隔膜结构对电解合成五氧化二氮的影响.pdfVIP

中国化学会第五届全国化学推进剂学术会议·论文集 193 隔膜结构对电解合成五氧化二氮的影响 王庆法，吴方敏，章一夫，王莅米，米镇涛 (天津大学化工学院，绿色合成与转化教育部重点实验室，天津300072) 研究了隔膜结构对N204电氧化合成N205过程的影响。结果表明，减小隔膜的孔径，有利于增大电流效率、 减小比能。当隔膜孔径较低时，增加膜的厚度导致电解的电流效率降低、比能增加。当隔膜的孔径较高时， 增加膜的厚度可提高电流效率、降低比能。对于电解合成N205过程而言，适宜的隔膜孔径是0．1jarn，适 宜的隔膜厚度是60—150 lam之间。 关键词：五氧化二氮；电化学合成；PTFE膜；电氧化 1 引言 五氧化二氮是性能优良的硝化剂，广泛用于各种含能材料的合成。采用N205为硝化剂不仅可实现清 洁硝化，而且由于反应热效应低，硝化温度易控，可实现安全硝化。此外，以五氧化二氮为硝化剂还具有 反应速率快、选择性高等优点【1】。因此，N20，的合成及其硝化工艺成为含能材料领域的研究开发热点。 (1)。(3)所示)。 (1) 阳极反应：N204+2m的3—+2N205+2矿+2e+ (2) 阴极反应：2HN03+2H++2e一—+N204+2H20 总反应：2HN03——’N205+H20 (3) 在电化学氧化N20。合成N：O，过程中，隔膜是关键材料之一。隔膜的作用是选择性渗透特定离子和分 阴离子膜和Nafion阳离子膜。这些膜都不能令人满意，或者易损坏，或者渗透选择性低，或者电阻高。本 文通过比较筛选七种聚四氟乙烯隔膜的电解性能，初步确定电解电流效率和比能与隔膜孔径和厚度间的关 系，在此基础上提出较为适宜的电解隔膜结构。 2实验方法 2．1试剂 98％浓硝酸(工业级，山东化肥厂)，四氧化二氮(分析纯，天津赛美特特种气体有限公司)，聚四氟 2．2电化学反应 图1是合成五氧化二氮的电化学反应装置示意图。电化学反应器为板框式，由不锈钢制成，内衬聚四 氟乙烯，阳极室和阴极室容积均为20mL。电化学反应器带冷却夹套，内通冷却乙醇以控制反应温度。实 王莅，教授，主要从事绿色化学工艺研究， 作者简介：王庆法，男，1978，博士，副教授； 电话：022E—mail：wlytj@tju．edu．cn 基金项目：国家自然科学基金委员会一中国工程物理研究院联合基金资助项目 194 隔膜结构对电解合成五氧化二氮的影响 阳极室进行电化学反应。反应后的阴、阳极液分别循环返回阴、阳极储罐。反应时间4h。反应结束后取样 分析阴、阳极液的组成。 and and and workstation 1：Electrolyzer；27：Pump；36：Anolytecatholytereservoir；4：DCpower；5：Electrochemistry COO 2 7 图1 电化学反应装置意图 2．3分析方法 采用氧化还原和总酸度两步滴定法测定阳极液和阴极液组成[9】。根据式(4)和(5)计算电化学合成 五氧化二氮的电流效率N和比能W。 Ⅳ：!竺垡丝丝垡x (4) loo％ Q／F