环戊二烯基三元环燃料及其制备方法、用途和航空航天飞行器燃料技术

本发明专利技术提供了一种环戊二烯基三元环燃料及其制备方法、用途和航空航天飞行器燃料，涉及液体燃料推进剂领域，环戊二烯基三元环燃料包括如下化合物中的至少一种：二甲基五环[6.3.1.0

【技术实现步骤摘要】
环戊二烯基三元环燃料及其制备方法、用途和航空航天飞行器燃料
本专利技术涉及液体燃料推进剂
，尤其是涉及一种环戊二烯基三元环燃料及其制备方法、用途和航空航天飞行器燃料。
技术介绍
液体燃料广泛用于带涡轮、冲压、火箭-冲压、涡轮-冲压组合动力航空航天发动机，飞行器的性能(包括航程、航速和有效载荷等)在很大程度上取决于所使用燃料的性质，其中最重要的特征是燃料密度和体积热值。对于油箱容积一定的航空航天飞行器而言，燃料的体积热值越高则消耗单位体积燃料所释放的能量越大，对提高飞行器的航程、航速和有效载荷等各方面性能越有利。或者在保持飞行器各方面性能不变的前提下，使用具有更高体积热值的燃料可以缩小油箱容积，使飞行器的体积小型化，提高飞行器的突防能力和灵活机动性。传统的人工合成的高密度燃料常以五元或六元多环烯烃为原料，通过环加成、加氢、异构及分离提纯等工艺得到，如：RJ-4/RJ-4-I、RJ-5、JP-10和RJ-7等。虽然增加燃料分子内五元或六元环数可以提高其密度，但环数的增加会使烃分子内氢含量下降，导致燃料的质量热值降低。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种环戊二烯基三元环燃料，其具有高密度、高热值和低冰点的优异性质。本专利技术提供的环戊二烯基三元环燃料，包括如下化合物中的至少一种：二甲基五环[6.3.1.02,7.03,5.09,11]十二烷、2-甲基螺[环丙烷-1,6′-三环[3.2.1.02,4]辛烷]、七环[10.3.1.13,10.02,11.04,9.06,8.013,15]十七烷、和七环[10.3.1.15,9.02,11.04,10.06,8.013,15]十七烷中的至少一种。进一步地，二甲基五环[6.3.1.02,7.03,5.09,11]十二烷包括6,9-二甲基五环[6.3.1.02,7.03,5.09,11]十二烷、4,8-二甲基五环[6.3.1.02,7.03,5.09,11]十二烷、和3,12-二甲基五环[6.3.1.02,7.03,5.09,11]十二烷中的至少一种；优选地，所述环戊二烯基三元环燃料的密度为0.95～1.15g/cm3；优选地，所述环戊二烯基三元环燃料的体积净热值为40.24～48.82MJ/L。一种前面所述的环戊二烯基三元环燃料的制备方法，包括：使反应底物与金属卡宾体发生环丙烷化反应，得到所述环戊二烯基三元环燃料；其中，所述反应底物包括二甲基双环戊二烯，5-亚乙基-2-降冰片烯和三环戊二烯中的至少一种，所述金属卡宾体包括如下化合物中的至少一种：F3CCOOMCH2X、Cl3CCOOMCH2X、Cl2CHCOOMCH2X、F3CSO2OMCH2X、CH3COOMCH2X和HCOOMCH2X中的至少一种，M包括Zn、Al或者Li，X包括卤素。进一步地，所述金属卡宾体包括F3CCOOZnCH2I、Cl3CCOOZnCH2I、Cl2CHCOOZnCH2I、F3CSO2OZnCH2I、CH3COOZnCH2I和HCOOZnCH2I中的至少一种；优选地，所述金属卡宾体与所述反应底物的摩尔比为2.5:1～4:1。进一步地，所述环丙烷化反应的温度为-30℃～30℃，时间为0.5h～5h。进一步地，所述金属卡宾体是通过以下方法制备得到的：a)用Et2M与酸ROH发生金属-氢交换反应生成ROMEt；b)利用ROMEt与CH2X2发生金属-卤交换反应得到所述金属卡宾体；其中，所述酸ROH包括F3CCOOH、Cl3CCOOH、Cl2CHCOOH、F3CSO2OH、CH3COOH和HCOOH中的至少一种；优选地，CH2X2包括CH2I2；优选地，所述Et2M包括Et2Zn。进一步地，酸ROH、Et2M和CH2X2的摩尔比为1：1：1。进一步地，所述金属-氢交换反应的温度为-15～0℃，时间为1～2h，和/或，所述金属-卤交换反应的温度为-15～0℃，时间为1～2h；优选地，所述金属-氢交换反应和/或所述金属-卤交换反应是在氮气气氛中进行的；优选地，所述金属-氢交换反应和/或所述金属-卤交换反应是在溶剂中进行的，所述溶剂包括二氯甲烷、1,2-二氯乙烷和乙苯中的至少一种；优选地，溶剂的加入体积占ROH、Et2M、CH2X2和溶剂总体积的50-80％。一种前面所述的环戊二烯基三元环燃料在制备航空航天飞行器燃料中的用途。一种航空航天飞行器燃料，包括前面所述的环戊二烯基三元环燃料。与现有技术相比，本专利技术至少可以取得以下有益效果：本专利技术的环戊二烯基三元环燃料具有高密度、高体积热值和低冰点等优异性能，在不改变油箱体积的前提下，可大大提高飞行器的航程、航速和载荷等应用需求。具体实施方式下面将结合实施方式或实施例对本专利技术的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施方式或实施例仅用于说明本专利技术，而不应视为限制本专利技术的范围。实施方式或实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。在本专利技术的一个方面，本专利技术提供了一种环戊二烯基三元环燃料，该环戊二烯基三元环燃料包括如下化合物中的至少一种：二甲基五环[6.3.1.02,7.03,5.09,11]十二烷、2-甲基螺[环丙烷-1,6′-三环[3.2.1.02,4]辛烷]、七环[10.3.1.13,10.02,11.04,9.06,8.013,15]十七烷、和七环[10.3.1.15,9.02,11.04,10.06,8.013,15]十七烷中的至少一种。本专利技术的环戊二烯基三元环燃料具有高密度、高体积热值和低冰点等优异性能，在不改变油箱体积的前提下，可大大提高飞行器的航程、航速和载荷等应用需求。在本专利技术的一些实施方式中，二甲基五环[6.3.1.02,7.03,5.09,11]十二烷包括6,9-二甲基五环[6.3.1.02,7.03,5.09,11]十二烷、4,8-二甲基五环[6.3.1.02,7.03,5.09,11]十二烷、和3,12-二甲基五环[6.3.1.02,7.03,5.09,11]十二烷中的至少一种。本专利技术中，6,9-二甲基五环[6.3.1.02,7.03,5.09,11]十二烷、4,8-二甲基五环[6.3.1.02,7.03,5.09,11]十二烷、和3,12-二甲基五环[6.3.1.02,7.03,5.09,11]十二烷三种化合物属于同分异构体；七环[10.3.1.13,10.02,11.04,9.06,8.013,15]十七烷和七环[10.3.1.15,9.02,11.04,10.06,8.013,15]十七烷两种化合物属于同分异构体。本专利技术中，6,9-二甲基五环[6.3.1.02,7.03,5.09,11]十二烷的结构式为2-甲基螺[环丙烷-1,6′-三环[3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种环戊二烯基三元环燃料，其特征在于，包括如下化合物中的至少一种：二甲基五环[6.3.1.0

【技术特征摘要】
1.一种环戊二烯基三元环燃料，其特征在于，包括如下化合物中的至少一种：二甲基五环[6.3.1.02,7.03,5.09,11]十二烷、2-甲基螺[环丙烷-1,6′-三环[3.2.1.02,4]辛烷]、七环[10.3.1.13,10.02,11.04,9.06,8.013,15]十七烷、和七环[10.3.1.15,9.02,11.04,10.06,8.013,15]十七烷中的至少一种。


2.根据权利要求1所述的环戊二烯基三元环燃料，其特征在于，二甲基五环[6.3.1.02,7.03,5.09,11]十二烷包括6,9-二甲基五环[6.3.1.02,7.03,5.09,11]十二烷、4,8-二甲基五环[6.3.1.02,7.03,5.09,11]十二烷、和3,12-二甲基五环[6.3.1.02,7.03,5.09,11]十二烷中的至少一种；
优选地，所述环戊二烯基三元环燃料的密度为0.95～1.15g/cm3；
优选地，所述环戊二烯基三元环燃料的体积净热值为40.24～48.82MJ/L。


3.一种权利要求1或2所述的环戊二烯基三元环燃料的制备方法，其特征在于，包括：
使反应底物与金属卡宾体发生环丙烷化反应，得到所述环戊二烯基三元环燃料；
其中，所述反应底物包括二甲基双环戊二烯，5-亚乙基-2-降冰片烯和三环戊二烯中的至少一种，
所述金属卡宾体包括如下化合物中的至少一种：F3CCOOMCH2X、Cl3CCOOMCH2X、Cl2CHCOOMCH2X、F3CSO2OMCH2X、CH3COOMCH2X和HCOOMCH2X中的至少一种，M包括Zn、Al或者Li，X包括卤素。


4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述金属卡宾体包括F3CCOOZnCH2I、Cl3CCOOZnCH2I、Cl2CHCOOZnCH2I、F3C...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘伦，邹吉军，马驰，张香文，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12