CN115894138A - 一种废弃的含胍碱式硝酸铜再利用的方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种废弃的含胍碱式硝酸铜再利用的方法，包括以下步骤：步骤一、将废弃的含胍碱式硝酸铜与可燃剂四唑盐混合；步骤二、向气体发生剂组分添加添加剂，制备得到可以产气的气体发生剂组合物；所述含胍碱式硝酸铜主要成分为碱式硝酸铜和硝酸胍；所述添加剂包括辅助氧化剂、粘结剂。本发明通过向废弃的含胍碱式硝酸铜中添加可燃剂以及添加剂，制备得到可以产气的气体发生剂组合物，从而回收利用废弃的含胍碱式硝酸铜。同时，本发明制备出的气体发生剂组合物可用于充气设备、高压气体***装置等，起到了充分利用危险固废物，节能环保的作用，制得的气体发生剂性能优良，可使用领域广泛。
Description
技术领域
本发明涉及危险固废物利用技术领域，具体为一种废弃的含胍碱式硝酸铜再利用的方法和应用。
背景技术
汽车安全气囊是被动安全***的重要组成部分。近年来，随着道路条件的改善和汽车技术的进步，汽车行驶速度越来越快，车流密度也越来越大，交通安全问题日益迫切，道路交通事故已经成为各类安全事故中的“第一杀手”，约占80％。安全气囊作为汽车上的保护装置也越来越受到人们重视。汽车安全气囊的核心组件为气体发生器，而气体发生器的核心组件则为气体发生剂，即产气药。安全气囊的工作原理是当气体发生器接收到脉冲电信号后，点火***内部的电点火管被激发起爆，电点火管内部的起爆药燃烧产生的热量将点火药点燃，点火药燃烧后将产气药点燃，产气药燃烧产生的大量气体将气袋充满，充满的气袋形成缓冲作用，从而达到保护乘客的目的。
早期的安全气囊用气体发生剂使用叠氮化钠作为燃料，由于叠氮化钠的高毒性，此类发生剂已逐渐退出市场。目前含氮有机物作为燃料的非叠氮类气体发生剂已被广泛应用。非叠氮化合物产气药的研究方向主要集中在以唑类、嗪类、胍类、偶氮类等非叠氮化物。其中，胍类产气药具有化学稳定性高、产气量大、原料易得等特点。目前很多气体发生剂主要采用碱式硝酸铜/硝酸胍体系，即以碱式硝酸铜和硝酸胍作为主要成分。
碱式硝酸铜(BCN)这种已知的氧化剂由于燃烧生成的热量低因而降低了燃烧温度和抑制了NO的生成量，还因此对于放出的气体具有净化的作用，并且还能改善点火和燃烧性能，所以它已被广泛用作氧化剂。
在工业化生产中，存在安全气囊产气药造粒失败与产品质量达不到出厂标准两种情况，产生废弃碱式硝酸铜与硝酸胍混合物。基于此，将废弃的硝酸胍与碱式硝酸铜混合物作为气体发生剂组合物的成分之一，制备具有产气能力的气体发生剂，实现危险固废物的回收利用。
发明内容
针对上述内容，本发明的目的是通过向废弃的含胍碱式硝酸铜中添加可燃剂以及添加剂，制备得到可以产气的气体发生剂组合物，从而回收利用废弃的含胍碱式硝酸铜。
本发明采用以下技术方案：一种废弃的含胍碱式硝酸铜再利用的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、将废弃的含胍碱式硝酸铜与可燃剂四唑盐混合；
步骤二、向气体发生剂组分添加添加剂，制备得到可以产气的气体发生剂组合物；
其中：
所述含胍碱式硝酸铜主要成分为碱式硝酸铜和硝酸胍；
所述添加剂包括辅助氧化剂、粘结剂；
所述气体发生剂组合物的氧平衡为-0.2～0；
所述气体发生剂组合物，按质量百分数计，各组分的含量为：
进一步的，所述废弃的含胍碱式硝酸铜的成分按照质量百分比为：
进一步的，所述可燃剂的四唑盐包括5-氨基四氮唑。
进一步的，所述辅助氧化剂包括高氯酸盐和硝酸盐中的一种或多种，所述高氯酸盐包括高氯酸铵、高氯酸钾，所述硝酸盐包括硝酸钾、硝酸铵。
进一步的，所述粘结剂为羧甲基纤维素钠，其质量百分比为所述气体发生剂总量的1％～5％。
进一步的，所述气体发生剂组合物的制备方法包括湿法制粒、干法制粒。
进一步的，所述湿法制粒的具体制备方法包括如下步骤:
步骤一、将废弃的含胍碱式硝酸铜、可燃剂、辅助氧化剂和粘结剂直接混合得到第一物料；
步骤二、将第一物料放入塑料瓶中，加入无水乙醇直至淹没物料，加入30粒粒径不一的钢珠，机器搅拌12h，结束后将钢珠去除得到第二物料；
步骤三、将第二物料放入60摄氏度真空干燥箱，真空干燥24h，得到第三物料；
步骤四、将第三物料放入自制模具
用手动油压机制粒得到成型气体发生剂组合物。
进一步的，所述干法制粒的具体制备方法包括如下步骤:
步骤一、将可燃剂分三批混合进入废弃的含胍碱式硝酸铜中，用研钵研磨得到第一物料；
步骤二、将辅助氧化剂和粘结剂分三批混合进入第一物料，用研钵研磨得到第二物料；
步骤三、将第二物料放入60摄氏度真空干燥箱，真空干燥12h，得到第三物料；
步骤四、将第三物料放入自制模具
用手动油压机制粒得到成型气体发生剂组合物。
本发明还提供了一种采用如前所述的废弃的含胍碱式硝酸铜再利用的方法制得的气体发生剂组合物。
本发明还提供了提供了一种气体发生剂组合物的应用，该气体发生剂组合物应用于充气设备、高压气体***装置或驾驶席气囊气体发生器。
有益效果：与现有技术相比，本发明通过向废弃的含胍碱式硝酸铜中添加可燃剂以及添加剂，制备得到可以产气的气体发生剂组合物，从而回收利用废弃的含胍碱式硝酸铜。同时，本发明制备出的气体发生剂组合物可用于充气设备、高压气体***装置等，起到了充分利用危险固废物，节能环保的作用，制得的气体发生剂性能优良，可使用领域广泛。
附图说明
图1为本发明实施例1-7中容器压力与时间的关系示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照附图对本发明进行更加全面的描述。本发明可以通过不同的形式来实现，并不限于文本所描述的实施例。相反的，提供实施例是为了使本发明公开的内容更加透彻全面。
本申请实施例提供了一种废弃的含胍碱式硝酸铜再利用的方法，包括以下步骤：步骤一、将废弃的含胍碱式硝酸铜与可燃剂四唑盐混合；步骤二、向气体发生剂组分添加添加剂，制备得到可以产气的气体发生剂组合物。
所述废弃含胍碱式硝酸铜可看作组合物的氧化剂，主要含有碱式硝酸铜、硝酸胍，混合前需烘干；可燃剂含有含氮化合物，该含氮化合物为5-氨基四唑；辅助氧化剂为高氯酸铵、高氯酸钾、硝酸铵、硝酸钾中的一种或几种，其作用为提高废弃的含胍碱式硝酸铜的氧化性；粘结剂为羧甲基纤维素钠，其作用为提高组分之间的粘结强度。
上述各组分按质量百分数计的含量为：所述废弃的含胍碱式硝酸铜50％～85％；可燃剂为15％～50％；辅助氧化剂为5％～30％；粘结剂为1％～5％。优选，上述各组分的含量为废弃碱式硝酸铜54％～78％；可燃剂16％～46％；辅助氧化剂5％～25％，粘结剂5％。
在上述生成的气体发生剂组合物中，废弃的含胍碱式硝酸铜的质量百分比可以但不限于为66％、61％、67％、72％、74％、77％、81％、 83％、89％。
在上述生成的气体发生剂组合物中，当可燃剂选用5-氨基四唑时质量百分比可以但不限于为18％、25％、27％、32％、33％、38％、 36％、38％、41％。
在上述生成的气体发生剂组合物中，辅助氧化剂选用高氯酸铵时的质量百分比可以但不限于为9％、11％、13％、15％、17％。
在上述生成的气体发生剂组合物中，辅助氧化剂选用高氯酸钾时的质量百分比可以但不限于为9％、11％、15％、20％、25％。
在上述生成的气体发生剂组合物中，辅助氧化剂选用硝酸铵时的质量百分比可以但不限于为、7％、8％、10％、16％、20％。
在上述生成的气体发生剂组合物中，辅助氧化剂选用硝酸钾时的质量百分比可以但不限于为7％、8％、10％、13％、15％、18％。
在上述生成的气体发生剂组合物中，粘结剂选用羧甲基纤维素钠质量百分比可以但不限于为1％、2％、4％、5％。
本申请实施例的气体发生剂组合物的各组分需要在上述含量范围内，同时氧平衡0B值为-0.20～0.05，可选地，氧平衡为-0.15～0，进一步可选为-0.15。在上述气体发生剂组合物中，所述气体发生剂组合物的氧平衡可以但不限于为0.05、0、-0.05、-0.10、-0.15、-0.2。
作为一种实施方式，气体发生剂组合物由废弃的含胍碱式硝酸铜、5-氨基四唑、高氯酸盐/硝酸盐组成，需要说明的是，该气体发生剂组合物的组成是指活性成分的组成，在储存和混合阶段不可避免引入的杂质和水分。
需要说明的是，气体发生剂组合物是指可以应用在汽车安全气囊的气体发生器中的产品，通常情况下﹐其具有一定外形。比如，气体发生剂为外形为圆形或椭圆形片状结构、圆形或椭圆形柱状结构、异形片状或柱状结构、圆形或椭圆形单孔结构、圆形或椭圆形多孔结构、异形单孔或多孔结构。
在实验室实验中，圆形片状结构的气体发生剂的直径一般为 10～15mm，高度一般为2～5mm；圆形柱状结构的气体发生剂的直径一般为4～8mm，高度一般为5～10mm；圆形单孔结构的气体发生剂的内径一般为0.5～2.5mm，外径一般为3～15mm，高度一般为3～15mm；椭圆形单孔结构的气体发生剂的内径一般为0.5～2.5mm，长径一般为3～20mm，短直径一般为2～12mm，高度一般为3～15mm。
本申请实施例中，可以采用湿法制粒、干法制粒制备气体发生剂组合物。对于采用工艺简单、易于实现的湿法制粒进行制备的情况作为一种实施方式，气体发生剂的具体制备方法包括如下步骤:
步骤一、将废弃的含胍碱式硝酸铜﹑可燃剂、辅助氧化剂和粘结剂直接混合得到第一物料；
步骤二、将第一物料放入塑料瓶中，加入无水乙醇直至淹没物料，加入30粒粒径不一的钢珠，机器搅拌12h，结束后将钢珠取出得到第二物料；
步骤三、将第二物料放入60摄氏度真空干燥箱，真空干燥24h，得到第三物料；
步骤四、将第三物料放入自制模具
用手动油压机制粒得到成型气体发生剂组合物。
上述气体发生剂组合物的制备方法，步骤一可用混合机混合或研钵研磨混合，混合时间>30min。
本实施例提供一种气体发生剂组合物，采用上述废弃的含胍碱式硝酸铜再利用的方法制得，并可根据成型所要求的形状，包括单孔的圆柱状、多孔的圆柱状、粒状和片状的成型体。
本实施例还提供一种气体发生剂组合物的应用，将上述气体发生剂组合物和由其制得的成型体应用于充气设备、高压气体***装置等领域。
以下结合实施例对本申请的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供一种气体发生剂组合物，为直径6mm，厚度10mm 的柱状物，由废弃的含胍碱式硝酸铜、可燃剂5-氨基四唑、粘结剂羧甲基纤维素钠组成。按照质量百分数计，废弃含胍碱式硝酸铜77％、 5-氨基四唑22％、羧甲基纤维素钠1％。气体发生剂组合物的氧平衡约为0。
该气体发生剂的制备过程为：
将废弃的含胍碱式硝酸铜、可燃剂5-氨基四唑、粘结剂羧甲基纤维素钠直接混合得到第一物料；将第一物料放入80mL塑料瓶中，加入无水乙醇直至淹没物料，加入30粒粒径不一的钢珠，机器搅拌12h，结束后将钢珠取出得到第二物料；将第二物料放入60摄氏度真空干燥箱，真空干燥24h，得到第三物料；将第三物料放入自制模具
用手动油压机制粒得到成型气体发生剂组合物。
实施例2
本实施例提供一种气体发生剂组合物，为直径6mm，厚度10mm 的柱状物，由废弃的含胍碱式硝酸铜、可燃剂5-氨基四唑、粘结剂羧甲基纤维素钠组成。按照质量百分数计，废弃含胍碱式硝酸铜72％、 5-氨基四唑27％、羧甲基纤维素钠1％。气体发生剂组合物的氧平衡约为-0.05。
该气体发生剂的制备过程为：
将废弃的含胍碱式硝酸铜、可燃剂5-氨基四唑、粘结剂羧甲基纤维素钠直接混合得到第一物料；将第一物料放入80mL塑料瓶中，加入无水乙醇直至淹没物料，加入30粒粒径不一的钢珠，机器搅拌12h，结束后将钢珠取出得到第二物料；将第二物料放入60摄氏度真空干燥箱，真空干燥24h，得到第三物料；将第三物料放入自制模具
用手动油压机制粒得到成型气体发生剂组合物。
实施例3
本实施例提供一种气体发生剂组合物，为直径6mm，厚度10mm 的柱状物，由废弃的含胍碱式硝酸铜、可燃剂5-氨基四唑、粘结剂羧甲基纤维素钠组成。按照质量百分数计，废弃碱式硝酸铜66％、可燃剂5-氨基四唑33％、羧甲基纤维素钠1％。气体发生剂组合物的氧平衡约为-0.10。
该气体发生剂的制备过程为：
将废弃的含胍碱式硝酸铜、可燃剂5-氨基四唑、粘结剂羧甲基纤维素钠直接混合得到第一物料；将第一物料放入80mL塑料瓶中，加入无水乙醇直至淹没物料，加入30粒粒径不一的钢珠，机器搅拌12h，结束后将钢珠取出得到第二物料；将第二物料放入60摄氏度真空干燥箱，真空干燥24h，得到第三物料；将第三物料放入自制模具
用手动油压机制粒得到成型气体发生剂组合物。
实施例4
本实施例提供一种气体发生剂组合物，为直径6mm，厚度10mm 的柱状物，由废弃的含胍碱式硝酸铜、可燃剂5-氨基四唑、粘结剂羧甲基纤维素钠组成。按照质量百分数计，废弃含胍碱式硝酸铜59％、可燃剂5-氨基四唑39％、羧甲基纤维素钠2％。气体发生剂组合物的氧平衡约为-0.15。
该气体发生剂的制备过程为：
将废弃的含胍碱式硝酸铜、可燃剂5-氨基四唑、粘结剂羧甲基纤维素钠直接混合得到第一物料；将第一物料放入80mL塑料瓶中，加入无水乙醇直至淹没物料，加入30粒粒径不一的钢珠，机器搅拌12h，结束后将钢珠取出得到第二物料；将第二物料放入60摄氏度真空干燥箱，真空干燥24h，得到第三物料；将第三物料放入自制模具
用手动油压机制粒得到成型气体发生剂组合物。
实施例5
本实施例提供一种气体发生剂组合物，为直径6mm，厚度10mm 的柱状物，由废弃的含胍碱式硝酸铜、可燃剂5-氨基四唑、粘结剂羧甲基纤维素钠组成。按照质量百分数计，废弃含胍碱式硝酸铜53％、可燃剂5-氨基四唑45.5％、羧甲基纤维素钠2％。气体发生剂组合物的氧平衡约为-0.20。
该气体发生剂的制备过程为：
将废弃的含胍碱式硝酸铜、可燃剂5-氨基四唑、粘结剂羧甲基纤维素钠直接混合得到第一物料；将第一物料放入80mL塑料瓶中，加入无水乙醇直至淹没物料，加入30粒粒径不一的钢珠，机器搅拌12h，结束后将钢珠取出得到第二物料；将第二物料放入60摄氏度真空干燥箱，真空干燥24h，得到第三物料；将第三物料放入自制模具
用手动油压机制粒得到成型气体发生剂组合物。
实施例6
本实施例提供一种气体发生剂组合物，为直径6mm，厚度10mm 的柱状物，由废弃的含胍碱式硝酸铜、可燃剂5-氨基四唑、辅助氧化剂高氯酸钾、粘结剂羧甲基纤维素钠组成。按照质量百分数计，废弃含胍碱式硝酸铜45.3％、可燃剂5-氨基四唑30.2％、辅助氧化剂高氯酸钾24％、羧甲基纤维素钠1％。气体发生剂组合物的氧平衡约为0。
该气体发生剂的制备过程为：
将废弃的含胍碱式硝酸铜、可燃剂5-氨基四唑、辅助氧化剂高氯酸钾、粘结剂羧甲基纤维素钠直接混合得到第一物料；将第一物料放入80mL塑料瓶中，加入无水乙醇直至淹没物料，加入30粒粒径不一的钢珠，机器搅拌12h，结束后将钢珠取出得到第二物料；将第二物料放入60摄氏度真空干燥箱，真空干燥24h，得到第三物料；将第三物料放入自制模具
用手动油压机制粒得到成型气体发生剂组合物。
实施例7
本实施例提供一种气体发生剂组合物，为直径6mm，厚度10mm 的柱状物，由废弃的含胍碱式硝酸铜、可燃剂5-氨基四唑、辅助氧化剂高氯酸铵和硝酸钾、粘结剂羧甲基纤维素钠组成。按照质量百分数计，废弃含胍碱式硝酸铜41.7％、可燃剂5-氨基四唑28.4％、辅助氧化剂高氯酸铵15.3％、硝酸钾13.1％、羧甲基纤维素钠1％。气体发生剂组合物的氧平衡约为0。
该气体发生剂的制备过程为：
将废弃的含胍碱式硝酸铜、可燃剂5-氨基四唑、辅助氧化剂高氯酸铵和硝酸钾、粘结剂羧甲基纤维素钠直接混合得到第一物料；将第一物料放入80mL塑料瓶中，加入无水乙醇直至淹没物料，加入30 粒粒径不一的钢珠，机器搅拌12h，结束后将钢珠取出得到第二物料；将第二物料放入60摄氏度真空干燥箱，真空干燥24h，得到第三物料；将第三物料放入自制模具
用手动油压机制粒得到成型气体发生剂组合物。
表1
注：BCN、KP、AP、KN分别为碱式硝酸铜、高氯酸钾、高氯酸铵、硝酸钾
表1为实施例1-7各组分重量；如图1所示，用密闭爆发器研究实施例1-7在定容燃烧时压力变化情况。由实施例1-5的密闭爆发器 P-t曲线可知，不额外添加氧化剂的实施例中实施例4的升压速率最高；由实施例1-7的密闭爆发器P-t曲线可知，在添加辅助氧化剂的情况下，添加高氯酸钾的升压速率最高。综上，本发明利用废弃的含胍碱式硝酸铜作为原料，制备气体发生剂，充分利用固废物，节能环保，制得的气体发生剂性能优良。为废弃产气药的资源化利用提供的一种可靠的思路。
在上述实施例中可以实现全部功能，或根据需要实现部分功能。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
Claims (10)
1.一种废弃的含胍碱式硝酸铜再利用的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、将废弃的含胍碱式硝酸铜与可燃剂四唑盐混合，
步骤二、向气体发生剂组分添加添加剂，制备得到可以产气的气体发生剂组合物；
其中：
所述含胍碱式硝酸铜主要成分为碱式硝酸铜和硝酸胍；
所述添加剂包括辅助氧化剂、粘结剂；
所述气体发生剂组合物的氧平衡为-0.2～0；
所述气体发生剂组合物，按质量百分数计，各组分的含量为：
2.根据权利要求1所述的一种废弃的含胍碱式硝酸铜再利用的方法，其特征是：所述废弃的含胍碱式硝酸铜的成分按照质量百分比为：
3.根据权利要求1所述的一种废弃的含胍碱式硝酸铜再利用的方法，其特征是：所述可燃剂的四唑盐包括5-氨基四氮唑。
4.根据权利要求1所述的一种废弃的含胍碱式硝酸铜再利用的方法，其特征是：所述辅助氧化剂包括高氯酸盐和硝酸盐中的一种或多种，所述高氯酸盐包括高氯酸铵、高氯酸钾，所述硝酸盐包括硝酸钾、硝酸铵。
5.根据权利要求1所述的一种废弃的含胍碱式硝酸铜再利用的方法，其特征是：所述粘结剂为羧甲基纤维素钠，质量百分比为所述气体发生剂总量的1％～5％。
6.根据权利要求1所述的一种废弃的含胍碱式硝酸铜再利用的方法，其特征是：所述气体发生剂组合物的制备方法包括湿法制粒、干法制粒。
7.根据权利要求6所述的一种废弃的含胍碱式硝酸铜再利用的方法，其特征是：所述湿法制粒的具体制备方法包括如下步骤：
步骤一、将废弃的含胍碱式硝酸铜、可燃剂、辅助氧化剂和粘结剂直接混合得到第一物料；
步骤二、将第一物料放入塑料瓶中，加入无水乙醇直至淹没物料，加入30粒粒径不一的钢珠，机器搅拌12h，结束后将钢珠去除得到第二物料；
步骤三、将第二物料放入60摄氏度真空干燥箱，真空干燥24h，得到第三物料；
步骤四、将第三物料放入自制模具
用手动油压机制粒得到成型气体发生剂组合物。
8.根据权利要求6所述的一种废弃的含胍碱式硝酸铜再利用的方法，其特征是：所述干法制粒的具体制备方法包括如下步骤：
步骤一、将可燃剂分三批混合进入废弃的含胍碱式硝酸铜中，用研钵研磨得到第一物料；
步骤二、将辅助氧化剂和粘结剂分三批混合进入第一物料，用研钵研磨得到第二物料；
步骤三、将第二物料放入60摄氏度真空干燥箱，真空干燥12h，得到第三物料；
步骤四、将第三物料放入自制模具
用手动油压机制粒得到成型气体发生剂组合物。
9.一种气体发生剂组合物，其特征在于：如权利要求1-8任意一项所述的废弃的含胍碱式硝酸铜再利用的方法制得。
10.根据权利要求9所述的一种气体发生剂组合物的应用，其特征在于：所述气体发生剂组合物应用于充气设备、高压气体***装置等。
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