[发明专利]一种燃烧催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及催化剂领域，尤其涉及一种固体推进剂的燃烧催化剂及其制备方法。

背景技术

固体推进剂是火箭和导弹所用的一类高能燃料，提高其燃烧速度，可使固体火箭发动机在短时间内产生很大的推力，能满足探空飞船的逃逸系统、反坦克导弹/火箭、防空导弹、机载导弹等武器的需要，而且随着推进剂燃速的提高，还可以实现火箭发动机的端面燃烧装药，增加装填系数，从而增大装药量和减轻发动机的消极质量，因此提高推进剂的燃烧速度一直受到极大重视，是固体推进剂研究的热点方向之一。添加燃烧催化剂是提高推进剂燃烧速度最常用、最简便的方法。为了满足固体推进剂的发展需要，研制低特征信号、环境友好型的高性能燃烧催化剂是重要的发展方向。

碳纳米管（氧化石墨烯）具有许多优异的物理和化学性质，巨大的比表面和独特的管状结构使其具有良好的催化性能和吸附性质的同时还可以作为一种优良的催化剂载体。可将无毒或低毒性的金属或金属氧化物与碳纳米管（氧化石墨烯）复合制备成环境友好型复合燃烧催化剂。在复合物中，碳纳米管（氧化石墨烯）起着载体和辅助催化的双重作用。其一，碳纳米管（氧化石墨烯）作为分散支撑体，可有效的避免纳米粒子的团聚，降低负载物的颗粒尺寸，提高负载物的催化效果。其二，碳纳米管（氧化石墨烯）的吸附和电学性能，可与负载物产生协同的催化效果，进一步提高复合物的催化性能。

现有制备碳纳米管（氧化石墨烯）基多相复合燃烧催化剂的技术主要是利用液相还原法、化学沉积法或是共沉淀法在碳纳米管（氧化石墨烯）上实现同一类物质的生长（一种金属或一种金属氧化物或同时生长两种金属氧化物），而这两种技术都无法实现在碳纳米管（氧化石墨烯）上同时生长两类物质（金属和金属氧化物）。

发明内容

本发明解决的一个技术问题就是，提出一种燃烧催化剂，比由金属或金属氧化物与碳纳米管（氧化石墨烯）组成的燃烧催化剂具有更好的催化效果。

本发明解决的另一个技术问题就是，提出一种燃烧催化剂的制备方法，可以实现碳纳米管（氧化石墨烯）上同时生长金属和金属氧化物两类物质。

为了解决上述问题，本发明提供一种燃烧催化剂，包括：金属、金属氧化物和碳纳米管（氧化石墨烯），其中，各种组分的含量按质量百分比计算约估为：金属占30%-85%，金属氧化物占10%-50%，碳纳米管（氧化石墨烯）占5%-20%。

优选地，上述燃烧催化剂具有以下特点：

所述金属和金属氧化物为粒子形式，负载在碳纳米管表面。

优选地，上述燃烧催化剂具有以下特点：

其组份中的所含的碳纳米管的的直径为20-100nm，所含的金属粒子的粒径为100-1000nm，负载在碳纳米管表面的金属氧化物粒子的粒径为50-300nm。

优选地，上述燃烧催化剂具有以下特点：

所述金属为铝、铜、镍、钴、铁、金、银中的一种或多种。

优选地，上述燃烧催化剂具有以下特点：

所述金属氧化物为三氧化二铋、氧化锌、氧化钴、氧化镍、氧化铜、氧化铁、氧化铝中的一种或多种。

优选地，上述燃烧催化剂具有以下特点：

所述碳纳米管为多壁碳纳米管或单壁碳纳米管。

为了解决上述问题，本发明提供一种燃烧催化剂的制备方法，包括：

（1）将碳纳米管用浓硝酸和浓硫酸的混合液在30-70℃下氧化2-6小时，使碳纳米管表面功能化，洗涤、离心、干燥、研磨后加入到乙醇溶液中；

（2）将表面修饰过氨基的金属粒子加入到步骤（1）得到的碳纳米管的乙醇溶液中，在缩合剂的辅助下，室温搅拌1-4天；

（3）将可溶性金属盐溶于去离子水中并加入醋酸配制成澄清的混合溶液；

（4）将步骤（2）中得到的碳纳米管和金属复合物加入到步骤（3）得到的金属盐溶液中，室温下搅拌1-4小时；

（5）逐渐滴加质量百分比为15%-45%的氢氧化钠溶液，调节溶液PH值至10-12，继续搅拌2-6小时；

（6）进行抽滤、洗涤、真空干燥，即可得燃烧催化剂。

优选地，上述制备方法具有以下特点：

步骤（1）中使用的浓硝酸和浓硫酸的混合液，其中浓硝酸和浓硫酸的比例为：1:3。

优选地，上述制备方法具有以下特点：

步骤（2）中所用的缩合剂为：N,N′-二环己基碳酰亚胺。

优选地，上述制备方法具有以下特点：

所述可溶性金属盐为：硝酸金属盐。