Способ получения альфа гидрида алюминия


 


Владельцы патента RU 2602141:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт химии и механики" (ФГУП ЦНИИХМ) (RU)

Изобретение относится к области неорганической химии и может быть использовано для получения альфа гидрида алюминия, который находит применение в качестве энергетического компонента топливных элементов и твердых ракетных топлив. Описан способ получения альфа гидрида алюминия, включающий реакцию между хлоридом алюминия и лития алюмогидридом с образованием раствора эфирного комплекса гидрида алюминия и выпадением осадка хлорида лития, дозирование раствора эфирного комплекса гидрида алюминия в нагретый толуол, содержащий модифицирующую добавку, и выделение целевого продукта из нагретого толуола, в котором в качестве модифицирующей добавки используют хлориды щелочных металлов, реакцию между хлоридом алюминия и лития алюмогидридом осуществляют в температурном интервале от -40°C ÷ 15°C, а продолжительность дозирования раствора эфирного комплекса гидрида алюминия в толуол, нагретый до температуры в диапазоне 70°C÷105°C, составляет 10-30 минут. Технический результат: повышение выхода целевого продукта до 80-96% и повышение безопасности процесса. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 4 пр.

 

Изобретение относится к области неорганической химии и может быть использовано для получения стабилизированного альфа гидрида алюминия (ГА). ГА находит применение в качестве энергетического компонента топливных элементов и твердых ракетных топлив (Твердые топлива реактивных двигателей / В.Н. Аликин, А.В. Вахрушев, В.Б. Голубчиков, А.С. Ермилов, A.M. Липанов, С.Ю. Серебренников; под ред. Академика A.M. Липанова. - М.: Машиностроение, 2011).

Из многочисленных кристаллических форм ГА только альфа-форма является термодинамически устойчивой и обладает необходимым комплексом физико-химических свойств для практического применения (Alex Paraskos, Jami Hanks, Gary Lund. Synthesis and Characterization of Alpha Alane. ATK Launch Systems. IMEM Conference, Miami. 2007).

Известен способ получения альфа гидрида алюминия, включающий реакцию между хлоридом алюминия и гидридом щелочного металла с образованием раствора эфирного комплекса гидрида алюминия и выпадением осадка хлорида лития, фильтрование осадка хлорида лития, дозирование раствора эфирного комплекса гидрида алюминия в нагретый толуол с отгонкой выделяющегося эфира, и выделение целевого продукта из нагретого толуола путем обработки кислотным раствором, способным растворить и удалить примеси, содержащиеся в продукте, выделение альфа гидрида алюминия из кислотного раствора (US 6228338, МПК С01В 6/00, опубл. 08.05.2001).

Недостатками данного способа являются: введение дорогостоящего реагента - борогидрида щелочного металла, загрязнение продукта нестабильными формами гидрида алюминия, которые разрушают на этапе кислотной промывки и связанные с этим сравнительно невысокие выходы ГА.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является выбранный в качестве прототипа способ получения ГА (US 7238336, МПК C10L 1/12, C07F 5/06, С01В 6/00, опубл. 03.07.2007).

Способ получения альфа гидрида алюминия, включающий реакцию между хлоридом алюминия (ХА) и лития алюмогидридом (ЛАГ) с образованием раствора эфирного комплекса гидрида алюминия и выпадением осадка хлорида лития, дозирование раствора эфирного комплекса гидрида алюминия в нагретый толуол, содержащий модифицирующую добавку, и выделение целевого продукта из нагретого толуола.

В прототипе в качестве модифицирующей добавки применяется полимер, выбранный из ряда полистирола, полибутадиена, поли-альфа-пинена, полисилоксанов, их сополимеров и т.д.

Недостатками способа являются: необходимость использования разбавленных растворов, значительное содержание нестабильных кристаллических модификаций гидрида алюминия и связанные с этим невысокие выходы (50-55%).

В рамках данного изобретения была поставлена задача повышения выхода целевого продукта до 80% и выше с одновременным повышением качества продукта и безопасности технологического процесса.

Поставленная задача с указанным техническим результатом достигается тем, что в способе получения альфа гидрида алюминия, включающем реакцию между ХА и ЛАГ с образованием раствора эфирного комплекса гидрида алюминия и выпадением осадка хлорида лития, дозирование раствора эфирного комплекса гидрида алюминия в нагретый толуол, содержащий модифицирующую добавку, и выделение целевого продукта из нагретого толуола, согласно изобретению в качестве модифицирующей добавки используют хлориды щелочных металлов, реакцию между хлоридом алюминия и лития алюмогидридом осуществляют в температурном интервале от -40°C ÷ -15°C, а продолжительность дозирования раствора эфирного комплекса гидрида алюминия в толуол, нагретый до температуры в диапазоне 70°C÷105°C, составляет 10-30 минут.

Использование в качестве модифицирующей добавки хлоридов щелочных металлов вместо полимеров позволяет повысить выход и качество продукта, так как в отличие от полимерных соединений хлориды щелочных металлов не встраиваются в кристаллическую структуру ГА и полностью удаляются в процессе выделения целевого продукта из нагретого толуола.

Осуществление реакции между хлоридом алюминия и лития алюмогидридом в температурном интервале от -40°C ÷ -15°C стабилизирует пересыщенный раствор эфирного комплекса ГА и позволяет проводить дозирование раствора эфирного комплекса ГА в толуол, нагретый до температуры в диапазоне 70°C÷105°C, в течение 10-30 минут. Таким образом, предотвращается преждевременное выпадение в осадок эфирного комплекса гидрида алюминия и отложение его на контактирующих поверхностях трубопроводов, которое наблюдается при температурах, превышающих -15°C. Преждевременно выпавший осадок эфирного комплекса ГА представляет опасность из-за способности к самовоспламенению на воздухе или взрыву при контакте с водой в процессе промывки аппаратуры и трубопроводов. Также выпадение осадка эфирного комплекса ГА снижает выход целевого продукта из-за образования неустойчивых форм ГА в нагретом толуоле.

Преимущественным вариантом осуществления изобретения является использование в качестве модифицирующей добавки выпавшего в осадок хлорида лития.

Новая совокупность параметров позволяет решить задачу получения качественного стабилизированного альфа гидрида алюминия безопаснее по сравнению с прототипом, с выходами, достигающими 80-96%.

Для определения параметров полученного альфа гидрида алюминия методом электронно-микроскопического анализа получают фотографии кристаллов, по которым проводят их морфологический и дисперсионный анализ. Полученные кристаллы имеют максимальный размер частиц до 25-60 мкм.

Методом рентгенофазового анализа устанавливают принадлежность к кристаллографической группе симметрии и определяют параметры кристаллической решетки. Полученный ГА имеет гексагональную модификацию кристаллической решетки и, следовательно, является альфа гидридом алюминия.

Сущность изобретения поясняется примерами 1-4.

Пример 1.

В стеклянном реакторе на 3 л, снабженном мешалкой, 125 г лития алюмогидрида растворяют при комнатной температуре в 1200 мл смеси эфира и толуола (3:1) под атмосферой сухого аргона. В другом реакторе на 4 л, снабженном мешалкой и охлаждающей рубашкой, в 300 мл смеси эфира и толуола растворяют 132 г хлорида алюминия под атмосферой сухого аргона. При растворении хлорида алюминия удерживают температуру ниже -10°C. После чего проводят реакцию между хлоридом алюминия и лития алюмогидридом с образованием раствора эфирного комплекса гидрида алюминия, параллельно захолаживая реакционную массу до -20°C. Раствор перемешивают 20 минут. После выпадения всего количества осадка хлорида лития осадок хлорида лития отфильтровывают и переносят в 15-литровый реактор для кристаллизации, содержащий нагретый до 75°C толуол. Охлажденный раствор эфирного комплекса гидрида алюминия непрерывно, в течение 20 минут, дозируют в нагретый толуол, находящийся в реакторе для кристаллизации. В процессе дозирования раствора эфирного комплекса гидрида алюминия необходимо удерживать указанную температуру нагретого толуола, не допуская ее просадки ниже 70°C. После окончания дозирования раствора эфирного комплекса гидрида алюминия в нагретый толуол проводят плавное повышение температуры, при этом осуществляется постепенная отгонка эфира в специальную емкость. Приблизительно через 2 часа температура в реакторе для кристаллизации достигнет 100-105°C и отгонка эфира полностью прекращается. Смеси дают остыть до комнатной температуры, после чего при охлаждении и перемешивании сначала по каплям, а после прекращения активного газовыделения - тонкой струей добавляют 500 мл 18% соляной кислоты. Во время добавления кислоты температуре не дают подняться выше 35°C. Через 30 минут перемешивание прекращают и нижний, кислотный слой, содержащий суспензию продукта, сливают в специальную емкость. Гидрид алюминия отделяют промывкой водой до нейтральной реакции, а затем промывают спиртом. Выход 114 г (96%).

Пример 2.

Синтез проведен согласно примеру 1, но время дозирования раствора эфирного комплекса гидрида алюминия в нагретый толуол составило 10 мин.

Результаты приведены в табл. 1.

Пример 3.

Синтез проведен согласно примеру 1, но время дозирования раствора эфирного комплекса гидрида алюминия в нагретый толуол составило 30 минут.

Результаты приведены в табл. 1.

Пример 4.

Синтез проведен согласно примеру 1, но вместо переноса в реактор для кристаллизации выпавшего осадка хлорида лития в реактор для кристаллизации помещают 200 г хорошо измельченного и высушенного хлорида натрия.

Результаты приведены в табл. 1.

Полученный согласно изобретению стабилизированный альфа-гидрид алюминия может быть использован:

- в качестве энергетического компонента топливных элементов,

- в качестве энергетического компонента твердых ракетных топлив.

1. Способ получения альфа гидрида алюминия, включающий реакцию между хлоридом алюминия и лития алюмогидридом с образованием раствора эфирного комплекса гидрида алюминия и выпадением осадка хлорида лития, дозирование раствора эфирного комплекса гидрида алюминия в нагретый толуол, содержащий модифицирующую добавку, и выделение целевого продукта из нагретого толуола, отличающийся тем, что в качестве модифицирующей добавки используют хлориды щелочных металлов, реакцию между хлоридом алюминия и лития алюмогидридом осуществляют в температурном интервале от -40°C ÷ 15°C, а продолжительность дозирования раствора эфирного комплекса гидрида алюминия в толуол, нагретый до температуры в диапазоне 70°C÷105°C, составляет 10-30 минут.

2. Способ получения по п. 1, отличающийся тем, что в качестве модифицирующей добавки используют осадок хлорида лития, выпавший в реакции между хлоридом алюминия и лития алюмогидридом.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу получения 2,6,8,11-тетраэтил-4-арил-1,7-дитиа-4-аза-2,6,8,11-тетраалюминациклоундеканов общей формулы (1): Способ включает взаимодействие 3-арил(n-метилфенил, n-метоксифенил, n-хлорфенил, n-бром)-1,5,3-дитиазепанов с EtAlCl2 в присутствии магниевого порошка с участием катализатора Cp2TiCl2 и Cp2ZrCl2 при мольном соотношении 3-арил-1,5,3-дитиазепан : EtAlCl2 : Mg : Cp2TiCl2 : Cp2ZrCl2 = 1:(4.5-5.5):(4.5-5.5):(0.03-0.07):(0.03-0.07) в смеси растворителей Et2O - ТГФ (1:1, объемн.), в атмосфере аргона при температуре 35-45°С в течение 6-10 ч.

Изобретение относится к области органической химии, в частности к способу совместного получения 2,6,8,11-тетраэтил-4-фенил-1,7-дитиа-4-аза-2,6,8,11-тетраалюминациклоундекана (1) и 2,4,7,9,12-пентаэтил-5-фенил-1,8-дитиа-5-аза-2,4,7,9,12-пентаалюмина-циклододекана (2): Способ включает взаимодействие 3-фенил-1,5,3-дитиазепана с EtAlCl2 в присутствии магниевого порошка с участием катализатора Cp2TiCl2.

Изобретение относится к способу получения пористых координационных полимеров общей формулы MIL-53(X), где Х=Al или Cr. Способ включает смешение хлорида металла общей формулы XCl3×6H2O, где X имеет вышеуказанные значения, и 1,4-бензолдикарбоновой кислоты в присутствии растворителя, нагревание полученной реакционной смеси под воздействием СВЧ-излучения и выделение целевого продукта.

Изобретение относится к пористому металлорганическому скелетному материалу. Материал содержит по меньшей мере одно по меньшей мере двухкоординационное органическое соединение, координационно соединенное по меньшей мере с одним ионом металла и являющееся производным 2,5-фурандикарбоновой или 2,5-тиофендикарбоновой кислоты.

Изобретение относится к области металлорганического синтеза, конкретно к способу получения рацемических 1-этил-3,4-бис[(оксифенил)метил]алюминациклопентанов общей формулы (1a-d): Способ включает взаимодействие непредельных соединений с этилалюминийдихлоридом EtAlCl2, металлическим магнием в присутствии катализатора Cp2ZrCl2.

Изобретение относится к получению предкерамических волокнообразующих органо-иттрийоксаналюмоксанов. Предложен способ получения предкерамических волокно-образующих органоиттрийоксаналюмоксанов взаимодействием полиалкоксиалюмоксанов с раствором гидрата ацетилацетоната иттрия {[СН3(O)ССН=С(СН3)O]3Y·2,5Н2O}, концентрация которого 4,5-5,0 мас.% в ацетоуксусном эфире, в среде органического растворителя (гексан, толуол, этиловый спирт и т.п.) при температуре 20-50°C, при этом мольное отношении алюминий : иттрий (Al :Y) менее 200, с последующей отгонкой растворителей сначала при атмосферном давлении, а затем при пониженном давлении и температуре до 150°C.

Настоящее изобретение относится к способу получения высокочистых алкоголятов алюминия, которые применяются в качестве прекурсоров при синтезировании функциональной керамики.

Изобретение относится к области металлорганического синтеза, конкретно к способу получения 3-(оксифенил)метилзамещенных алюминациклопентанов общей формулы (1a-e): Способ включает взаимодействие аллилбензолов с триэтилалюминием (AlEt3) в присутствии катализатора Cp2ZrCl2.

Изобретение относится к химии и химической технологии, а именно к синтезу модифицированных силикагелей, содержащих ковалентно связанные с ними молекулы замещенных фталоцианинов, и их применению для фотообеззараживания воды.

Изобретение относится к области металлорганического синтеза, конкретно к способу получения энантиомерно обогащенного 1-этил-(3R)-фенилалюминациклопентана (1) Cпособ включает взаимодействие стирола с триэтилалюминием (AlEt3) в присутствии энантиомерно чистого катализатора бис(1-неоментилинденил)цирконий дихлорида .
Изобретение относится к способам хранения газов и может быть использовано в химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности. .
Изобретение относится к получению германийсодержащих материалов и касается разработки электрохимического способа получения высокочистого гидрида германия, пригодного к использованию в качестве источника германия в технологиях микроэлектроники.

Изобретение относится к области неорганической химии, а именно к способу получения мышьяковистого водорода. .
Изобретение относится к способам хранения газов и может быть использовано в химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности. .
Изобретение относится к способам получения 1,2-бис(гидроксиметил)-о-карборана, который используется для создания полимерных производных, применяемых в качестве компонентов специальных составов с уникальными свойствами, суперклеев и высокотермостойких полимеров.
Наверх