的制备方法及其应用

文档序号:11001248
的制备方法及其应用
【技术领域】
[0001]本发明属于自组装型纳米复合材料技术领域,特别涉及一种用于固体推进剂的新型燃烧催化剂自组装GO-Bi2WO6的制备和用途。
【背景技术】
[0002]推进剂是军事和航天技术的重要研究领域。目前固体推进剂向着高能、钝感、低特征信号、环保等方向发展。RDX和HMX是固体推进剂中最常见到的氧化剂,它们的热分解性能对推进剂燃烧行为起着关键作用:二者的热分解温度和表观活化能越低,推进剂的点火滞后时间越短,燃烧速率越高。过去,研究者们一直致力于开发单一金属氧化物(如Fe2O3, CuO,N1和Co3O4等)作为燃烧催化剂。但两种或两种以上不同金属的复合氧化物做催化剂,不同金属氧化物的性能互补,将产生“协同效应”,可产生更好的催化效果。国内外相继出现了Bi2O3.SnO2XuFe2O4等纳米金属复合氧化物作为燃烧催化剂的文献报道,研究发现其效果不但优于单一金属氧化物的催化剂,也比两种催化剂的简单混合的效果有明显的提高。
[0003]Bi2WO6,作为一种最简单的层状钙钛矿复合金属氧化物,具有其稳定的骨架结构和良好的化学稳定性。由于其潜在的催化应用价值,近年来受到越来越多的科研工作者的青睐。发明人实验组设计合成出Bi2WO6纳米颗粒,并通过调整反应条件控制其形貌大小。在进一步的实验中发现,Bi2WO6不仅能够极大的提高双基/改性双基推进剂的燃速,降低压力指数,而且在16-22MPa之间形成“平台效应”。然而,由于纳米粒子极小的尺寸和相对较高的表面能,在实际使用中不可避免地存在团聚的问题,从而使其催化性能大大降低。因此如何分散这些纳米材料,充分发挥其优良的催化性能成为一大难题。

【发明内容】

[0004]本发明的目的之一是提供纳米复合材料GO-Bi2WO6的制备方法。
[0005]本发明的制备方法包括:将PH为3?5的Bi2WO6纳米颗粒悬浮液与GO溶液混匀、沉淀,所得沉淀物为G0-Bi2W06纳米复合材料。
[0006]进一步,Bi2WO6与GO的质量比为9:1。
[0007]进一步,Bi2W06纳米颗粒的粒径为40?60nm。
[0008]本发明的目的之二是提供上述方法制备的GO-Bi2WO6作为含能材料RDX热分解催化剂的应用。
[0009]本发明的目的之三是提供上述方法制备的GO-Bi2WO6作为含能材料HMX热分解催化剂的应用。
[0010]与现有技术相比,本发明的优点与积极效果如下:
[0011 ] (I)本发明制得的自组装型纳米复合材料GO-Bi2WO6中,G0呈2_3nm的透明超薄层,包裹在约50nm的Bi2WO6纳米颗粒表面,极大地抑制了纳米粒子的团聚,增大了比表面积,充分发挥了两者的协同催化效应。
[0012](2)本发明合成方法简单、有效,且对环境良好、易于工业化生产;本发明合成得到的G O - B i 2 W O 6是一类新型催化剂,对含能材料R D X、H M X热分解的催化效果优于单组分的Bi2WO6和G0,可作为固体推进剂的燃烧催化剂,实现固体推进剂的快速稳态燃烧,降低压力指数。
【附图说明】
[0013]图1为实施例1的GO-Bi2WO6的XRD曲线图;
[0014]图2为实施例1的GO-Bi2TO6的SEM图;
[0015]图3为实施例1的GO-Bi2TO6的Raman曲线图;
[0016]图4为实施例2的在不同催化剂存在下RDX热分解的DSC曲线图;
[0017]图5为实施例3的在不同催化剂存在下HMX热分解的DSC曲线图。
【具体实施方式】
[0018]氧化石墨稀(Graphene Oxide,简称GO)是石墨稀的一类衍生物,结构与石墨稀相同,但是在二维基面和边缘存在大量的官能团,如羧基、羟基、环氧基等,表面的羟基和酚式羧基基团使得其带负电荷,因而更易于通过非共价键与纳米粒子复合;另一方面,二维GO薄层具有很好的弹性、延展性和比表面,特别适合包裹纳米粒子,从而抑制了纳米粒子的团聚;而且,GO的超薄导电层结构非常有利于电子和物质的传输通过。由此可见,制备GO包裹型纳米复合材料能够大大提高纳米粒子原有的催化活性。
[0019]本发明的制备方法中GO带负电,Bi2WO6不溶于酸碱,引入H+使Bi2WO6带正电,由于静电力作用,带负电的GO缠绕在带正电Bi2WO6表面,自组装成包裹型纳米复合材料GO-Bi2WO6t3
[0020]以下是发明人提供的具体实施例,以对本发明的技术方案作进一步解释说明。
[0021]实施例1:
[0022](I)将GO超声分散于去离子水中,浓度为Img mL—S
[0023](2)取0.2g纳米Bi2WO6同样超声分散于去离子水中30min制备纳米Bi2WO6悬浮液,利用IM HCl调节纳米Bi2WO6悬浮液pH=5 ;
[0024](3)取30mL步骤(I)中制得的GO溶液,加入到(2)中制备的悬浮液中,继续超声2h使其混合分散均匀;
[0025](4)经过沉淀、过滤、洗涤、干燥,即得自组装型纳米复合材料GO-Bi2TO6t3
[0026]图1为该实施例制得的GO-B i 2 WO6的XRD图谱,结果表明:GO-B i 2 WO6的XRD曲线较纯Bi2TO6(JCH)S 39-0256)并无明显变化,说明GO的石墨块被剥离形成单层或多层超薄片,且Bi2TO6已嵌入到GO薄片中。
[0027]图2为该实施例制得的GO-Bi2WO6的SEM(a,b)、TEM(c,d)图,结果表明:GO呈2-3nm的透明超薄层,包裹在约50nm的M2WO6纳米颗粒表面,极大地抑制了纳米粒子的团聚,增大了比表面积。
[0028]图3为该实施例制得的GO-Bi2WO6的Raman图谱,结果表明:GO-Bi2WO6的拉曼曲线图中既出现了归属于GO的D带(1335cm—O和G带(1586cm—O,又有位于200?1000cm—1归属于Bi2TO6的特征峰。
[0029]实施例2:
[0030]由实施例1方法合成得到的自组装型纳米复合材料GO-Bi2WO6,与RDX以1:4的质量比均匀混合,在升温速率10°c条件下进行DSC测定,得到图4所示结果,纯RDX分解峰温分别为242.9°(:,表观放热量为7971 g—1,添加Bi2TO6、GO和GO-Bi2TO6后,RDX的分解峰温分别降低了 1.7°C,17.1°C和34.4°C;放热量分别升高到853J g-S978J g一1和1816J g—1。无论是降低RDX的最高分解温度,还是增大表观放热量方面,GO-Bi2WO6都显示出比G0、Bi2W06更高的催化活性。
[0031]实施例3:
[0032]由实施例1方法合成得到的自组装型纳米复合材料GO-Bi2WO6,与HMX以1:4的质量比均匀混合,在升温速率10°C条件下进行DSC测定,得到图5所示结果,纯HMX分解峰温分别为283.4°C,表观放热量为851J g—S添加Bi2W06、G0和GO-Bi2WO6后,HMX的分解峰温分别降低了24.8°C,0.7°C和34.5°C,放热量分别为 1232J g-S895J g—1 和 1497J g—L相比于G0、Bi2TO6 ,GO-Bi2WO6使HMX热分解温度降低最多,表观放热量也提高最大,催化效果突出。
【主权项】
1.一种纳米复合材料GO-Bi2WO6的制备方法,其特征在于,该制备方法包括:将PH为3?5的Bi2WO6纳米颗粒悬浮液与GO溶液混匀、沉淀,所得沉淀物为GO-Bi2WO6纳米复合材料。2.如权利要求1所述的纳米复合材料GO-Bi2WO6的制备方法,其特征在于,Bi2WO6与GO的质量比为9:1。3.如权利要求1所述的纳米复合材料G0-Bi2W06的制备方法,其特征在于,Bi2W06纳米颗粒的粒径为40?60nm。4.权利要求1所述方法制备的GO-Bi2WO6作为含能材料RDX热分解催化剂的应用。5.权利要求1所述方法制备的GO-Bi2WO6作为含能材料HMX热分解催化剂的应用。
【专利摘要】本发明涉及纳米复合材料GO?Bi2WO6的制备方法及其应用。所涉及的方法包括:将PH为3~5的Bi2WO6纳米颗粒悬浮液与GO溶液混匀、沉淀,所得沉淀物为GO?Bi2WO6纳米复合材料。所涉及的应用之一为方法制备的GO?Bi2WO6作为含能材料RDX热分解催化剂的应用。所涉及的应用之二为方法制备的GO?Bi2WO6作为含能材料HMX热分解催化剂的应用。本发明制得的纳米复合材料GO?Bi2WO6充分发挥了两者的协同催化效应;对含能材料RDX、HMX热分解的催化效果优于单组分的Bi2WO6和GO,可作为固体推进剂的燃烧催化剂,实现固体推进剂的快速稳态燃烧,降低压力指数。
【IPC分类】C06B23/00, B82Y40/00, B01J23/31, B82Y30/00
【公开号】CN105709717
【申请号】CN201610031503
【发明人】徐抗震, 张钰, 肖立柏, 任兆玉, 宋纪蓉, 赵凤起
【申请人】西北大学
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