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[硕士论文] 李志会
化学工程与技术 扬州大学 2018(学位年度)
摘要:相稳定硝酸铵具有晶变温度高、产气率高、价格低廉且燃烧产物中不含氯化氢的特性,符合作为燃气发生剂中氧化剂的要求。不同粒径大小的相稳定硝酸铵颗粒按一定比例混合进行粒度级配能提高燃气发生剂的装填密度和能量密度。有研究发现,氧化剂粒度级配中包含的超细氧化剂粒子能改善燃气发生剂的燃烧性能。然而,超细相稳定硝酸铵比表面积大,表面能较高,易吸湿结块。因此,本文针对相稳定硝酸铵粒径大小及吸湿结块问题,通过对国内外制备超细粒子的实验方法进行分析和比较,设计了甲苯-乙醇-水乳液体系的实验方案,开展了超细相稳定硝酸铵的制备及表面改性实验研究。
  首先,探讨了微乳体系的冷却方式和相稳定剂添加量对硝酸铵相稳定性的影响以及乳化温度、析晶温度、搅拌速率、水与乙醇比例以及硝酸铵浓度对相稳定硝酸铵粒径大小、粒度分布以及收率的影响。实验结果表明当冷却方式选取瞬间冷却法,相稳定剂用量是2.8%时,硝酸铵的Ⅲ(←→)Ⅳ相转变消失,Ⅲ(←→)Ⅱ相转变延迟出现,硝酸铵的晶相转变被抑制。相稳定硝酸铵的平均粒径随着乳化温度的升高先减小后增大,而收率则一直增大;相稳定硝酸铵的平均粒径随着析晶温度的升高而增大,而收率随着析晶温度的升高而减小;相稳定硝酸铵的平均粒径随着转速的增大而减小,而收率并不受转速的影响;相稳定硝酸铵的平均粒径随着水与乙醇比例的减小而减小,收率亦不受水与乙醇比例的影响;相稳定硝酸铵的平均粒径随着硝酸铵浓度的增大而减小,而收率则随之增大。当乳化温度为60℃、析晶温度为15℃、搅拌速率为220r/min、水与乙醇比例为1∶8以及硝酸铵浓度为0.042mmol/L时,相稳定硝酸铵的产品粒径最小。
  然后,运用五因素四水平正交实验和三因素两水平正交实验来优化超细相稳定硝酸铵的制备工艺条件。实验结果表明:随着乳化温度的升高,析晶温度的降低以及硝酸铵浓度的增加,超细相稳定硝酸铵的收率增加。搅拌速率和水与乙醇比例对样品收率影响不大。各因素对超细相稳定硝酸铵收率影响的顺序为:硝酸铵浓度>乳化温度>析晶温度>水与乙醇比例>搅拌速率。实验结果也表明水与乙醇比例对指标粒径分布的影响最大,硝酸铵浓度和乳化温度次之,析出温度及搅拌速率对指标粒径的影响最弱。各因素对相稳定硝酸铵粒径的影响顺序为水与乙醇比例>硝酸铵浓度>乳化温度>析晶温度>搅拌速率。另外,实验发现对于收率指标,乳化温度与硝酸铵浓度相互关联。对于粒度分布指标,水与乙醇比例与乳化温度对相稳定硝酸铵粒径分布指标的影响相互关联。综合正交实验结果,总结出制备超细相稳定硝酸铵的最佳工艺条件是:乳化温度为60℃、析晶温度为20℃、搅拌速率为200r/min、水与乙醇比例为1∶6、硝酸铵浓度为0.040mmol/L。
  最后,利用表面活性剂来降低超细相稳定硝酸铵的吸湿性。采用甲苯-乙醇-水-微乳体系来改性超细相稳定硝酸铵,探讨了表面活性剂种类以及表面活性剂添加量对超细相稳定硝酸铵的改性效果。结果表明,十六烷基三甲基溴化铵对超细相稳定硝酸铵的改性效果最好。当十六烷基三甲基溴化铵的添加量是1.00%时,其最终吸湿率是7.78%,最大压缩负荷下降37.01%,表面张力是42.9mJ·m-2,吸油率为6.09%,休止角是33.09°,松密度为0.75g/mL,振实密度是0.86g/mL,纯度是96.56%。
  通过以上研究,获得了制备超细相稳定硝酸铵的优化工艺条件以及改性超细相稳定硝酸铵的最佳添加剂量。这为相稳定硝酸铵的细化提供了一种新途径,同时也为其应用提供了必要的理论依据和技术支撑。另外,也有助于其它工业超细粒子的制备和改性。
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