含能离子化合物的电渗析膜浓缩新方法与流程

1.本发明属于化合物浓缩技术领域，尤其涉及一种含能离子化合物的电渗析膜浓缩新方法。


背景技术：

2.含能离子化合物是目前主要的新型含能材料，含能离子化合物通常是指含氮量达到20％以上的化合物。含能离子化合物普遍具有高生成热，含有强氧化性或者爆炸性基团，这类物质易于快速分解、燃烧或者爆炸。其分解产物为清洁的氮气，因此被称为“绿色含能材料”，广泛作用于炸药、推进剂、火药及起爆药等应用领域。
3.含能化合物的结构和取代基种类通常含有一个或多个n-n单键或o-o键，结构具有较高的分解活性，代表性基团为肼基，其它基团如氨基、硝基和二硝酰胺基等，常见的含能化合物包括二硝酰胺铵(adn)、硝酸肼(hn)等。
4.20世纪70年代，苏联首次合成了adn。目前无机法合成adn主要为氨基磺酸盐经硝硫混酸硝化，用氨水或氢氧化钾中和制备adn。例如，专利号为us2008226533的美国专利中公开了一种提供adn的制备方法，具体的是使用大量的有机溶剂萃取、减压浓缩，最后析晶的方法；专利号为cn113336241b的中国专利公开了一种使用柱层析法进行adn制备分离的方法，但是柱层析溶剂用量大，且料液浓度偏低，生产成本相对较高，无法满足使用需求。
5.当然，在现有技术中，也有使用膜过滤方法脱除adn反应液中的杂质盐或电渗析方法直接合成adn，可以解决无机盐残留的问题，但又存在料液浓度偏低、需要浓缩的问题；此外，hn的合成因为强酸强碱反应剧烈，一般在惰性溶剂条件下进行，但有机溶剂的使用，导致后处理工艺复杂；而低浓度酸碱反应制备hn是控制反应速度、保证安全的有效方法，但也面临料液浓度低、需要浓缩的问题。
6.目前，含能离子化合物水溶液浓缩常用的方法包括蒸发法、膜过滤法等；在实际生产加工该过程中，所采用的蒸发法的方式能耗较高，不适于低浓度料液；所采用的膜过滤法虽然适用于低浓度料液的浓缩，但是也会在一定程度上受渗透压的影响，使得浓缩倍数仍不能达到要求，为此，我们提供了一种能耗低且能实现高浓缩倍数的含能离子化合物的电渗析膜浓缩新方法。


技术实现要素：

7.本发明针对上述的含能离子化合物低浓度料液浓缩过程所存在的技术问题，提出一种设计合理、结构简单、原理独特且能够有效提高含能离子化合物铵盐或肼盐浓度的含能离子化合物的电渗析膜浓缩新方法。
8.为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为一种含能离子化合物的电渗析膜浓缩新方法，包括以下有效步骤：
9.a、首先配制待浓缩含能离子化合物水溶液，待用；
10.b、依据待浓缩含能离子化合物阴阳离子类型，组装电渗析膜堆并安装到电渗析膜
过滤装置中待用；
11.c、选取电解液并加入至电渗析膜过滤装置中；
12.d、将待浓缩含能离子化合物水溶液加入电渗析膜堆的料液储罐中，通电形成电场以进行浓缩，并获得初步浓缩液；
13.e、将含能离子化合物的初步浓缩液进行二次浓缩，待浓缩结束后，最终获得含能离子化合物浓缩液；
14.其中，在步骤d中，电场形成后，含能离子化合物阴离子通过阴离子交换膜进入浓缩液隔室，含能离子化合物阳离子通过阳离子交换膜进入浓缩液隔室进行初步浓缩；在步骤e中，含能离子化合物的初步浓缩液在进行二次浓缩的过程中，阴、阳离子分别通过阴离子交换膜、阳离子交换膜进入浓缩液隔室，直至浓缩结束，最终得到含能离子化合物浓缩液。
15.作为优选，a步骤中，含能离子化合物浓度为0.5～15％，且含能离子化合物的阳离子为铵根、肼根或金属离子等中的一种，含能离子化合物负离子为硝酸根或二硝酰胺根等中的一种，且阳离子和阴离子为分子量小于300道尔顿的小分子量基团。
16.作为优选，步骤b中，电渗析膜堆经由阴离子交换膜、阳离子交换膜或双极膜组合而成，电渗析膜堆的组合方式包括阳膜/阴膜/阳膜/阴膜/阳膜、阴膜/阳膜/阴膜/阳膜/阴膜和双极膜/阳膜/阴膜/双极膜。
17.作为优选，步骤c中，选取的电解液为硝酸钠、硝酸铵、氯化钠、硫酸铵、氯化铵或硫酸钠等水溶液中的一种，所述电解液浓度为2％。
18.作为优选，步骤d中，加电电压为10-200v，荷电电流为1～100a，所获得的初步浓缩液的浓度为5～25％。
19.作为优选，e步骤中，采用倒液操作进行二次浓缩，其中，倒液操作是指将初步浓缩液作为浓缩供给液和浓缩接受液，也就是说，浓缩供给液对应为淡液，浓缩接受液对应为浓液。
20.作为优选，e步骤中，二次浓缩是指此阿勇电渗析膜进行加电浓缩，具体的，在二次浓缩过程中的加电电压为10-200v，荷电电流为1～100a，最终获得的含能离子化合物浓缩液的浓度为15～50％。
21.与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于，
22.1、本发明提供的一种含能离子化合物的电渗析膜浓缩新方法，其是利用电场力和离子交换膜实现低浓度含能离子化合物的高倍浓缩，具有能耗低、效率高、安全环保的特点；且该电渗析膜浓缩可以通过倒液的方式开展相应的浓缩工作，以实现连续提高浓度的目的，进而提供了一种高效的低浓度料液的浓缩方法，实现了低浓度含能离子化合物的高效浓缩，开创了含能离子化合物浓缩的新方法，拓宽了含能离子化合物制备新方向，为含能离子化合物合成方法的优化提供了可靠保障。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的
附图。
24.图1为含能离子化合物的电渗析膜浓缩新方法的结构示意图；
25.图2为第一种电渗析膜堆组合方式下的含能离子化合物浓缩工作原理图，其中m
+
表示阳离子，a-表示阴离子；
26.图3为第二种电渗析膜堆组合方式下的含能离子化合物浓缩工作原理图，其中m
+
表示阳离子，a-表示阴离子；
27.图4为第三种电渗析膜堆组合方式下的含能离子化合物浓缩工作原理图，其中m
+
表示阳离子，a-表示阴离子。
具体实施方式
28.为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
29.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开说明书的具体实施例的限制。
30.实施例1，如图1所所示本实施例提供一种含能离子化合物的电渗析膜浓缩新方法：
31.首先，将含能离子化合物中间体kdn配制成质量分数为5％的水溶液待用；
32.按照图2所示的电渗析膜堆组合方式进行组装，并安装到电渗析膜过滤装置，设置设备的最大电压为13v，最大电流3a，待用；当然，对于上述在本实施例中所提供的技术方案中，尤其是对于阴离子交换膜和阳离子交换膜来说，其为自制或市售的离子交换膜均可，以上步骤操作结束后则完成了前期的准备工作；
33.然后，将上述待浓缩kdn溶液1.5l，加入到准备好的电渗析膜过滤装置系统中，选取2％硫酸钾水溶液作为电解液，0.2l纯水作为kdn接收液，控制温度5℃，加电开始浓缩，在浓缩过程中：金属离子k
+
通过阳膜向负极方向移动进入浓室，dn-通过阴膜向正极方向移动进入浓室，k
+
和dn-混合得到kdn浓液，最终浓室中获得的初步kdn浓缩液浓度达到20％；
34.将20％kdn作为浓液和淡液，进行电渗析膜二次浓缩，最终浓液中kdn浓度达到33％。
35.实施例2，如图1所所示本实施例提供一种含能离子化合物的电渗析膜浓缩新方法：
36.首先，将含能离子化合物硝酸肼(hn)配制成质量分数为5％的水溶液待用；
37.按照图3所示的电渗析膜堆组合方式进行组装，并安装到电渗析膜过滤装置，设置设备的最大电压为13v，最大电流3a，待用；当然，对于上述在本实施例中所提供的技术方案中，尤其是对于阴离子交换膜和阳离子交换膜来说，其为自制或市售的离子交换膜均可，以上步骤操作结束后则完成了前期的准备工作；
38.然后，将上述待浓缩hn溶液1.5l，加入到准备好的电渗析膜过滤装置系统中，选取2％硝酸钠水溶液作为电解液，0.2l纯水作为hn接收液，控制温度5℃，加电开始浓缩，在浓缩过程中：肼根离子通过阳膜向负极方向移动进入浓室，硝酸根离子通过阴膜向正极方向
移动进入浓室，肼根离子和硝酸根离子混合得到hn溶液，最终浓室中获得的初步hn浓缩液浓度达到13％；
39.将13％hn作为浓液和淡液，进行电渗析膜二次浓缩，最终浓液中hn浓度达到22％。
40.实施例3，如图1所所示本实施例提供一种含能离子化合物的电渗析膜浓缩新方法：
41.首先，将含能离子化合物二硝酰胺铵(adn)配制成质量分数为5％的水溶液待用；
42.按照图4所示的电渗析膜堆组合方式进行组装，并安装到电渗析膜过滤装置，设置设备的最大电压为16v，最大电流3a，待用；当然，对于上述在本实施例中所提供的技术方案中，尤其是对于阴离子交换膜和阳离子交换膜来说，其为自制或市售的离子交换膜均可，以上步骤操作结束后则完成了前期的准备工作；
43.然后，将上述待浓缩adn溶液1.5l，加入到准备好的电渗析膜过滤装置系统中，选取2％硫酸钠水溶液作为电解液，0.2l纯水作为adn接收液，控制温度5℃，加电开始浓缩，在浓缩过程中：铵根离子通过阳膜向负极方向移动进入浓室，二硝酰胺酸根离子通过阴膜向正极方向移动进入浓室，铵根离子和二硝酰胺酸离子混合得到adn，最终浓室中获得的初步adn浓缩液浓度达到15％；
44.将15％adn溶液作为浓液和淡液，进行电渗析膜二次浓缩，最终浓液中adn浓度达到28％。
45.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

技术特征：
1.一种含能离子化合物的电渗析膜浓缩新方法，其特征在于，包括以下有效步骤：a、首先配制待浓缩含能离子化合物水溶液，待用；b、依据待浓缩含能离子化合物阴阳离子类型，组装电渗析膜堆并安装到电渗析膜过滤装置中待用；c、选取电解液并加入至电渗析膜过滤装置中；d、将待浓缩含能离子化合物水溶液加入电渗析膜堆的料液储罐中，通电形成电场以进行浓缩，并获得初步浓缩液；e、将含能离子化合物的初步浓缩液进行二次浓缩，待浓缩结束后，最终获得含能离子化合物浓缩液。2.根据权利要求1所述的含能离子化合物的电渗析膜浓缩新方法，其特征在于，所述a步骤中，含能离子化合物浓度为0.5～15％，且含能离子化合物的阳离子为铵根、肼根或金属离子等中的一种，含能离子化合物负离子为硝酸根或二硝酰胺根等中的一种，且阳离子和阴离子为分子量小于300道尔顿的小分子量基团。3.根据权利要求2所述的含能离子化合物的电渗析膜浓缩新方法，其特征在于，所述步骤b中，电渗析膜堆经由阴离子交换膜、阳离子交换膜或双极膜组合而成，所述电渗析膜堆的组合方式包括阳膜/阴膜/阳膜/阴膜/阳膜、阴膜/阳膜/阴膜/阳膜/阴膜和双极膜/阳膜/阴膜/双极膜。4.根据权利要求3所述的含能离子化合物的电渗析膜浓缩新方法，其特征在于，所述步骤c中，选取的电解液为硝酸钠、硝酸铵、氯化钠、硫酸铵、氯化铵或硫酸钠等水溶液中的一种，所述电解液浓度为2％。5.根据权利要求4所述的含能离子化合物的电渗析膜浓缩新方法，其特征在于，所述步骤d中，加电电压为10-200v，荷电电流为1～100a，所述所获得的初步浓缩液的浓度为5～25％。6.根据权利要求5所述的含能离子化合物的电渗析膜浓缩新方法，其特征在于，所述e步骤中，采用倒液操作进行二次浓缩，其中，倒液操作是将将初步浓缩液作为浓缩供给液和浓缩接受液。7.根据权利要求6所述的含能离子化合物的电渗析膜浓缩新方法，其特征在于，所述e步骤中，二次浓缩过程中的加电电压为10-200v，荷电电流为1～100a，所述最终获得的含能离子化合物浓缩液的浓度为15～50％。

技术总结
本发明属于化合物浓缩技术领域，尤其涉及一种含能离子化合物的电渗析膜浓缩新方法，包括以下有效步骤：先配制待浓缩含能离子化合物水溶液，待用；依据待浓缩含能离子化合物阴阳离子类型，组装电渗析膜堆并安装到电渗析膜过滤装置中待用；选取电解液并加入至电渗析膜过滤装置中；将待浓缩含能离子化合物水溶液加入电渗析膜堆的料液储罐中，通电形成电场以进行浓缩，并获得初步浓缩液；将含能离子化合物的初步浓缩液进行二次浓缩，待浓缩结束后，最终获得含能离子化合物浓缩液。本发明利用电渗析膜浓缩的方式，实现对小分子量含能离子化合物铵盐或肼盐等的高效浓缩，操作简单，并具备能耗低、效率高、安全环保的特点，适合大规模推广使用。使用。使用。


技术研发人员：李玉川 刘颖慧 朱海洋 商鹏飞 湛煜 王丽丽 赵德立 刘阿龙 黄衡 张培训
受保护的技术使用者：山东博纳生物科技集团有限公司
技术研发日：2023.05.15
技术公布日：2023/8/14