納米孔復(fù)合材料的制備及其燃燒催化性能研究.pdf

1、高燃速推進(jìn)劑是固體推進(jìn)劑的重要發(fā)展方向之一。提高推進(jìn)劑燃速可使固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生較大的推力，能滿(mǎn)足反坦克導(dǎo)彈、防空導(dǎo)彈、機(jī)載導(dǎo)彈、攔截導(dǎo)彈和高速動(dòng)能彈等對(duì)推進(jìn)劑燃燒性能的要求，因此研制高燃速推進(jìn)劑一直是推進(jìn)劑領(lǐng)域的重點(diǎn)。添加燃燒催化劑是提高推進(jìn)劑燃速最常用、最簡(jiǎn)便的方法。在眾多催化劑種類(lèi)中，無(wú)機(jī)納米催化劑和有機(jī)金屬催化劑由于其高度的催化活性得到了廣泛深入的研究，然而無(wú)機(jī)納米催化劑的分散與有機(jī)金屬催化劑的遷移一直是這兩類(lèi)催化劑發(fā)

2、展的主要障礙。使無(wú)機(jī)納米催化劑以初級(jí)粒子的形式均勻的分散在推進(jìn)劑的組分中，以及阻止有機(jī)金屬催化劑在推進(jìn)劑中的遷移是推進(jìn)劑用燃燒催化劑亟待解決的課題。本論文通過(guò)使催化劑與納米孔材料復(fù)合的方法，旨在實(shí)現(xiàn)無(wú)機(jī)納米催化劑的充分分散及有機(jī)金屬催化劑的固定。 本論文第三章首先以介孔材料SBA-15為載體，通過(guò)SBA-15原粉浸漬方法制備了高分散CuO/SBA-15復(fù)合材料，研究發(fā)現(xiàn)SBA-15原粉中的模板劑（P123）能協(xié)助CuO在SBA-

3、15表面上的分散。催化實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明CuO/SBA-15復(fù)合材料對(duì)高氯酸銨（AP）的熱分解具有優(yōu)良的催化作用。添加2wt％的CuO/SBA-15使AP的高溫分解峰溫度降低146℃，而單獨(dú)使用相同劑量納米氧化銅時(shí)相應(yīng)數(shù)值為120℃，表明CuO/SBA-15對(duì)AP的熱分解具有更好的催化效果。其原因是由于CuO在SBA-15的表面具有更高的分散狀態(tài)，提供了更多的催化活性位點(diǎn)。除此以外，制備的CuO/SBA-15復(fù)合材料還能顯著提高AP/HTPB

4、復(fù)合推進(jìn)劑的燃速，添加1wt％的CuO/SBA-15使AP/HTPB復(fù)合推進(jìn)劑的燃速提高9.5％，壓強(qiáng)指數(shù)降低17％，催化效果明顯優(yōu)于單獨(dú)使用同劑量的CuO。本章第二部分內(nèi)容是通過(guò)縮合反應(yīng)成功地將二茂鐵（Fc）接枝到了SBA-15的表面，制備出了復(fù)合催化劑Fc-SBA-15，負(fù)載Fc的量為10.1wt％（含鐵量），實(shí)驗(yàn)表明二茂鐵催化劑在推進(jìn)劑中的遷移性得到了顯著的降低，且其催化活性得到了保留。添加2wt％的Fc-SBA-15使AP的高溫

5、分解峰溫度降低了64℃，添加1wt％的Fc-SBA-15使AP/HTPB復(fù)合推進(jìn)劑的燃速較空白推進(jìn)劑提高22％，壓強(qiáng)指數(shù)下降26％。 為了克服載體材料SBA-15不能燃燒的缺點(diǎn)，本文第四章以多孔炭材料為載體制備納米復(fù)合催化劑。首先通過(guò)氫氣還原的方法制備了納米銅/活性炭復(fù)合材料（Cu/AC），結(jié)果表明當(dāng)負(fù)載量為10wt％時(shí)Cu在活性炭上具有最佳的分散狀態(tài)。催化實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明制備的Cu/AC復(fù)合材料對(duì)AP的熱分解具有優(yōu)良的催化作用。添

6、加2wt％的Cu/AC使AP的高溫分解峰溫度降低了124℃，放熱量增加了0.7kJ/g。添加1wt％Cu/AC催化劑使AP/HTPB復(fù)合推進(jìn)劑的燃速較空白樣提高了25％，壓強(qiáng)指數(shù)降低了8％。本章第二部分內(nèi)容是通過(guò)縮合反應(yīng)將二茂鐵接枝到了碳納米管的表面，制備了Fc-CNT復(fù)合催化劑，負(fù)載Fc的量達(dá)到5.5％（以鐵含量計(jì)）。遷移性實(shí)驗(yàn)表明該催化劑在推進(jìn)劑中的遷移性得到了顯著的降低。添加Fc-CNT復(fù)合催化劑后能使AP/HTPB推進(jìn)劑燃速提高

7、36％，壓強(qiáng)指數(shù)降低36％。與Fc-SBA-15相比，F(xiàn)c-CNT具有更好的催化效果?？赡艿脑蚴牵菏紫忍技{米管本身高溫下可以氧化分解，因此具有更高的能量有助于燃燒；另外碳納米管是熱的良導(dǎo)體，有利于燃燒時(shí)熱量的傳遞，而SBA-15的導(dǎo)熱性能差不利于熱量傳遞。 鑒于上述研究使用的載體材料本身都不具有催化活性，為了尋找具有催化活性的納米孔材料來(lái)代替目前的非催化多孔材料，本論文第五章合成了微孔氧化錳材料并對(duì)其催化性能進(jìn)行了研究。首先合

8、成了氧化錳八面體分子篩材料OMS-1，OMS-2和OL-1，并研究了其對(duì)AP熱分解的催化性能。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，合成的三種氧化錳八面體分子篩材料對(duì)AP的熱分解均有顯著的催化效果，其中以O(shè)MS-2的催化效果最好，添加2wt％OMS-2使得AP的高溫放熱峰溫度降低了144℃，并使AP熱分解的放熱量增加0.66kJ/g。接著合成了鈷、銅、鎳摻雜的氧化錳八面體分子篩材料M-OMS-1和M-OMS-2（M表示Co，Cu，Ni），并對(duì)其進(jìn)行了XRD、SEM