Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2017.05a
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pp.978-983
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2017
Ammonium dinitramide(ADN) is currently under inder investigation as a replacement for ammonium perchlorate, both for environmental and toxicological reasons. Another promising application is ADN-based liquid monopropellant as a replacement for hydarzine, which is highly toxic and carcinogenic. Production of ADN is today normally performed via guanylurea dinitramide(GUDN) by reaction with potassium hydroxide to yiela potassium dinitramide(KDN). In a second reaction step, KDN is reacted with ammonium sulfate to give ADN. In our new improved process, ADN is synthesized from GUDN in one single reaction step. The simplified process improves purity, reduces the amount of by-products and allows production of ADN at a potentially lower cost, which is crucial to favour the use of ADN.
Recently ADN was disclosed to replace AP or AN as a solid oxidizer. 3-N,N-Dinitraminopropanitrile, a key intermediate in the preparation of ADN, was synthesized from bis(2-cyanoethyl)amine by the sequence: nitration of bis(2-cyanoethyl)amine followed by decyanoethylation by base and the second nitration with NO2BF4. 3-N-Nitro-bis(2-cyanoethyl)amine could also be obtained by the oxidation of the corresponding N-nitroso compound.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.3
no.1
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pp.48-54
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1999
A method was disclosed for making phase stabilized ammonium nitrate(PSAN), where the process involves precipitation of ammonium nitrate(AN) with potassium dinitramide(KDN) from the aqueous solutions of their salts using a salting out technique. The organic solvent used as a precipitant was acetonitrile. The DSC results showed that the precipitates are PSAN, and AN is stable over the temperature range from $0^{\cire}C$ to $80^{\cire}C$ if the KDN concentration in the precipitated solids is greater than about 6 wt.%. The particles prepared are expected to be useful as an oxidizer for the solid rocket propellants and explosives.
Kim, Wooram;Park, Mijeong;Kim, Sohee;Jeon, Jong-Ki;Jo, Youngmin
Applied Chemistry for Engineering
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v.30
no.5
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pp.591-596
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2019
A recently developed propellant, ammonium dinitramide (ADN, $NH_4N(NO_2)_2$ is stable and safe at an ambient condition. However, it requires high purity for practical applications. A very little quantity of foreign impurities in ADN may cause clogging of thruster nozzles and catalyst poisoning for the use of a liquid propellant. Thus, several purification processes for precipitated ADN particles such as repetition extraction, activated carbon adsorption and low-temperature extraction were presented in this study. The purifying methods helped to improve the chemical purity as evaluated by FT-IR and UV-Vis spectroscopy in addition to ion chromatography (IC) analyses. Among the purification processes, adsorption was found to be the best, showing a final purity of 99.8% based on relative quantification by IC. Thermal analysis revealed an exothermic temperature of $148^{\circ}C$ for the synthesized liquid monopropellant, but rose to $188^{\circ}C$ when urea was added.
Kim, Jincheol;Choi, Woojoo;Jo, Yeongmin;Jeon, Jonggi;Kim, Taegyu
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2017.05a
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pp.406-408
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2017
Ammonium dinitramide (ADN) Low toxicity monopropellant based 1N class thruster and test equipment were developed. Compared with the hydrazine which used in existing satellite thruster, ADN is easy to handle and has excellent physical characteristics such as density and specific impulse. Due to these characteristics, ADN is attracting attention as an eco-friendly propellant. In this paper, 1N class thruster and thrust measurement system was designed for performance testing of ADN monopropellant. The composition of the propellant for the design and experiment was set at 11.2: 25.4: 63.4 for each of Methanol: $H_2O$: ADN.
A new solid oxidizer, pyridinium dinitramide (Py-DN) is a low toxic energetic material which can be utilized as a HPGP (high performance green propellant). In this work, Py-DN was synthesized using various starting materials including potassium sulfamate, pyridine hydrochloride, strong nitric acid and sulfuric acid. Physical and chemical properties of the Py-DN were characterized using UV-Vis, FT-IR and a thermal analyzer and their properties were compared to those of previously prepared salts including ammonium dinitramide[ADN, $NH_4N(NO_2)_2$] and guanidine dinitramide[GDN, $NH_2C(NH_2)NH_2N(NO_2)_2$] in our lab. Endothermic and exothermic decomposition temperatures of Py-DN were $77.4^{\circ}C$ and $144.7^{\circ}C$, respectively. The combustion caloric value was 1739 J/g, which is thermally more sensitive than that of conventional dinitramides. It may enable to lower the decomposition temperature, which can reduce preheating temperature required for satellite thruster applications.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.21
no.2
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pp.26-31
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2017
Environmental problem of the solid propellants is an issue of growing importance in solid rocket. For examples, ammonium perchlorate (AP) as an solid propellants oxidizer could create a poisonous gas and atmospheric pollutions, such as HCl. Among the several oxidizers, N-guanylurea dinitramide (GuDN) is an effective candidate substance for eco-friendly oxidizer, which has high performance, pressure exponent, and eco-friendly smog during combustion for solid propellant of gas generator. In this paper, the theoretical analysis of characteristics as a gas generator propellant, propellant manufacturing processability, propellant hardness properties and combustion characteristics were studied.
Kim, Juwon;Huh, Jeongmoo;Baek, Seungkwan;Kim, Wooram;Jo, Youngmin;Lee, Doyun;Kwon, Sejin
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2017.05a
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pp.757-763
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2017
The combustion test of LMP-103S, a propellant based on ADN(Ammonium Dinitramide), was performed with a 50 mN scale micro-thruster. The micro-thruster was made with photosensitive glass using MEMS manufacturing process. $Pt/{\gamma}-Al_2O_3$ was used as a catalyst to decompose LMP-103S. After injecting 90 wt.% hydrogen peroxide into combustion chamber to preheat the catalyst, LMP-103S was injected for the combustion test. As a result, the ignition and combustion of LMP-103S was confirmed in platinum catalyst environment with the combustion chamber temperature going up to $650^{\circ}C$.
Kim, Woo-Ram;Huang, Shan;Kwon, Youn-Ja;Jo, Young-Min;Park, Young-Chul
Journal of the Korean Applied Science and Technology
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v.30
no.1
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pp.57-63
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2013
Ammonium dinitramide (AND) is one of the most promising oxidizers in propellants without chlorinated pollution to the atmosphere in these days. Potassium sulfamate (PS) is a key substance in ADN synthesis as forming nitrates such as $-N(NO_2)_2$. In this paper, potassium sulfamate as a starting material for ADN synthesis was prepared in a lab scale through crystallization with ethanol solvent, and observed the effects on the yield and purity of KDN. The prepared potassium sulfamates were analyzed using FE-SEM, XRD, BET and TGA-DSC. The lab-made PS, which was ground to $20{\mu}m$ showed more beneficial than a commercial product achieving high yield and purity of the synthesized KDN. It would be associated closely with crystallinity, porosity and pore size of prepared PS.
Kim, Munjeong;Yoo, Dalsan;Lee, Jeongsub;Joen, Jong-Ki
Korean Chemical Engineering Research
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v.59
no.2
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pp.296-303
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2021
The objective of this study is to investigate the applicability of a Cu-supported honeycomb catalyst as a catalyst for decomposition of a low toxic liquid propellant based on ammonium dinitramide (ADN). A mixture of copper, lanthanum, and alumina was supported on the honeycomb support by wash coating to prepare a Cu-La-Al/honeycomb catalyst. We elucidated that the effect of metal loading on the physicochemical properties of Cu-La-Al/honeycomb catalyst and catalytic performance in decomposition of the ADN-based liquid propellant. As the number of wash coatings increased, the amount of active metal Cu was increased to 4.1 wt%. The BET surface area of the Cu-La-Al/honeycomb catalyst was in the range of 3.1~4.1 ㎡/g. The micropores were hardly present in Cu-La-Al/honeycomb catalysts, however, the mesopores and macropores were well developed. The Cu (2.7 wt%)-La-Al/honeycomb catalyst exhibited the highest activity in the decomposition of the ADN-based liquid propellant, which is attributed to the largest surface area, the largest pore volume, and the well-developed mesopores and macropores.
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