[科普中国]-肼类燃料

简介

可用作液体火箭燃料的肼及其衍生物的统称。泛指肼、甲基肼和偏二甲肼。鱼腥味透明液体。与许多强氧化剂接触能自燃。热稳定性随肼中碳原子增加而改善。偏二甲肼常与发烟硝酸、四氧化二氮等组成双组元液体推进剂，广泛用于各种运载火箭、战略和战术导弹中。肼和甲基肼常用于姿控发动机中。2

肼类燃料肼又称联氨，分子式是N2H4。无色油状液体。有类似于氨的刺鼻气味，一种强极性化合物。无色、油状液体，能很好地混溶于水、醇等极性溶剂中，与卤素、过氧化氢等强氧化剂作用能自燃，长期暴露在空气中或短时间受高温作用会爆炸分解，具有强烈的吸水性，贮存时用氮气保护并密封。有毒，能强烈侵蚀皮肤，对眼睛、肝脏有损害作用。3

肼是一种强还原剂，能与许多氧化性物质，如高锰酸钾、次氯酸钙等溶液发生剧烈反应。因此常用这类反应来处理肼的少量污水或废液。

肼虽然是可燃液体，但是它的热稳定性尚好，对冲击、压缩、摩擦、振动等均不敏感。2

偏二甲肼偏二甲肼分子式是(CH3)2NNH2。它是一种易燃、有毒、具有强烈鱼腥味的无色透明液体。它的吸湿性较强，在大气中能与水蒸气结合而冒白烟。

偏二甲肼在常温下能与极性和非极性液体（如水、乙醇、肼、二乙三胺、汽油及大多数石油产品）完全互溶。当偏二甲肼含水量很少时，它与煤油的互溶温度在﹣40℃以下。

偏二甲肼是一种弱有机碱，它与水作用生成共轭酸和碱，与许多有机酸反应生成盐，与二氧化碳作用生成白色的碳酸盐沉淀，因此偏二甲肼暴露于空气中，有时会出现白色沉淀。

偏二甲肼的热稳定性很好，即使在临界温度（248.2℃）下也是稳定的。当它催化分解和光分解时，分解产物有氢、氮、甲烷、乙烷等。气态偏二甲肼的热分解产物主要有甲烷、乙烷、丙烷、二甲胺等。

偏二甲肼虽然是易燃液体，但它对冲击、压缩、摩擦、枪击、振动等均不敏感，可安全储存和运输。2

甲基肼甲基肼的分子式为CH3NHNH2。它是易燃、有毒、具有类似氨臭味的无色透明液体。

甲基肼的性质介于肼和偏二甲肼之间，其物理性质与偏二甲肼较相似，其化学性质与肼较相似。甲基肼的吸水性较强，在潮湿空气中能因吸收水蒸气而冒白烟。它凝固时与水不同，其体积稍有收缩。

甲基肼与肼一样，是极性物质，它溶于水和低级醇中。但它也能荣誉某些碳氢化合物中。

甲基肼还是一种强还原剂，能与许多氧化物质发生剧烈反应，与强氧化剂接触能瞬时自燃，与某些金属氧化物接触时将发生分解。

甲基肼具有弱碱性，与酸作用生成盐，与醛与酮反应生成腙。它在空气中极易发生氧化反应，生成叠氮甲烷、氮、甲胺等。

甲基肼的热稳定性比肼好，对冲击、压缩、摩擦、振动等均不敏感。2

环境污染肼类燃料皆可通过注射、吸入、皮肤染毒和消化道吸收而引起急性中毒，按化学品急性毒性分级标准来衡量，甲基肼属于高毒中偏低毒性物质，毒性最大，肼和偏二甲肼属于三级中等毒性，由于偏二甲肼更易挥发，因此偏二甲肼的吸入中毒危险性比无水肼大，无水时具有脂溶性，因皮肤污染而吸收中毒的危险性比偏二甲肼大。三种肼类燃料中肼的蓄积毒性较高，甲基肼次之，偏二甲肼最小。肼为确定的致突变物和动物致癌物，甲基肼和偏二甲肼虽然没有明确的结果证明其致癌性，但却可以使动物诱变肿瘤，在实际工作中，为安全起见，可视其为致癌物。

肼类燃料对环境的污染涉及面比较广，不仅有生产制造过程中的污染，而且还有运输、转注、贮存环节的污染，同时还有加注、发射过程的污染。1

大气污染肼类燃料废气的来源主要有肼类燃料及其废液中易挥发组份的的挥发、火箭发动机试车或发射废气、火箭发动机试车增压废气、推进剂的渗漏、槽车、贮罐、管道残液、推进剂贮库和加注泵间的排风、推进剂爆炸事故、严重泄漏事故和火灾等。

当肼类燃料挥发至大气中，大气组份与肼类燃料可发生一系列复杂的化学反应，使其自然降解，例如：与大气中的水、二氧化碳反应，大气中的氧能氧化肼、甲基肼和偏二甲肼，使其自然降解，偏二甲肼被空气氧化会生成甲醛一N，N-二甲基腙、氮气和水，少量的氨、二甲胺、N-二甲基亚硝胺、重氮甲烷、亚硝酸、甲烷、二氧化碳和甲醛，当肼类燃料蒸气扩散到大气中后与大气中的氮氧化物也会发生反应，肼、一甲基肼和偏二甲肼与NO2反应很迅速，其中N2H4反应最慢，偏二甲肼最快，但这三种燃料与NO反应速度都很慢。1

水体污染肼类燃料废水主要是由火箭发动机试车、发射，推进剂槽车、贮罐、管道等的清洗，推进剂汇漏事故等产生，由于污水来源不同，其中污染物成分差别很大。中国科学院化学研究所对航空航天工业部一六五站试车台试车废水进行检测分析，其中主要有毒成份有：偏二甲肼、亚硝基二甲胺、硝基甲烷、四甲基四氮烯、氢氰酸、有机腈、甲醛、二甲胺、偏腙、胺类等。

肼类燃料废水排入自然水体后，由于自然水体中含有大量溶解氧、微生物、悬浮物及金属离子等，肼类燃料在氧气、光、金属离子及微生物的作用下降解非常迅速，例如偏二甲肼污水中含有自然氧化分解产物偏腙、四甲基四氮烯、硝基甲烷、一甲胺、二甲胺、甲醛、氰化物以及亚硝胺(二甲基亚硝胺、二乙基亚胺、二丙基亚硝胺、二丁基亚硝胺、亚硝胺呱啶、亚硝基吡咯烷、亚硝基吗啉)等这些产物中有的毒性比偏二甲肼更大，如亚硝胺、氰化物等。1

土壤污染当肼类燃料污水排入地面后，由于土壤中存在着气、液、固相，肼类燃料与土壤的相互作用反映两个主要历程：(1)肼类燃料在土壤中的化学吸附，(2)肼类燃料物理吸附到土壤组份，肼与干净砂土不发生作用，但与自然土壤作用非常强烈，粘性土壤是酸性土壤，所有肼类燃料都是碱性，肼类燃料与粘土作用最强，粘土对于肼和甲基肼主要是物理吸附，而对于偏二甲肼则是物理吸附和化学降解，在PH值较低时在粘土中主要是可逆离子交换，PH值较高时，在土壤表面形成不溶的铝和铁的氢氧化物，通过氢键和离子与结合大量肼。如果粘土被Cu2+催化并且充分曝气，在土壤中肼的降解会非常迅速，这是由于在肼和甲基肼中，每个氮原子上都有氢键，可分解形成活泼的二酰亚胺中间体，二酰亚胺不稳定，迅速分解，而偏二甲肼在一个氮原子上有两个甲基，不易形成二酰亚胺中间产物，相反地，两个氢原子被缓慢氧化掉形成一种稳定的二氮烯。

肼对土壤微生物的生长的毒性大小是肼>甲基肼>偏二甲肼。1