一种铝基含能MOFs及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种铝基含能MOFs及其制备方法，该制备方法以多巴胺表面改性铝粉金属配合物和1,1’‑二羟基‑5,5’‑联四唑金属配合物为原料；该方法以单一溶剂作为溶剂；该制备方法在常压下且在110～140℃下进行反应。所述的单一溶剂为DMF。本发明专利技术的铝基含能MOFs(Al‑EMOFs)实现了含能物质对铝粉的表面包覆，在提升能量的同时有效的改善了氧化铝壳层在燃烧过程中的弊端，具有较高的燃烧热。此外，配位的活性金属Fe、Cu、Ni和Co使得其还具有催化燃烧的作用，可作为功能型含能EMOFs使用，替代铝粉在固体推进剂和混合炸药领域具有较好的应用潜质。

【技术实现步骤摘要】
一种铝基含能MOFs及其制备方法
本专利技术属于固体推进剂和混合炸药领域，涉及固体推进剂和混合炸药的燃料，具体涉及一种铝基含能MOFs及其制备方法。
技术介绍
高能化是面向新军事需求的武器装药的重要发展方向，而使用高活性金属是炸药和固体推进剂高能化的重要手段之一。铝粉(Al)具有高密度、高燃烧热值、价格低廉、含量丰富等优点，成为金属中的明星燃烧剂。然而，铝粉表面形成的致密氧化层会影响其能量释放，导致不充分燃烧等对其应用性能产生严重的影响。表面改性是改善铝粉燃烧性能的有效手段，研究者们通过包覆改性等手段在一定程度上改善了上述问题。通过原位聚合等方式在铝粉表面包覆高密度聚乙烯(HDPE)薄膜，可有效抑制铝粉的团聚和结块。而使用硅烷偶联剂KH-550改性并用端羟基聚丁二稀(HTPB)包覆的复合铝粉较未包覆铝粉有效抑制其在空气中的氧化，在固体推进剂中可保持较高的活性。然而，这些惰性包覆层的引入会造成燃烧热以及装药能量的降低，与战术武器装药的高能化需求相矛盾。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于，提供一种铝基含能MOFs及其制备方法，解决现有技术中的铝基含能MOFs的制备工艺条件要求高，工艺过程不温和的技术问题。为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案予以实现：一种铝基含能MOFs的制备方法，该制备方法以多巴胺表面改性铝粉金属配合物和1,1’-二羟基-5,5’-联四唑金属配合物为原料；该方法以单一溶剂作为溶剂；该制备方法在常压下且在110～140℃下进行反应。本专利技术还具有如下技术特征：所述的单一溶剂为DMF。所述的多巴胺表面改性铝粉金属配合物中的金属元素为Cu、Co、Ni或Fe；所述的1,1’-二羟基-5,5’-联四唑金属配合物中的金属元素为Cu、Co、Ni或Fe。所述的多巴胺表面改性铝粉金属配合物中的金属元素与所述的1,1’-二羟基-5,5’-联四唑金属配合物中的金属元素采用相同的金属元素或不同的金属元素。所述的铝基含能MOFs的制备过程为：将1,1’-二羟基-5,5’-联四唑金属配合物溶解于单一溶剂中，在常压下加热至110～140℃，然后加入多巴胺表面改性铝粉金属配合物，在常压下且温度为110～140℃下回流冷却搅拌6～24h，然后过滤、洗涤、干燥得到铝基含能MOFs。所述的1,1’-二羟基-5,5’-联四唑金属配合物与多巴胺表面改性铝粉金属配合物的质量比为(0.1～10):1。所述的多巴胺表面改性铝粉金属配合物的制备过程为：步骤一，多巴胺表面改性铝粉的制备：将多巴胺溶于三羟甲基氨基甲烷缓冲液中，随后加入铝粉，溶液于10～60℃下搅拌2～12h，产物过滤并用去离子水和乙醇洗涤数次，真空干燥得到多巴胺表面改性铝粉；步骤二，多巴胺表面改性铝粉金属配合物的制备：将金属盐溶解于水中，加入步骤一制备的多巴胺表面改性铝粉，于10～60℃下搅拌1～6h，过滤得到多巴胺表面改性铝粉金属配合物。所述的1,1’-二羟基-5,5’-联四唑金属配合物的制备过程为：步骤三，1,1’-二羟基-5,5’-联四唑的制备：将1,1’-二羟基-5,5’-联四唑二羟胺盐溶解于硫酸水溶液中，升温搅拌至完全溶解后，待温度降至室温后析出白色晶体，过滤后用水洗涤，冷冻干燥得到1,1’-二羟基-5,5’-联四唑；步骤四，1,1’-二羟基-5,5’-联四唑金属配合物的制备：将步骤三制备的1,1’-二羟基-5,5’-联四唑溶解于水中，室温搅拌至完全溶解后，滴加溶解于水中的金属盐水溶液，产生沉淀，持续搅拌30min后，过滤、洗涤、冷冻干燥得到1,1’-二羟基-5,5’-联四唑金属配合物；其中，1,1’-二羟基-5,5’-联四唑与金属盐水溶液中的金属离子的摩尔比为(2～4):1。具体的，该方法具体包括以下步骤：步骤一，多巴胺表面改性铝粉的制备：将多巴胺溶于三羟甲基氨基甲烷缓冲液中，随后加入铝粉，溶液于10～60℃下搅拌2～12h，产物过滤并用去离子水和乙醇洗涤数次，真空干燥得到多巴胺表面改性铝粉；步骤二，多巴胺表面改性铝粉金属配合物的制备：将金属盐溶解于水中，加入步骤一制备的多巴胺表面改性铝粉，于10～60℃下搅拌1～6h，过滤得到多巴胺表面改性铝粉金属配合物；步骤三，1,1’-二羟基-5,5’-联四唑的制备：将1,1’-二羟基-5,5’-联四唑二羟胺盐溶解于硫酸水溶液中，升温搅拌至完全溶解后，待温度降至室温后析出白色晶体，过滤后用水洗涤，冷冻干燥得到1,1’-二羟基-5,5’-联四唑；步骤四，1,1’-二羟基-5,5’-联四唑金属配合物的制备：将步骤三制备的1,1’-二羟基-5,5’-联四唑溶解于水中，室温搅拌至完全溶解后，滴加溶解于水中的金属盐水溶液，产生沉淀，持续搅拌30min后，过滤、洗涤、冷冻干燥得到1,1’-二羟基-5,5’-联四唑金属配合物；其中，1,1’-二羟基-5,5’-联四唑与金属盐水溶液中的金属离子的摩尔比为(2～4):1；步骤五，铝基含能MOFs的制备：将步骤四制备的1,1’-二羟基-5,5’-联四唑金属配合物溶解于DMF中，在常压下油浴加热至110～140℃，然后加入步骤二制备的多巴胺表面改性铝粉金属配合物，在常压下且温度在110～140℃下回流冷却搅拌6～24h，然后过滤、洗涤、干燥得到铝基含能MOFs；其中，1,1’-二羟基-5,5’-联四唑金属配合物与多巴胺表面改性铝粉金属配合物的质量比为(0.1～10):1。本专利技术还保护一种铝基含能MOFs，所述的铝基含能MOFs为采用如上所述的铝基含能MOFs的制备方法制备的铝基含能MOFs。本专利技术与现有技术相比，具有如下技术效果：(Ⅰ)本专利技术的制备方法工艺条件温和，在常压条件下进行反应，制备过程安全性较高，有助于材料后续的放大制备，可满足固体推进剂的实际应用需求。在制备过程中采用单一溶剂，便于溶剂的回收再利用，从环保和工程化角度，有助于成本的降低以及回收利用，减少对环境的污染。(Ⅱ)本专利技术的铝基含能MOFs(Al-EMOFs)实现了含能物质对铝粉的表面包覆，在提升能量的同时有效的改善了氧化铝壳层在燃烧过程中的弊端，具有较高的燃烧热。此外，配位的活性金属Fe、Cu、Ni和Co使得其还具有催化燃烧的作用，可作为功能型含能EMOFs使用，替代铝粉在固体推进剂和混合炸药领域具有较好的应用潜质。(Ⅲ)本专利技术进一步探索铝粉的表面改性方法，在改善其应用弊端的同时保证能量的输出具有重大的意义。本专利技术提供了一种铝基含能MOFs(Al-EMOFs)的制备方法，通过该方法可以改善Al粉表面在空气中氧化的同时，引入含能MOFs以提升其能量释放及燃烧热，满足现代武器装备的需求。同时，引入的过渡金属(Cu、Fe、Co或Ni)可起到催化热分解及燃烧的作用，赋予铝基含能MOFs(Al-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铝基含能MOFs的制备方法，其特征在于，该制备方法以多巴胺表面改性铝粉金属配合物和1,1’-二羟基-5,5’-联四唑金属配合物为原料；/n该方法以单一溶剂作为溶剂；/n该制备方法在常压下且在110～140℃下进行反应。/n

【技术特征摘要】
1.一种铝基含能MOFs的制备方法，其特征在于，该制备方法以多巴胺表面改性铝粉金属配合物和1,1’-二羟基-5,5’-联四唑金属配合物为原料；
该方法以单一溶剂作为溶剂；
该制备方法在常压下且在110～140℃下进行反应。


2.如权利要求1所述的铝基含能MOFs的制备方法，其特征在于，所述的单一溶剂为DMF。


3.如权利要求1所述的铝基含能MOFs的制备方法，其特征在于，所述的多巴胺表面改性铝粉金属配合物中的金属元素为Cu、Co、Ni或Fe；所述的1,1’-二羟基-5,5’-联四唑金属配合物中的金属元素为Cu、Co、Ni或Fe。


4.如权利要求3所述的铝基含能MOFs的制备方法，其特征在于，所述的多巴胺表面改性铝粉金属配合物中的金属元素与所述的1,1’-二羟基-5,5’-联四唑金属配合物中的金属元素采用相同的金属元素或不同的金属元素。


5.如权利要求1所述的铝基含能MOFs的制备方法，其特征在于，所述的铝基含能MOFs的制备过程为：将1,1’-二羟基-5,5’-联四唑金属配合物溶解于单一溶剂中，在常压下加热至110～140℃，然后加入多巴胺表面改性铝粉金属配合物，在常压下且温度为110～140℃下回流冷却搅拌6～24h，然后过滤、洗涤、干燥得到铝基含能MOFs。


6.如权利要求1所述的铝基含能MOFs的制备方法，其特征在于，所述的1,1’-二羟基-5,5’-联四唑金属配合物与多巴胺表面改性铝粉金属配合物的质量比为(0.1～10):1。


7.如权利要求1所述的铝基含能MOFs的制备方法，其特征在于，所述的多巴胺表面改性铝粉金属配合物的制备过程为：
步骤一，多巴胺表面改性铝粉的制备：
将多巴胺溶于三羟甲基氨基甲烷缓冲液中，随后加入铝粉，溶液于10～60℃下搅拌2～12h，产物过滤并用去离子水和乙醇洗涤数次，真空干燥得到多巴胺表面改性铝粉；
步骤二，多巴胺表面改性铝粉金属配合物的制备：
将金属盐溶解于水中，加入步骤一制备的多巴胺表面改性铝粉，于10～60℃下搅拌1～6h，过滤得到多巴胺表面改性铝粉金属配合物。


8.如权利要求1所述的铝基含能MOFs的制备方法，其特征在于，所述的1,1’-二羟基-5,5’-联四唑金属配合物的制备过程为：
步骤三，1,1’-二羟基-5,5’-联四唑的制备：
将1,1’-二羟基-5,5’-联四唑二羟胺盐溶解于硫酸水溶液中，升温搅拌至完全溶解后，待温度降至...

【专利技术属性】
技术研发人员：张明，赵凤起，李辉，杨燕京，安亭，侯晓婷，李娜，姜一帆，蒋周峰，
申请(专利权)人：西安近代化学研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61