CNTs负载Fe2O3的制备及催化氧化剂的热分解研究

采用液相沉淀法制备了沉积于碳纳米管(CNTs)表面的Fe2O3纳米粒子(CNTs/Fe2O3),用透射电子显微镜(TEM)、光电子能谱仪(XPS)和X射线衍射仪(XRD)对其进行了表征。研究了CNTs/Fe2O3纳米粒子对高氯酸铵(AP)、二硝酰胺铵(ADN)和硝酸铵(AN)的催化热分解。结果表明,CNTs表面上均匀地负载了平均粒径为22nm的α-Fe2O3。添加了1%、3%和5%CNTs/Fe2O3纳米粒子的AP的初始分解温度分别降低了33.7,40,50.8℃,热分解峰温分别降低了14.7,22.9,26.4℃。添加1%CNTs/Fe2O3纳米粒子的ADN和AN的初始分解温度分别降低了12.1,3.6℃,热分解峰温分别降低了18.6,6.6℃。     

高负载量Cu1/Al2O3单原子催化剂的制备及其对AP热分解的影响

为了提高高氯酸铵(AP)的热分解性能,采用蒸发诱导自组装的方法制备了Cu1/Al2O3单原子催化剂.采用X射线粉末衍射(XRD)、电感耦合等离子发射光谱(ICP-OES)、透射电镜(TEM)、X射线吸收光谱(XAS)和X射线光电子能谱(XPS)对催化剂形貌和结构进行了表征,并利用差示扫描量热法(DSC)和热重分析法(TG)研究了其对AP热分解性能的影响.结果表明,活性金属铜以Cu—O键形式稳定在载体表面,呈现均匀的单原子分散状态,Cu负载量高达8.7％质量分数;当Cu1/Al2O3单原子催化剂用量为质量分数5％时,AP的高温分解峰温为319℃,与纯AP相比提前了85℃,催化效果明显优于前驱体Cu(NO3)2·3H2O以及常见的nano-CuO催化剂,表明Cu1/Al2O3单原子催化剂对AP的热分解具有优异的催化作用.     

纳米CoFe2O4的制备及对AP热分解的催化

采用油/水界面间的化学共沉淀反应制备了纳米CoFe2O4前驱体,并运用差示扫描量热仪(DSC)研究了纳米CoFe2O4前驱体的热分解特性,利用XRD,TEM对不同温度煅烧生成的纳米CoFe2O4进行了表征,采用DSC研究了不同含量纳米CoFe2O4对高氯酸铵(AP)热分解的催化影响.结果表明:300 ℃左右尖晶石型CoFe2O4已开始形成,随温度升高,晶化趋于完全,而粒子的晶粒度逐渐增大,500 ℃下可获得粒径较小、结晶良好的尖晶石型纳米CoFe2O4;在AP中添加纳米CoFe2O4后,可使AP在较低温度下发生热分解,并且对AP热分解的催化作用随其含量增加而增强.     

纳米Mn3O4复合催化剂的制备及其对AP热分解性能的影响

为了提升高氯酸铵(AP)基固体推进剂的燃烧及点火等性能,采用离子交换法制备了海藻酸锰薄膜,煅烧后得到了纳米Mn_3O_4复合催化剂,研究了其对AP热分解性能的影响。采用扫描电镜、傅里叶红外、X射线光电子能谱仪、X射线衍射仪等对制备的纳米Mn_3O_4复合催化剂形貌和结构进行了表征。结果表明,通过锰离子交换后,海藻酸钠变为海藻酸锰,所形成的薄膜表面光滑致密;400℃煅烧后原位生成的纳米Mn_3O_4颗粒负载在碳化后的海藻酸骨架上,其对AP的催化效果随着纳米Mn_3O_4复合催化剂含量的增加而增强,并且放热速率明显增加;当纳米Mn_3_O4复合催化剂含量为3%时,与纯AP相比,AP的分解温度降低了89.1℃。     

纳米NiB/Al复合粒子的制备及催化AP热分解研究

采用沉淀法分别制备了纳米NiB非晶合金及纳米NiB/Al复合粒子.利用X射线粉末衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)及扫描电子显微镜(SEM)进行表征,发现纳米NiB/Al复合粒子中纳米NiB为40～60 nm的非晶态合金,并在Al颗粒表面呈均匀、连续的复合结构.通过TG、DTA热分析,发现纳米NiB及其复合粒子的含量对高氯酸铵(AP)热分解有显著影响.对实验数据拟合计算发现该体系中复合前后的纳米NiB合金对AP的高温热分解理论最佳含量分别为8.91%和7.93%,两者可分别使AP的高温热分解温度降低至407.34 ℃和389.98 ℃.以1.5%比例添加到AP/HTPB(端羟基聚丁二烯)推进剂体系中,发现复合后的催化剂使其高温分解温度多降低了12.2 ℃,热分解峰合并的趋势更明显.     

Al/Fe2O3纳米铝热剂界面结构和稳定性的周期性密度泛函理论研究

纳米铝热剂是一类应用广泛的含能复合材料,系统研究其界面结构与性能的关系,对制备性能更优的新型铝热剂有重要指导意义。采用周期性密度泛函理论方法研究了Fe₂O₃(104)和Fe₂O₃(110)表面的结构、表面能以及由它们与Al(111)表面构成的Al/Fe₂O₃界面(AFS1、AFS2、AFS3、AFS4和AFS5)的结构、黏附功和键合特征。结果表明,Fe₂O₃(104)和Fe₂O₃(110)的O原子暴露表面更稳定,它们与Al(111)构成的界面AFS1和AFS5在所研究的5种界面中也最稳定,分别具有最大的黏附功(3.92 J·m^-2和3.02 J·m^-2),且AFS1比AFS5更稳定。在这两种最稳定的界面中,Al原子都是堆积在Fe₂O₃表面O原子的顶位,界面键合主要是通过Al-O离子键...     

纳米α-Fe2O3的制备及其催化高氯酸铵热分解

采用高温水解相转化法制备了纳米级的α-Fe2O3催化剂, 比较了NaOH、(NH4)2CO3以及尿素三种沉淀剂的作用效果. 对制得样品的尺寸、形貌和晶型等使用纳米粒度仪、透射电镜(TEM)以及X射线衍射仪(XRD)进行分析测试, 结果表明各个样品均为粒度分布均匀、分散性很好的α-Fe2O3纳米粒子. 将纳米催化剂按1.0wt%加入高氯酸铵(AP)中, 对混合物进行差热分析仪(DTA)分析, 发现添加有纳米α-Fe2O3催化剂样品的AP的分解峰有明显的提前. 其中, 以添加用尿素为沉淀剂的样品(粒度最小)的AP分解峰提前最多, 高、低温分解峰提前分别达到了78℃和9.66℃. 对以尿素为沉淀剂时催化剂粒径较小的情况进行了分析, 并解释了该纳米粒子对AP的热分解催化作用较大的原因.     

纳米Fe2O3对钨系延期药燃烧性能的影响

为了研究纳米Fe2O3对钨系延期药燃烧性能的影响,配制了0#(基药)、1#(外加2%普通Fe2O3)和2#(外加2%纳米Fe2O3)三组药剂进行燃速测试。结果表明,与0#相比,1#和2#的燃烧速度改变不大,但1#和2#的燃速标准差分别下降了29%和47%,相对误差分别下降了35%和51%。为了探索其中的原因,用TG-DTA对三组药剂进行测试,结果表明普通Fe2O3和纳米Fe2O3对钨系延期药热性能的影响相似,可以改变反应历程,降低发火温度约10℃,并能减少气体产物。     

纳米Fe3O4的制备及其对发烟剂性能的影响

采用化学共沉淀法制备了纳米Fe3O4粒子,以微米Fe3O4、微米TiO2、纳米TiO2/Fe3O4及纳米Fe3O4为氧化剂配制了不同的发烟剂.采用XRD、DTA、红外透过率测试等方法对纳米Fe3O4及发烟剂的性能进行了表征,研究了发烟剂的燃烧性能和红外消光性能.结果表明,与常规氧化剂相比,纳米Fe3O4作氧化剂的发烟剂放热峰温前移,燃烧热变小,燃速加快,红外消光性能有一定提高.纳米Fe3O4用于发烟剂中氧化剂,有助于提高发烟剂的燃烧性能和红外消光性能.     

含能配合物［Cu（MIM）2（AIM）2］（DCA）2的合成、结构及对AP热分解的催化

为探索固体推进剂燃烧催化剂,以1-甲基咪唑(MIM)、1-烯丙基咪唑(AIM)、硝酸铜和二氰胺钠(NaDCA)为原料,合成了一种新型双配体含能配合物[Cu(MIM)2(AIM)2](DCA)2,并通过红外光谱、X射线单晶衍射和粉末衍射对其结构进行了表征.采用差示扫描量热法(DSC)、热重分析法(TGA)对该含能配合物的热分解过程进行了分析,在40～500℃的温度范围内,DSC曲线中有一个吸热熔化峰(峰值温度:93.5℃)和一个放热分解峰(峰值温度:199.4℃).对配合物进行了感度测试,其摩擦感度为240 N,撞击感度>40 J.对比研究了双配体的[Cu(MIM)2(AIM)2](DCA)2与单配体的[Cu(MIM)4](DCA)2、[Cu(AIM)4](DCA)2对高氯酸铵(Ammonium Perchlorate,AP)热分解的催化作用,结果表明双配体的含能配合物具有更好的催化效果,使AP的分解峰值温度提前到285.6℃,放热量升高到2458 J·g-1,热分解活化能降低到81.5 kJ·mol-1,表现出作为复合推进剂催化剂的潜力.     

废水溶液化学组分对O3/H2O2氧化TNT功效的影响

为评价TNT废水中不同化学组分对O3／H2O2降解功效的影响,选择HCO^-3、NO^-3、SO^-4、HCOO^-、Cu^2 及AJ^3 等进行了实验研究。以TNT去除率为评价指标,结果表明,溶液中HCO^-3、HCOO^-及Cu^-2 对O3／H2O2去除TNT功效具有抑制作用,其抑制能力的大小为Cu^2 ＞HCOO＞HCO^-3;Al^3 具有促进作用;NO^-3、SO^-4对O3／H2O2去除TNT功效几乎没有任何影响。     

AP/KP混合氧化剂的热分解特性研究

用ＤＳＣ方法研究了高氯酸铵（ＡＰ）、高氯酸钾（ＫＰ）、ＡＰ／ＫＰ（质量比分别为１／１和３／１）体系的热分解特性和一些过渡金属氧化物对上述体系热分解反应的催化作用。     

废水溶液中金属离子对O3/H2O2氧化TNT能力的影响

结合实际TNT废水的水质状况,以Cu(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)、Fe(Ⅱ)、Fe(Ⅲ)及Al(Ⅲ)等为代表,以TNT去除率及反应动力学常数为评价指标,实验研究了金属离子对O3/H2O2降解TNT功效的影响。结果表明,金属离子对O3/H2O2去除TNT功效受控于金属的种类及浓度:Cu(Ⅱ)具有抑制作用;Mn(Ⅱ)浓度较低时,具有促进作用,浓度较高时则具有抑制作用;Fe(Ⅱ)与Fe(Ⅲ)浓度较低时,具有抑制作用,浓度较高时则具有促进作用;Al(Ⅲ)具有微弱的促进作用。分析认为,尽管Cu(Ⅱ)、Fe(Ⅱ)、Fe(Ⅲ)及Mn(Ⅱ)等都对去除TNT产生抑制作用,但前三者主要影响.OH的形成,而后者则影响.OH的寿命。     

纳米α-Al2O3对HMX撞击感度的影响

比较了单质炸药HMX和混合炸药HMX／纳米Al2O3落锤撞击试验，研究纳米α-Al2O3对HMX撞击感度的影响，并对纳米Al2O3在混合炸药中作用机理进行了探讨。结果表明，纳米α-Al2O3具有润滑作用，HMX／纳米Al2O3混合炸药的撞击感度随纳米α-Al2O30，添加量的增加而降低，添加2．0％(质量分数)纳米α-Al2O3混合炸药与单质炸药HMX相比，2．5kg落锤测试的50％爆炸特性落高(如)提高了13．1cm。     

Al/Fe2O3/PTFE材料压缩力学性能与冲击反应特性

为研究铝/三氧化二铁/聚四氟乙烯(Al/Fe_2O_3/PTFE)材料在准静态压缩情况下的力学性能和落锤冲击条件下的反应特性,在Al/Fe_2O_3基础上加入不同体积分数的PTFE作为粘合剂,制备了多功能结构性Al/Fe_2O_3/PTFE含能材料,并用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)对材料进行了表征。结果表明,在准静态压缩条件下,随着PTFE含量的增加,材料的压缩强度、应变硬化模量、屈服强度、密度以及最大真实应变逐渐增大。当PTFE体积分数由40%增加到80%时,复合材料的强度由16 MPa逐渐上升到87 MPa。在落锤冲击条件下,PTFE体积分数为40%和60%的Al/Fe_2O_3/PTFE复合材料均能在落锤冲击下发生剧烈爆炸和燃烧,而加入80%PTFE的复合材料在高速摄影下也仅观察到微弱的火星,反应十分微弱。随着PTFE的增加,复合材料的感度逐渐降低,特性落高分别为55,58 cm和85 cm,发火延时分别为50,100μs和200μs。40%PTFE含量的Al/Fe_2O_3/PTFE复合材料落锤冲击后产物为AlF_3、Al_2O_3、FeF_2和炭黑,证实了铝热反应的发生,FeF_2不是PTFE与Fe_2O_3反应的产物,而是由铝热反应产生的Fe与PTFE分解产物之间的化学反应产生的。     

镁基储氢材料对AP/Al/HTPB复合固体推进剂性能的影响

用差示扫描量热仪（DSC）研究了镁基储氢材料（Mg2NiH4,Mg2Cu—H和MgH2）对高氯酸铵（AP）及AP／Al／HTPB复合固体推进剂热分解性能的影响。结果表明,含量5％的镁基储氢材料对AP热分解过程具有明显的催化促进作用。含量1．3％的镁基储氢材料可以降低AP／Al／HTPB复合固体推进剂热分解过程的热分解温度,使分解热明显增加,表现出显著的增强促进作用。燃速测定结果表明,在8MPa下,含量1．3％的Mg2 NiH4,Mg2Cu—H和MgH2可以分别使AP／Al／HTPB复合固体推进剂的燃速提高3．5％、14．4％和13．9％。镁基储氢材料对AP和AP／Al／HTPB复合固体推进剂热分解的作用效果与其含氢量有关,MgH2的含氢量大,作用效果好。镁基储氢材料主要通过催化AP／Al／HTPB复合固体推进剂中AP的热分解,表现出对AP／Al／HTPB复合固体推进剂热分解具有较好的催化效果。     

掺杂La2O3的Al/CuO铝热剂的反应特性

为了研究La₂O₃对Al/CuO铝热剂反应特性的影响,采用机械混合法制备了不同氧平衡状态,即当量比(φ)分别为1.0,1.4和1.8下的Al/CuO铝热剂,并分别掺杂2%,5%,10%,20%和30%的La₂O₃。利用扫描电子显微镜(SEM)、X-射线能谱仪(EDS)、X-射线衍射仪(XRD)和差示扫描量热仪(DSC)分别对未掺杂和掺杂La₂O₃的Al/CuO铝热剂的微观形貌、元素种类、物相以及放热过程进行了研究,采用燃烧管实验、T-jump快速升温点火实验和密闭爆发器实验对其燃烧特性和产气性能进行了对比分析。结果表明,零氧平衡状态(φ=1.4)下,掺杂La₂O₃的Al/CuO铝热剂发生铝热反应的起始温度和峰值温度明显低于未掺杂La₂O₃的Al/CuO铝热剂;掺杂2%La₂O₃的Al/CuO铝热剂放热量为1772 J·g     

蜂窝状ZnCo2O4的制备及对AP和CL-20热分解行为的影响

为了研究双金属氧化物在固体推进剂中的催化性能,采用溶剂热法及热退火工艺成功制备出在镍泡沫(NF)上生长的蜂窝状ZnCo_2O_4(honeycombs ZnCo_2O_4,ZnCo_2O_4(HCs)),并通过X射线粉末衍射(XRD),X射线光电子能谱仪(XPS),傅里叶红外光谱仪(FT-IR),扫描电子显微镜(SEM)及N2吸附-脱附测试对其物相组成和形貌结构进行了表征分析。采用差示扫描量热法(DSC)研究了制备的ZnCo_2O_4(HCs)对高氯酸铵(AP)和六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)的催化性能。结果表明,当ZnCo_2O_4(HCs)用量为20%时,ZnCo_2O_4(HCs)/AP和ZnCo_2O_4(HCs)/CL-20最低热分解峰温,分别为575.01,521.55 K。与纯AP和CL-20相比,ZnCo_2O_4(HCs)/AP和ZnCo_2O_4(HCs)/CL-20复合物的放热分解峰温分别提前了101.87,3.73 K,热分析动力学计算表明它们的表观活化能分别降低了17.88,6.23 kJ·mol~(-1)。与文献报道的纳米微晶状(NCs)、纳米线状(NWs)及纳米球状(NSs)ZnCo_2O_4相比,蜂窝状ZnCo_2O_4呈现出良好的催化活性,这可归因于ZnCo_2O_4(HCs)的多孔结构和大比表面积,能够为热分解反应提供丰富的活性位点。     

蝶翅状纳米TiO2的制备及其对AP热分解的催化性能

为了提高纳米金属氧化物对高氯酸铵（AP）热分解的催化性能,以天然蓝闪蝶翅为模板,采用浸渍-煅烧法制备得到了蝶翅状二氧化钛（BW-TiO₂）。利用场发射扫描电子显微镜（FESEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）对其形貌、结构和组成进行了表征,差示扫描量热法（DSC）研究了BW-TiO₂对AP热分解的催化性能。结果表明,制备的BW-TiO₂为锐钛矿型,颗粒粒径为8~12 nm,同时残留有少量的无定形碳和Ti。BW-TiO₂较为完整地保留了蓝闪蝶翅的平行网格骨架结构,其间含有相互连通的纳米级管状通道和大量的中孔。加入5%的BW-TiO₂,可使AP的高温分解峰温从429.1 ℃降至374.1 ℃,放热量从255 J?g^-1提高到1323 J?g^-1,反应活化能从190 kJ?mol^-1降为130.9 kJ?mol^-1。