MIC材料Fe2O3/Al对AP的热分解影响研究

为了改善高氯酸铵(AP)的热分解性能,采用溶胶凝胶法将MIC材料(w Fe₂O₃:w Al=3:1)与AP进行复合,采用SEM、XRD、红外光谱对其形貌进行表征,并通过DSC研究MIC材料(Fe2O3/Al)对AP热分解的催化性能。结果表明：MIC(Fe₂O₃/Al)粒子复合在AP表面,且粒子尺寸大部分为纳米级别;与原料AP相比,加入MIC材料(Fe₂O₃/Al)后,AP的低温分解峰与高温分解峰重合,使AP热分解过程只出现1个分解峰,表明复合MIC材料(Fe2O3/Al)对AP的热分解有明显的催化作用,且复合样品的放热比原料AP更加集中。与原料AP的高温分解峰温相比,加入质量比5%、10%、15%、20%MIC材料(Fe₂O₃/Al)的复合样品分解峰温分别降低了65.7℃、75.9℃、78℃、79.7℃。     

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。     

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.     

纳米金属粉对AP及AP/HTPB推进剂热分解的催化性能研究

用热分析法研究了纳米金属粉(Ni、Cu和Al)对高氯酸铵(AP)以及AP/HTPB推进剂热分解的催化性能.结果表明,质量分数为5%的纳米镍粉、铜粉和铝粉可以明显降低AP的高温分解温度,显示出对AP高温分解反应很好的催化活性;纳米铜粉对AP的低温分解也有很好的催化作用,而纳米镍粉和铝粉却表现出对AP低温分解反应具有一定的阻碍作用.微米级金属粉对AP高温分解反应的催化作用明显小于纳米金属粉.纳米金属粉对AP/HTPB推进剂的热分解同样具有一定的催化效果.     

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.     

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.     

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。     

纳米β-Cu的制备及其对超细AP的催化性能

采用湿法机械研磨法制备了纳米2,4-二羟基苯甲酸铜(β-Cu)。通过X射线粉末衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、透射电子显微镜(TEM)表征了β-Cu颗粒的结构、粒径及形貌。同时,研究了纳米β-Cu对高氯酸铵(AP)的催化性能。结果表明,β-Cu颗粒粒径约为100 nm,呈类球形。DSC分析表明,纳米β-Cu对6μm和1μm超细AP具有显著的催化作用,可使二者的高温分解峰温分别降低至373.1℃和351.2℃;表观分解热分别增加至1529 J·g-1和1513 J·g-1;反应速率常数分别提高近10倍。相比6μm AP,纳米β-Cu对1μm AP具有更好的催化效果,使其高温分解峰温更低,反应速率常数更大。     

Mn_3O_4微球的制备及其对高氯酸铵热分解的催化作用

以四水合乙酸锰和无水乙醇为原料,用溶剂热法制备了Mn3O4微球。研究和讨论了反应温度、反应时间对实验结果的影响。得到了160℃反应4 h的最佳条件。用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、透射电子显微镜(TEM)表征了Mn3O4微球的组成和形貌。用差示扫描量热仪(DSC)研究了Mn3O4微球对高氯酸铵(AP)热分解性能的影响。结果表明,Mn3O4微球是结晶度较高、粒径介于4~10 nm的超细Mn3O4粒子的聚集体。与纯AP相比,Mn3O4微球/AP混合物中AP的热分解温度下移160.1℃,出现在297.1℃,表明Mn3O4微球对AP热分解有明显的催化作用。     

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。     

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。     

四氧化三钴@碳化蝶翅的制备及催化高氯酸铵分解的性能

采用水热法制备了四氧化三钴@碳化蝶翅(Co_3O_4@CW)纳米复合材料。利用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、透射电子显微镜(TEM)、比表面及孔径分析仪表征了其结构和成分。采用同步热分析仪(DSC-TG)研究了该复合材料对高氯酸铵(AP)热分解的催化性能。结果表明,Co_3O_4@CW具有微孔-介孔-大孔的多级孔结构,Co_3O_4纳米粒子均匀紧密地负载于碳化蝶翅的骨架上,其中Co_3O_4的负载量约为72.0%。Co_3O_4@CW可显著降低AP的高温分解峰温度,当Co_3O_4@CW的添加量为3%时,AP的高温分解峰提前147℃,AP的热分解放热量从173.4 k J·mol~(-1)增加到369.3 k J·mol~(-1),表现出了良好的催化性能。     

锆粉对高氯酸钾热分解反应的影响

为研究平均粒径1μm的锆粉(Zr)对高氯酸钾(KClO_4)各步热分解反应的影响,通过X射线光电子能谱(XPS)和热重分析(TG/DTG)研究了纯KClO_4和质量比为50∶50的Zr/KClO_4两种体系的热分解过程。XPS结果表明,锆粉的加入促进了KClO_4第一步热分解生成KClO_3的可逆反应平衡向右移动。利用线性拟合方法求解了两步热分解过程的动力学三因子,计算结果表明,加入小粒径锆粉后第一步热分解的活化能降低,指前因子增大,最可几机理函数由G(α)=[-ln(1-α)]~(3/4)变为G(α)=-ln(1-α),热爆炸临界温度由587.7℃降至516.9℃;第二步热分解活化能升高,指前因子不变,最可几机理函数均为G(α)=-ln(1-α)。因此,锆粉的加入促进了KClO_4的第一步热分解,增加了反应的活性位点,使反应更易进行,提高了反应速率,但同时锆粉表面被氧化为氧化锆,作为惰性物质掺杂于KClO_4和KClO_3之间,使得第二步热分解的表观活化能升高,但其不参与反应,不改变反应机理     

AN和硝酸钠混合物热分解的动力学分析

用非等温DSC和TC,在2,4,6,8 K·min-1四个不同的线性升温速率下,研究了分析纯硝酸铵(AN)、工业AN以及分析纯AN和NaNO3混合物的热分解动力学。结果表明,在反应深度为0.0-0.4区间内,AN热分解反应受随机成核和随后增长机理控制,机理函数为n=2／3的Avrami-Erofeev方程。含10％NaNO3的分析纯AN在同一反应深度区间内的分解过程归属一维相边界反应,机理函数为n=1／3的收缩球(体积)方程。分析纯AN(工业AN与之相似)以及含10％NaNO3混合物的动力学方程分别为:dα/dT=109.43(1-α)[-ln(1-α)]1/3exp(-1.319×104／T)和dα/dT=109.4(1-α)2/3exp(-1.566×104／T)表明,AN中加入少量NaNO3可以改善AN的热稳定性。     

两种Fe_2O_3@rGO纳米复合物的制备及其对TKX-50热分解的影响

使用水热和溶剂热两种方法制备了还原石墨烯(rGO)负载Fe_2O_3纳米颗粒的复合物(h-Fe_2O_3@rGO和s-Fe_2O_3@rGO),并使用溶剂热法制备了未负载的rGO与Fe_2O_3纳米颗粒,通过X射线粉末衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、扫描电子显微镜(SEM)等方法对制备的Fe_2O_3纳米颗粒、rGO、h-Fe_2O_3@rGO和s-Fe_2O_3@rGO进行了表征。结果表明,rGO作为基底进行负载可以有效解决Fe_2O_3纳米颗粒的团聚问题,极大地提高了其分散性。相对于水热法制备的h-Fe_2O_3@rGO,使用二甲基甲酰胺(DMF)的溶剂热法可以避免rGO基底的堆叠,进一步提高所负载的Fe_2O_3纳米颗粒分散性。用差式扫描量热法(DSC)研究了制得的h-Fe_2O_3@rGO、sFe_2O_3@rGO和Fe_2O_3纳米颗粒对1,1'-二羟基-5,5'-联四唑二羟铵盐(TKX-50)热分解性能的催化效果。结果表明Fe_2O_3纳米颗粒、rGO、h-Fe_2O_3@rGO和s-Fe_2O_3@rGO纳米复合物对TKX-50的热分解具有良好的催化活性,TKX-50的低温分解峰峰温分别降低了33.9,10.9,25.5℃和40.7℃;表观分解热分别增加至1747,1924,2096 J·g~(-1)和2983 J·g~(-1)。相对于h-Fe_2O_3@rGO和Fe_2O_3纳米颗粒,溶剂热法制备的s-Fe_2O_3@rGO纳米复合物具有更好的催化效果。