Новости химической науки > Ионные жидкости для ракетного топлива

Специалисты из исследовательского отдела вооруженных сил США разработали новое экологически чистое ракетное топливо, компоненты которого обладают меньшим корродирующим действием и меньшей токсичностью, чем обычно использующиеся компоненты ракетного топлива.

Ракеты обычно летают на двухкомпонентном ракетном топливе, которое состоит собственно из топлива и окислителя, которые при контакте самопроизвольно воспламеняются, выделяя значительное количество энергии. Окислители, как правило, представляют собой азотную кислоту или димер оксида азота(IV), которые отличаются высокой корродирующей способностью и способностью выделять токсичные пары, топливом является гидразин, который является токсичным и отличается невысокой устойчивостью.

Специалист по ракетным топливам из Университета Кренфилда (Феликобритания) Джон Беллерби (John Bellerby) подчеркивает, что одним из важнейших требований для разработки менее опасного жидкого двухкомпонентного ракетного топлива является понижение токсичности паров топлива и окислителя, однако это не так просто осуществить, сохранив при этом высокую производительность топлива и его способность к самовоспламенению. В качестве привлекательного альтернативного окислителя в последнее время рассматривается пероксид водорода, однако для него сложно подобрать топливо, которое бы активно реагировало с H₂O₂.

Комбинация ионной жидкости с пероксидом водорода представляет собой безопасную и экологически чистую версию двухкомпонентного ракетного топлива. (Рисунок из Angew. Chem. Int. Ed., 2011, DOI: 10.1002/anie.20110175)

Стефан Шнайдер (Stefan Schneider) с коллегами из Исследовательской Лаборатории ВВС США уверен, что ему удалось подобрать подходящее топливо для окислителя – пероксида водорода. Топливо, которое предлагается использовать, представляет собой ионную жидкость с высоким содержанием водорода.

Применение ионных жидкостей для перевода гидридов металлов в жидкое состояние для использования их в качестве топлива предпринимался и ранее, однако такие «сжиженные» гидриды отличались низкой реакционной способностью. Исследователи из группы Шнайдера продемонстрировали, что комбинацию ионной жидкости с боргидридом алюминия, позволяющую получить комплексные анионы, например, Al(BH₄)₄^–, можно рассматривать как получение «конденсированной формы водорода, стабилизированной ионами металлов».

Исследователи взяли хлорид тригексилтетрадецилфосфония [trihexyltetradecylphosphonium (THTDP) chloride] и заместили хлорид-анион на боргидрид-анион. Образовавшийся (THTDP)BH₄ реагировал с избытком боргидрида алюминия, образуя стабильную при комнатной температуре ионную жидкость, в состав которой входит анион Al(BH₄)₄^–. Испытания показали, что параметры взаимодействия полученной ионной жидкости с пероксидом водорода соответствует параметрам, необходимым для успешного применения смеси окислитель/восстановитель в качестве двухкомпонентного ракетного топлива.

Беллерби высоко оценивает работу коллег из группы Шнайдера, отмечая, что высокое содержание водорода в новой ионной жидкости наряду с низкой токсичности ее паров позволяет надеяться на перспективы применения новой системы в качестве двухкомпонентного ракетного топлива.

Источник: Angew. Chem. Int. Ed., 2011, DOI: 10.1002/anie.20110175

метки статьи: #неорганическая химия, #новые материалы, #органическая химия, #химическая технология