[发明专利]碳纳米管/α-Fe2

说明书

本发明公开了一种碳纳米管/α‑Fe₂O₃纳米复合燃速催化剂，所述燃速催化剂是填充且负载α‑Fe₂O₃的碳纳米管或填充α‑Fe₂O₃的碳纳米管，填充且负载α‑Fe₂O₃的碳纳米管中α‑Fe₂O₃的质量含量为60％～75％，填充α‑Fe₂O₃的碳纳米管中α‑Fe₂O₃的质量含量为30％～40％，两者的制备方法为：将外径为4～80nm且两端开口的长度为0.2～1μm的氧化碳纳米管加入纯五羰基铁中，在不避光或避光条件下10～15℃超声处理后在氩气氛围中煅烧获得。本发明燃速催化剂的制备方法简单，易于放大制备，且催化效果好。

技术领域

本发明属于固体推进剂技术领域，具体涉及一种碳纳米管/α-Fe₂O₃纳米复合燃速催化剂。

背景技术

固体推进剂是一种为导弹、火箭、太空飞行装置等提供动力的特殊含能材料，为了提高固体推进剂的能量释放，并且降低其特征信号及压力指数，可以添加一种通过物理或化学作用来调节推进剂燃速的催化剂，燃速催化剂的加入量一般为推进剂质量分数的1％～5％，作为推进剂中不可或缺的重要组份，近年来关于燃速催化剂的研究一直在不断进行。

碳纳米管被认为是一种具有良好催化性能的纳米材料，广泛应用于催化剂载体、吸附剂、化学传感器以及复合材料增强剂等领域。由于碳纳米管的尺寸效应以及管腔的束缚作用(碳纳米管的内腔直径为纳米单位，长度为微米单位)，将碳纳米管的内腔充当纳米反应器可以将填充物限制在管腔内，从而达到将纳米颗粒的粒径控制在纳米级且有效改善纳米粒子易团聚的问题。近年来，关于碳纳米管的填充及负载问题得到了各个领域的关注与研究。

将过渡金属氧化物纳米颗粒修饰在碳纳米管上或填充碳纳米管中所制得的复合材料已广泛应用于细胞输送系统、吸波材料、超级电容器等方面，但用于燃速催化领域的研究较少。2006年，谭凤娱等人(谭凤娱.金属/氧化物-碳纳米管复合材料的制备与表征[D].天津大学,2006)以羰基铁为前躯体，将填充羰基铁的多壁碳纳米材料真空加热到180℃，并在此温度下保存60min。最后，将样品冷却到室温，然后通过缓慢吹制空气逐渐氧化，得到稳定的磁性磁赤铁矿(γ-Fe₂O₃)-MWCNT复合材料，这种材料在碳纳米管内外表面都均匀修饰了氧化铁纳米粒子，同时又保持碳纳米管的中空通道。2016年，房家骅等人(房家骅.碳纳米管/金属氧化物纳米结构的合成及气敏特性研究[D].中北大学,2016)通过沉淀法制备出纳米三氧化二铁颗粒并与碳纳米管进行复合，并研究了不同烧结温度对复合气敏材料气敏性的影响。2018年，王秀娟等人(王秀娟.碳基复合材料的制备及其用作锂/钠离子电池负极材料的研究[D].西北大学,2018)利用高温热分解成功地得到CNTs内填充Fe₃O₄纳米粒子的复合材料(Fe₃O₄@CNT)，且CNTs内腔中的纳米粒子呈立方体形状且无任何团聚现象，用作锂离子电池负极材料。2009年，吴筛青(吴筛青.内嵌硝酸钾碳纳米管的制备与表征[D].南京理工大学,2009.)将碳纳米管和硝酸钾加入到浓硝酸中，在油浴条件下回流24h得到内嵌硝酸钾的碳纳米管并测试了其本身的燃烧催化性能，测试结果表明内嵌硝酸钾的碳纳米管的燃烧催化性能相比于碳纳米管本身有显著提高。2004年李凤生等人(李凤生,刘磊力,马振叶.纳米金属粉及Fe₂O₃对高氯酸铵热分解的催化性能研究[J].过程工程学报,2004,8:123-128)用溶剂-非溶剂法制备了纳米Fe₂O₃/AP复合粒子，发现其可使AP的放热量增大147.9％；2008年姜炜等人(姜炜,刘建勋,刘永,等.Fe₂O₃/CNTs复合粒子的制备及其对AP热分解催化性能的影响[J].固体火箭技术,2008,31(1):65-78)用液相沉淀法所制备的Fe₂O₃/CNTs复合燃速催化剂使AP的放热量增大了264.1％。目前，将碳纳米管与金属氧化物相结合已成为制备一种新型催化材料的发展趋势，且碳纳米管内腔的限制会对反应提供一个有趣的催化环境。