[发明专利]一种以非氧化物为载体的催化剂及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于氧化亚氮分解的以非氧化物为载体的催化剂及其 应用，具体的说，涉及一种以碳化硅或氮化硅为载体、以VIII族或IB族金属 为活性组分的催化剂，该催化剂具有优异的氧化亚氮单组元推进剂分解活 性和高温稳定性。

背景技术

无毒、无污染、高性能、低成本推进技术已成为当今国际航天推进领 域的发展潮流，而氧化亚氮是新型的绿色推进剂的一种，有其自身独特的 性能。它具有较高的贮存密度，可以以液体的形式长期贮存；具有很高的 饱和蒸气压，可以实现原料供给的自增压，从而使系统大为简化；无毒并 且与通用结构材料相容性好，便于系统设计和研制；更为重要的是，气态 氧化亚氮可用于冷气推进，热分解性质使其可用于单组元推进，分解产生 的氧可与固体燃料二次点火用于双组元推进。由于氧化亚氮化学性质稳定， 而绝热分解温度又高达1640℃，因此，研究兼具良好低温催化活性和高温 稳定性的催化剂是一个巨大的挑战。

研究(Appl.catal.A.，2003，247，125)发现，以尖晶石、分子筛、水滑 石等为载体的催化剂具有很好的氧化亚氮分解活性，但是这些催化剂无法 忍受氧化亚氮分解所产生的高温。

英国的Surrey大学空间技术中心(Proceedings of the 14^th Annual AIAA/USU Conferrence on Small Satellites，the Unite States，2000，21)提出了 一种以γ-Al₂O₃为载体的催化剂Shell405，具有很好的氧化亚氮分解活性， 但由于1100℃以上的高温条件下氧化铝载体的烧结，其比表面积急剧降低， 导致了活性组分的迅速聚集以及活性金属高温下的挥发而失活。

最近，文献(Chem.Comm.，2007，1695)报道了一种含有贵金属铱的六 铝酸盐催化剂，该催化剂具有良好的高浓度氧化亚氮分解活性及耐高温性 能，但是由于其氧化亚氮的低温活性较低，其在氧化亚氮单组元推进剂的 应用受到了一定的限制。

碳化硅和氮化硅等非氧化物具有良好的化学稳定性、导热性和抗热震 性，为其成为高温反应催化剂载体提供了可能。但是，这类物质通常比表 面较小(＜1m²g^-1)，不利于催化反应的进行，如果能够大幅度提高其比表 面积，它将会显示出传统氧化铝和氧化硅等载体所不具有的的优点，具有 很高的应用价值。

关于碳化硅和氮化硅为载体的研究较少，多用于甲烷氧化反应。法国 的C.Méthivier研究小组(J.catal.，1998，173，374&Appl.catal.A.，1999，182， 337)采用CVD方法制备了碳化硅和氮化硅，并以其为载体、乙酰丙酮钯为 钯源、甲苯为溶剂制备了钯催化剂，用于甲烷氧化反应。催化剂具有很好 的活性及耐高温性能，在800℃仍没有失活。US 20060153765A1公开了一 种采用多相浸渍法制备的、以高比表面积碳化硅为载体的催化剂，并将该 催化剂用于甲烷氧化反应，具有很好的催化活性。WO 199920390公开了 一种以比表面为8.8m²/g的氮化硅载体、乙酰丙酮钯为钯源、甲苯为溶剂制 备的钯催化剂，用于甲烷氧化反应，该催化剂较担载在α-Al₂O₃的Pd催化 剂相比具有更好的催化活性。

到目前为止，碳化硅或氮化硅催化剂应用于氧化亚氮分解反应的研究 还未见报道。

发明内容

本发明涉及一种用于氧化亚氮分解的以非氧化物为载体的催化剂及其 应用，该催化剂由碳化硅或氮化硅载体和VIII族或IB族金属活性组分构成， 具有优异的氧化亚氮单组元推进剂分解活性和高温稳定性，初始分解温度 在200-300℃，完全分解温度在350-450℃。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种用于氧化亚氮分解的以非氧化物为载体的催化剂，采用非氧化物 碳化硅或氮化硅为载体、VIII族或IB族金属为活性组分，具体制备过程如下：

1)溶胶凝胶法制备碳化硅或氮化硅载体