[發明專利]碳納米管填充銅金屬配合物納米復合燃速催化劑

有效

• 申請號: 202110852715.X
• 申請日: 2021-07-27
• 公開（公告）號: CN113548932B
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發明（設計）人: 張國防;許銳哲;楊蕗菲;石曉玲;何倩;方海超
• 申請（專利權）人: 陜西師范大學
• 主分類號: C06B23/00
• 分類號: C06B23/00
• 代理公司: 西安永生專利代理有限責任公司 61201
• 代理人: 高雪霞

本發明公開了一種碳納米管填充銅金屬配合物納米復合燃速催化劑，將不同管徑的多壁碳納米管經混酸溶液超聲處理，得到兩端開口的氧化碳納米管，將氧化碳納米管加入Cu(NO₃)₂·3H₂O、[Cu(TMEDA)₂](NO₃)₂(TMEDA＝四甲基乙二胺)、[Cu(MIM)₄](DCA)₂(MIM＝1?甲基咪唑，DCA＝二氰胺負離子)或[Cu(NMIM)₄](DCA)₂(NMIM＝2?硝基?1?甲基咪唑，DCA＝二氰胺負離子)的飽和溶液中，超聲處理，使氧化碳納米管的官腔內填充這些銅金屬配合物，從而獲得碳納米管填充銅金屬配合物納米復合燃速催化劑。本發明制備方法簡單，所得納米復合燃速催化劑催化效果好，易于放大制備。

技術領域

本發明屬于固體推進劑技術領域，具體涉及一種碳納米管填充銅金屬配合物納米復合燃速催化劑。

背景技術

固體推進劑是常用的火箭發動機動力源，其燃燒狀態會直接影響航空火箭的性能，經過長期的研究，目前固體推進劑已經形成高能量、高比沖、低信號特征的發展趨勢。強氧化劑高氯酸銨(AP)是固體推進劑中常見的含能材料組分，尤其在雙基推進劑及其改性推進劑中最為常見。由于高氯酸銨一般所占比重較大，其分解過程的燃燒速度、熱分解峰溫與放熱量對固體推進劑的燃燒有很大的影響。現有改善固體推進劑的燃燒性能的方法中，使用燃速催化劑被廣泛應用于生產和實踐當中。燃速催化劑的加入量一般為固體推進劑總質量分數的1％～5％，但是其作為固體推進劑中不可或缺的一部分起著至關重要的作用，固體推進劑中常見的燃速催化劑有：過渡金屬氧化物、過渡金屬氟化物、銅和錳的鈷酸鹽或亞鉻酸鹽、二茂鐵及其衍生物、有機金屬化合物和納米燃速催化劑等。

碳納米管具有接近理想的納米尺度一維中空結構，開口的碳納米管管腔可作為虹吸管、納米反應器、吸附劑、催化劑載體等。將金屬及其氧化物、碳化物等物質填充在碳納米管中，可對碳納米管的電磁性能、傳導性能、力學性能及催化性能等進行改善，因而碳納米管的管內填充受到廣泛關注，利用碳納米管管腔填充貴金屬及其氧化物作為催化材料在催化劑領域得到廣泛應用。

碳納米管表面負載納米金屬氧化物用于燃速催化劑領域已經被廣泛研究，這類復合材料具有大比表面積、高表面能、高表面活性等優點。2010年，中國研究員洪偉良等人將納米CuO負載到碳納米管表面并研究了其對雙基推進劑燃燒的催化作用(洪偉良,朱秀英,趙鳳起,儀建華,高紅旭,田德余.CuO/CNTs的制備及其對雙基推進劑燃燒的催化作用[J].火炸藥學報,2010,33(06):83-86.)。研究發現碳納米管負載氧化銅對雙基推進劑的燃燒催化作用顯著優于納米CuO，其原因是CuO以納米粒子的形式高度分散在碳納米管表面，碳納米管作為載體可以阻止納米CuO粒子間的相互團聚，使碳納米管負載氧化銅復合材料在雙基推進劑中能夠均勻分散，增大了納米CuO與推進劑的接觸面積，從而增強納米CuO的催化作用。但是負載到碳納米管表面無法控制納米粒子的粒徑大小，將納米粒子填充入碳納米管空腔內部后，可以利用碳納米管的限域效應有效控制填充入碳納米管的納米粒子粒徑大小。

近年來，關于碳納米管填充問題得到了各個領域的關注與研究，但是用于燃速催化領域的卻比較少。2009年，吳篩青將碳納米管和硝酸鉀加入到濃硝酸中，在油浴條件下回流24h得到內嵌硝酸鉀的碳納米管并測試了其本身的燃燒催化性能(吳篩青.內嵌硝酸鉀碳納米管的制備與表征[D].南京理工大學,2009.)。測試結果表明內嵌硝酸鉀的碳納米管的燃燒催化性能相比于碳納米管本身有顯著提高。2012年，張巖等人將納米CuO粒子填充入碳納米管中得到一種均勻填充的納米復合材料(張巖,薛健.納米CuO粒子填充多壁碳納米管復合材料的制備與表征[J].應用化工,2012,41(03):476-479.)，但對該復合材料的燃燒催化性能并未做研究。目前將碳納米管與金屬氧化物或配合物相結合制備新型復合催化材料成為催化材料領域的一個發展趨勢。

發明內容