[發明專利]在高氯酸銨表面包覆納米金屬氧化物催化劑前驅體的方法

無效

• 申請號: 201210514312.5
• 申請日: 2012-12-03
• 公開（公告）號: CN103055958A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發明（設計）人: 曾大文;李海濤;謝長生;田守勤
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B01J37/08
• 分類號: B01J37/08;B01J23/75;B01J23/34;B01J23/72;B01J23/745;B01J23/06
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青

技術領域

本發明涉及表面包覆技術，具體涉及一種在高氯酸銨(AP)表面包覆納米金屬氧化物催化劑前驅體的方法：過飽和結晶法。

背景技術

AP是一種重要的含能材料，只有提高AP熱分解效應，促進AP的熱分解，才能使其充分釋放能量。在提高AP熱分解效應的眾多方法中，通過添加燃燒催化劑來催化AP熱分解被認為是最有效的方法之一。按燃燒催化劑的組成和結構來分，常用有效的品種可歸納為如下三大類：(1)金屬氧化物催化劑；(2)金屬單質催化劑；(3)二茂鐵及其衍生物類催化劑。其中金屬單質催化劑化學活性很高的特性，也是其極大的缺點，在空氣中極易被氧化而失去原有的物理化學特性，影響其使用效果；而二茂鐵類催化劑在加工和貯存過程中易揮發和遷移，穩定性不足；目前實用性最好的燃燒催化劑為金屬氧化物催化劑。

納米氧化物催化劑由于具有高比表面積和高表面能，其反應活性和催化選擇性均遠高于傳統微米氧化物催化劑。然而正是由于納米氧化物催化劑的高活性，導致其極易團聚，而材料本身一旦發生團聚，其催化性能將會大大降低，同時，團聚之后，在使用中也會影響其分散的均勻性、催化劑與AP之間不能充分接觸，其應有的催化效率必然降低。目前，納米催化劑與AP的復合，大多是通過機械化學法(如攪拌、研磨等)，利用一些表面活性劑制備成催化劑與AP的復合材料或者制備一種以AP為核納米氧化物催化劑為殼的復合材料。其中，機械化學法的復合均勻性有限，且存在一定的安全隱患，而表面活性劑法對工藝和活性劑種類的要求則相對較高，納米復合材料使納米氧化物催化劑均勻地分布在AP表面，兩者充分接觸，促進了催化效果，但目前制備該納米復合材料方法有限，典型的有液相沉積法等，該方法利用化學反應將金屬氧化物沉淀包覆在AP表面，而化學反應不能穩定且精確地控制其過程。

發明內容

本發明的目的在于提供一種新的納米氧化物催化劑前驅體包覆AP的方法，從而解決納米氧化物催化劑與AP混合時所帶來的分散性問題，能夠高效地催化AP熱分解。

本發明提供的一種在高氯酸銨表面包覆納米金屬氧化物催化劑前驅體的方法，其特征在于，

第1步將熱分解溫度低于AP熱分解高溫分解溫度的催化劑前驅體溶于能溶解催化劑前驅體的溶劑中，磁力攪拌，并加熱至t2使其完全溶解得到催化劑前驅體溶液；

催化劑前驅體化學式為M_aS_b，相對分子量為M_cp；催化劑前驅體熱分解產生的納米金屬氧化物催化劑的化學式為M_xO_y，相對分子量為M_mon，設所述溶劑體積為V_sol，所述催化劑前驅體的質量為m_cp，r為納米金屬氧化物催化劑與AP的質量百分比為，0.1％＜r＜15％，m_AP為高氯酸銨的質量，溶劑的密度為ρ，T_m為溶劑熔點，T_b為溶劑沸點，在溶劑熔點T_m和沸點T_b之間取兩溫度點t₁和t₂，T_m＜t₁＜t₂＜T_b；在t₁溫度下，催化劑前驅體在溶劑中溶解度為m₁，催化劑前驅體的質量m_cp滿足：m_cp＝[(a·r·m_AP·M_cp)/(M_mon·x)+m₁·V_sol·ρ/100]；

第2步向上述溶液中加入質量為m_AP的高氯酸銨，以繼續磁力攪拌，降溫至t₁，繼續反應，直到溶液中不再析出晶體；

第3步停止磁力攪拌，在t₁溫度下過濾上述溶液，將所得產物干燥，得到AP/催化劑前驅體復合材料。

本發明是一種新的包覆方法：過飽和結晶法，同樣可以達到催化劑的均勻分散和高效催化AP熱分解的目的。該方法的理論依據是經典的溫度-溶解度變化規律和異質形核理論，當催化劑前驅體溶液在溫度降低后變成過飽和溶液，催化劑前驅體溶質會在AP表面形核長大，均勻地包覆在AP表面，而催化劑前驅體在AP熱分解過程中會分解產生納米金屬氧化物催化劑，從而達到自催化的效果。具體而言，本發明與現有技術和材料相比具有以下優點：