(jìn)行。本發(fā)明的疊氮化銅合成過(guò)程為:
(1)將250mL圓底三頸燒瓶用鐵架臺(tái)固定于油浴鍋中，油浴鍋中加入三分之二容積的有機(jī)硅油；在三頸燒瓶中加入轉(zhuǎn)子、疊氮化鈉(0.5g)和硬脂酸(2.75g)，在干燥管中加入無(wú)水氯化鈣并用棉花堵塞兩端，然后在IOOmL防爆球中加入預(yù)先處理好的多孔銅樣品10mg，(所述多孔銅的制備是根據(jù)文獻(xiàn)《Hebing Zhang, Yinghua Ye, Ruiqi Shen, Chengbo Ru,and Yan.HuEffect of Bubble Behavior on the Morphology of Foamed PorousCopperPrepared via Electrodeposition[J].Journal of the Electrochemical Society,2013，160(10): D441-D445.》所報(bào)道的方法來(lái)制備)，將1.0gKOH配成300ml溶液倒入500mL燒杯中，用于吸收反應(yīng)剩余氣體，防倒吸球(IOOmL)按圖示連接好，整個(gè)裝置置于通風(fēng)櫥中；
(2)開(kāi)啟集熱式磁力攪拌器，使油浴鍋升溫至130-140°C，此時(shí)開(kāi)始有HN3氣體生成，用濕潤(rùn)的石蕊試紙檢測(cè)各個(gè)接口之間的密封性，觀察石蕊試紙顏色是否變化，若發(fā)生變化，則立即停止加熱并用氮?dú)饩徛党鲇鄽?再次`檢查氣密性,直到符合要求才可進(jìn)行下一步實(shí)驗(yàn)。如石蕊試紙顏色沒(méi)有變化，則用非常緩慢的氮?dú)饬鹘?jīng)由干燥管從防爆球的下接口導(dǎo)入防爆球；
(3)在130-140°C條件下，經(jīng)過(guò)兩個(gè)小時(shí)反應(yīng)，關(guān)閉氮?dú)忾y，停止氮?dú)饬魍ㄈ?，使產(chǎn)生的HN3在防爆球中與多孔銅充分反應(yīng)；
(4 )繼續(xù)加熱攪拌5個(gè)小時(shí)后，停止油浴加熱，再使其反應(yīng)在常溫下保持19個(gè)小時(shí)后即反應(yīng)結(jié)束；
(5)再次打開(kāi)氮?dú)忾y，緩慢通入氮?dú)獯党鲅b置內(nèi)剩余氣體，經(jīng)防爆球的上接口流經(jīng)干燥管輸送到盛有KOH溶液的燒杯中，剩余的HN3氣體與KOH溶液反應(yīng)，防倒吸球可防止燒杯中的溶液倒吸；
(6)打開(kāi)通風(fēng)設(shè)備，減壓通風(fēng)后，拆除實(shí)驗(yàn)裝置，取出防爆球中復(fù)合好的疊氮化銅樣品，其中含少量疊氮化亞銅；
(7 )三頸燒瓶?jī)?nèi)的殘余固體先用次氯酸鈉溶液處理,廢液廢渣做單獨(dú)處理。
[0022]圖3是所制備的多孔銅的XRD衍射圖譜圖，可知，主要成分為銅，在制備多孔銅的過(guò)程中有少量的銅被氧化形成了氧化亞銅。
[0023]圖4是實(shí)施例獲得的疊氮化銅的XRD衍射圖譜，可知，生成了疊氮化銅目標(biāo)產(chǎn)物，還有少量的疊氮 化亞銅，銅峰是基底材料的衍射峰。
【權(quán)利要求】
1.一種用于合成疊氮化銅的裝置，其特征在于，所述裝置包括疊氮酸發(fā)生裝置、疊氮化裝置和尾氣吸收裝置，所述疊氮酸發(fā)生裝置包括集熱式磁力攪拌器(I)、反應(yīng)器(2)、直角彎管(4)、干燥管(5)、“S”型玻璃彎管(6)和氮?dú)獍l(fā)生裝置(10)，所述疊氮化裝置包括防爆球(7)，所述防爆球(7)為兩端開(kāi)口的球形結(jié)構(gòu)，上端和下端分別有連接口，所述氮?dú)獍l(fā)生裝置(10)、反應(yīng)器(2)、直角彎管(4)、干燥管(5)、“S”型玻璃彎管(6)、防爆球(7)、尾氣吸收裝置依次相連，所述反應(yīng)器(2)固定于集熱式磁力攪拌器(I)內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反應(yīng)裝置，其特征在于:所述反應(yīng)器(2)為三口燒瓶、三口燒瓶其中一個(gè)磨口通過(guò)玻璃塞連接溫度計(jì)(3 )。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反應(yīng)裝置，其特征在于:所述尾氣收集裝置包括燒杯(9)和放置在燒杯(9 )內(nèi)的倒吸球(8 )。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反應(yīng)裝置，其特征在于:所述防爆球(7)為兩端開(kāi)口的球形結(jié)構(gòu)，上端和下端分別有連接口，上接口(71)直徑較大，便于樣品的放置和取出，下接口(72)直徑較小，且防爆球底端伸入內(nèi)部一段距離，伸入防爆球內(nèi)部的玻璃管管壁處開(kāi)有小孔(73)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反應(yīng)裝置，其特征在于:氮?dú)獍l(fā)生裝置(10)為氮?dú)馄俊?br> 6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的反應(yīng)裝置，其特征在于:所述反應(yīng)器(2)、直角彎管(4)、干燥管(5)、“S”型玻璃彎管(6)、防爆球(7)、防倒吸球(8)、燒杯(9)均采用玻璃材質(zhì)，接口之間的密封均為玻璃磨口連接密封。
7.一種用于合成疊氮化銅的方法，其特征在于具體步驟如下: (1)在反應(yīng)器中加入 疊氮化鈉和硬脂酸，在干燥管中加入干燥劑，然后在防爆球中加入預(yù)先制備好的具有微納結(jié)構(gòu)的多孔銅，配制好堿溶液倒入燒杯中，連接好整個(gè)裝置，所述裝置包括疊氮酸發(fā)生裝置、疊氮化裝置和尾氣吸收裝置，所述疊氮酸發(fā)生裝置包括集熱式磁力攪拌器(I)、反應(yīng)器(2)、直角彎管(4)、干燥管(5)、“S”型玻璃彎管(6)和氮?dú)獍l(fā)生裝置(10)，所述疊氮化裝置包括防爆球(7)，所述防爆球(7)為兩端開(kāi)口的球形結(jié)構(gòu)，上端和下端分別有連接口，所述氮?dú)獍l(fā)生裝置(10)、反應(yīng)器(2)、直角彎管(4)、干燥管(5)、“S”型玻璃彎管(6)、防爆球(7)、尾氣吸收裝置依次相連，所述反應(yīng)器(2)固定于集熱式磁力攪拌器(O內(nèi)； (2)打開(kāi)氮?dú)獍l(fā)生裝置以緩慢的速度通入氮?dú)?，排出整個(gè)裝置內(nèi)部的空氣及雜質(zhì)氣體，并檢驗(yàn)裝置的氣密性； (3)升溫反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生HN3，恒溫反應(yīng)一段時(shí)間后，關(guān)閉氮?dú)忾y，使產(chǎn)生的HN3充分與多孔銅進(jìn)行反應(yīng)； (4)反應(yīng)結(jié)束后再次打開(kāi)氮?dú)忾y，緩慢通入氮?dú)怛?qū)除剩余HN3令燒杯中的堿液充分吸收、銷(xiāo)爆，打開(kāi)通風(fēng)設(shè)備，減壓通風(fēng)后，從防爆球中取出疊氮化銅樣品； (5)三頸燒瓶?jī)?nèi)的殘余固體先用次氯酸鈉溶液處理,廢液廢渣做單獨(dú)處理。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于:步驟(1)中疊氮化鈉與硬脂酸的質(zhì)量比為1:5.5,多孔銅質(zhì)量10mg。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于:步驟(3)中升溫反應(yīng)溫度保持13(Tl40°C。
【文檔編號(hào)】C01B21/08GK103864034SQ201410095705
【公開(kāi)日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2014年3月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月17日
【發(fā)明者】葉迎華, 李娜, 胡艷, 朱朋, 許建兵 申請(qǐng)人:南京理工大學(xué)