納米孔復合材料的制備及其燃燒催化性能研究.pdf

1、高燃速推進劑是固體推進劑的重要發(fā)展方向之一。提高推進劑燃速可使固體火箭發(fā)動機在短時間內(nèi)產(chǎn)生較大的推力，能滿足反坦克導彈、防空導彈、機載導彈、攔截導彈和高速動能彈等對推進劑燃燒性能的要求，因此研制高燃速推進劑一直是推進劑領域的重點。添加燃燒催化劑是提高推進劑燃速最常用、最簡便的方法。在眾多催化劑種類中，無機納米催化劑和有機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，然而無機納米催化劑的分散與有機金屬催化劑的遷移一直是這兩類催化劑發(fā)

2、展的主要障礙。使無機納米催化劑以初級粒子的形式均勻的分散在推進劑的組分中，以及阻止有機金屬催化劑在推進劑中的遷移是推進劑用燃燒催化劑亟待解決的課題。本論文通過使催化劑與納米孔材料復合的方法，旨在實現(xiàn)無機納米催化劑的充分分散及有機金屬催化劑的固定。 本論文第三章首先以介孔材料SBA-15為載體，通過SBA-15原粉浸漬方法制備了高分散CuO/SBA-15復合材料，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。催化實驗結(jié)果表明CuO/SBA-15復合材料對高氯酸銨（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℃，而單獨使用相同劑量納米氧化銅時相應數(shù)值為120℃，表明CuO/SBA-15對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。除此以外，制備的CuO/SBA-15復合材料還能顯著提高AP/HTPB

4、復合推進劑的燃速，添加1wt％的CuO/SBA-15使AP/HTPB復合推進劑的燃速提高9.5％，壓強指數(shù)降低17％，催化效果明顯優(yōu)于單獨使用同劑量的CuO。本章第二部分內(nèi)容是通過縮合反應成功地將二茂鐵（Fc）接枝到了SBA-15的表面，制備出了復合催化劑Fc-SBA-15，負載Fc的量為10.1wt％（含鐵量），實驗表明二茂鐵催化劑在推進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復合推進劑的燃速較空白推進劑提高22％，壓強指數(shù)下降26％。 為了克服載體材料SBA-15不能燃燒的缺點，本文第四章以多孔炭材料為載體制備納米復合催化劑。首先通過氫氣還原的方法制備了納米銅/活性炭復合材料（Cu/AC），結(jié)果表明當負載量為10wt％時Cu在活性炭上具有最佳的分散狀態(tài)。催化實驗結(jié)果表明制備的Cu/AC復合材料對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復合推進劑的燃速較空白樣提高了25％，壓強指數(shù)降低了8％。本章第二部分內(nèi)容是通過縮合反應將二茂鐵接枝到了碳納米管的表面，制備了Fc-CNT復合催化劑，負載Fc的量達到5.5％（以鐵含量計）。遷移性實驗表明該催化劑在推進劑中的遷移性得到了顯著的降低。添加Fc-CNT復合催化劑后能使AP/HTPB推進劑燃速提高

7、36％，壓強指數(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體，有利于燃燒時熱量的傳遞，而SBA-15的導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其催化性能進行了研究。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AP的熱分解均有顯著的催化效果，其中以OMS-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），并對其進行了XRD、SEM