新型碳納米管基復(fù)合燃燒催化劑的制備及其在固體推進(jìn)劑中的應(yīng)用.pdf

1、固體推進(jìn)劑的發(fā)展趨勢(shì)是進(jìn)一步提高能量、提高或降低燃速、鈍感和少煙或無(wú)煙化。添加納米燃燒催化劑是提高固體推進(jìn)劑燃速的有效方法之一，本文制備了新型碳納米管基復(fù)合燃燒催化劑，研究了其對(duì)固體推進(jìn)劑的熱分解、燃速、壓強(qiáng)指數(shù)的影響。 納米催化劑因具有優(yōu)異的性能而被廣泛研究。由于納米粒子表面能高、易團(tuán)聚而影響其優(yōu)良特性，因此納米催化劑在使用過(guò)程中保持良好的分散性是研究的關(guān)鍵。由于碳納米管具有類(lèi)石墨結(jié)構(gòu)的管壁、納米級(jí)孔道、大的比表面、良好的熱學(xué)

2、、電學(xué)性能以及高的機(jī)械強(qiáng)度，被認(rèn)為是一種良好的催化劑載體，把納米催化劑負(fù)載在碳納米管上制得復(fù)合催化劑，可以使納米粒子的分散問(wèn)題得到改善，同時(shí)可促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行時(shí)電子的轉(zhuǎn)移，增加催化效果。 首先，本文采用射流進(jìn)樣高溫催化裂解法制備了超長(zhǎng)定向碳納米管，重點(diǎn)研究了爐溫、氫氣流量、氬氣流量、催化劑濃度、噻吩含量、射流速度等條件對(duì)產(chǎn)物的影響，經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)，得到最佳的制備超長(zhǎng)定向碳納米管的工藝條件為：爐溫為1200℃、氫氣流量為270mL/Jm

3、in、氬氣流量為650mL/min、催化劑濃度為0.10g/mL、噻吩占溶液總體積的1％、射流速度為1.0mL/min，在這個(gè)最佳條件下重復(fù)多次，得到結(jié)構(gòu)相同的產(chǎn)物，說(shuō)明這個(gè)工藝條件比較穩(wěn)定。 其次，以碳納米管為載體，按晶體非均相生長(zhǎng)方式，將納米粒子包覆在碳納米管外表面，即形成以碳納米管為核、納米粒子為表面負(fù)載物的復(fù)合型催化劑。制備了納米過(guò)渡金屬氧化物/碳納米管、納米稀土氧化物/碳納米管、納米金屬/碳納米管、納米亞鐵氰化銅/碳納

4、米管等共四種類(lèi)型的復(fù)合燃燒催化劑，采用SEM、EDS、XRD、BET、XPS等檢測(cè)方法對(duì)復(fù)合催化劑進(jìn)行形貌、結(jié)構(gòu)、比表面積、元素成分等分析。 第三，將不同類(lèi)型碳納米管基復(fù)合催化劑和其相對(duì)應(yīng)的單一納米催化劑分別加入到高氯酸銨(AP)和丁羥推進(jìn)劑(AP/HTPB)中，用DSC研究了各催化劑對(duì)AP和AP/HTPB推進(jìn)劑熱分解的影響，根據(jù)熱分解峰溫和表觀分解熱的變化評(píng)價(jià)各催化劑的催化效果。結(jié)果表明，對(duì)AP和AP/HTPB推進(jìn)劑的熱分解，

5、復(fù)合催化劑均比其相應(yīng)單一納米催化劑的催化效果大大提高，以上四種類(lèi)型的復(fù)合催化劑的催化效果順序分別為：Co3O4/CNTs＞MnO2/CNTs＞CuO/CNTs＞Fe2O3/CNTs＞NiO/CNTs；Y2O3/CNTs＞Sm2O3/CNTS＞Nd2O3/CNTs；Cu/CNTs＞Ni/CNTs；Cu2Fe(CN)6/CNTs-20％＞Cu2Fe(CN)6/CNTs-10％＞Cu2Fe(CN)6/CNTs-5％＞Cu2Fe(CN)6。

6、 第四，將各碳納米管基復(fù)合催化劑添加到AP/HTPB推進(jìn)劑中，采用靶線法測(cè)定燃速，并計(jì)算壓強(qiáng)指數(shù)，根據(jù)燃速和壓強(qiáng)指數(shù)的變化，進(jìn)一步評(píng)價(jià)各催化劑的催化效果，結(jié)果表明，對(duì)于AP/HTPB推進(jìn)劑的燃速和壓力指數(shù)的影響，以上四種類(lèi)型的復(fù)合催化劑中催化效果最好的分別為：Co3O4/CNTs、Y2O3/CNTs、Cu/CNTs、Cu2Fe(CN)6/CNTs-20％。本文得到催化效果最好的催化劑是納米Cu2Fe(CN)6/CNTs-20％復(fù)合燃