专利名称：烟花爆竹用高氯酸钾的负载型催化剂及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种烟花爆竹用高氯酸钾的负载型催化剂，属于烟花 爆竹领域。
背景技术：
氯酸钾是烟花爆竹和其他烟火药剂中重要的原材料。氯酸钾是一 种强氧化剂。卓楠等学者在其文章《改性氯酸钾的研制》中指出，氯 酸钾具有分解温度低、吸湿性小、爆炸性能好、储存安定性好、生产 工艺简单、成本低等特性。但是含氯酸钾类烟花爆竹药剂的摩擦、撞 击等机械感度过高，生产、运输过程中极易发生安全事故。由于氯酸 钾存在不利于安全生产的弊端，国内外出现了主张淘汰氯酸钾或找寻 替代品的呼声。高氯酸钾是烟火药剂中常用的氯酸钾替代氧化剂之 一。但是，学者对于高氯酸钾能否全面取代氯酸钾的看法还不统一， 甚至大相径庭。目前大部分氯酸钾替代物均是以高氯酸钾作为爆竹氧 化剂的主要组分之一。因此，高氯酸钾的氧化性能对于烟火药剂的总 体性能具有重要的影响。通过添加适当的催化剂，可以提高含高氯酸 钾烟火药剂的反应速率，改善高氯酸钾的氧化性能，通过减少其用量 而降低氧化剂成本，为新型安全氧化剂的开发奠定基础。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种烟花爆竹用高氯酸钾的负载型催 化剂，解决烟花爆竹用的高氯酸钾氧化性能差，含高氯酸钾烟火药剂 的反应速率慢等问题。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的
本发明的一种烟花爆竹用高氯酸钾负载型催化剂，其各组分的质 量百分比如下
过渡金属氧化物 33% 38%载体 62%~67%
其中，所述的过渡金属氧化物为铁或铜的氧化物；载体为碳纳米 管、活性炭。
本发明的一种烟花爆竹用高氯酸钾负载型催化剂的制备方法，其 具体制备步骤如下
1) 将能过100目筛的载体加入到浓度为0.05~0.1mol/L的过渡金 属水溶性盐溶液中，在30 4(TC下恒温搅拌30rnin以上，使其充分 分散；
其中，所述的过渡金属水溶性盐为硫酸铁、氯化铁、硝酸铁、硫 酸铜、氯化铜或硝酸铜；载体为碳纳米管、活性炭；载体与过渡金属 水溶性盐的质量比为l:1 1: 1.2;
2) 搅拌下，向上述混合溶液中逐滴加入质量百分比为1~5%的 NaOH水溶液，然后用氨水调整其pH值使之在7.5-8.0, 30 40"C恒 温搅拌3h以上，过滤，用蒸馏水洗涤沉淀物3次以上，将沉淀物烘 干研磨过100目筛。
其中过渡金属水溶性盐与NaOH的摩尔比范围为1: 2~1:3。
3) 在300 400'C下将上步制得的沉淀物隔绝氧气焙烧1.5 2h， 得到目标产物。
有益效果本发明可直接混合到含高氯酸钾的烟火药剂中，用量 少，制备工艺简单。本负载型催化剂可以大大提高含高氯酸钾烟火药 剂的反应速率。
图1为实施例1所得Fe2CV活性炭的SEM图； 图2为添加实施例1所得负载催化剂的含高氯酸钾烟火药剂反应 速率一时间曲线；其中l-无催化剂；2-活性炭负载Fe203)
具体实施方式
实施例11) 将氯化铁(FeCl3)配制成质0.06mol/L的水溶液，量取50mL， 向溶液中加入0.5g能过100目筛的活性炭，在4(TC恒温下搅拌30mii1， 使其充分分散；
2) 搅拌下，向上述混合溶液中逐滴加入质量百分比为1%的 NaOH稀溶液24mL,最后用氨水调整其pH值使之在8; 40"C恒温搅 拌3h，过滤，用蒸馏水洗涤沉淀物3次，将沉淀物烘干研磨过100 目筛；
3) 在400。C下将上步制得的沉淀物隔绝氧气焙烧2h，得到负载 型催化剂。
结果
电子能谱显示活性炭表面Fe元素的质量百分比为8.92%，表明 Fe203在活性炭表面有附着。加入催化剂的含高氯酸钾的烟火药剂， 其表观活化能降低了 20.6%，最大反应速率提高了 73.8%。
实施例2
1) 将氯化铜(CuCl2)配制成质0.06mol/L的水溶液，量取50rnL， 向溶液中加入0.5g能过100目筛的活性炭，在30 4(TC恒温下搅拌 30min，使其充分分散；
2) 搅拌下，向上述混合溶液中逐滴加入质量百分比为1%的 NaOH稀溶液36mL，最后用氨水调整其pH值使之在8; 4(TC恒温搅 拌3h，过滤，用蒸馏水洗涤沉淀物3次，将沉淀物烘干研磨过100 目筛；
3) 在400'C下将上步制得的沉淀物隔绝氧气焙烧1.5h,得到负 载型催化剂。
结果
电子能谱显示活性炭表面Cu元素的质量百分比为63.82%，表明 CuO在活性炭表面有附着。加入催化剂的含高氯酸钾的烟火药剂，其 表观活化能降低了 27.0%，最大反应速率提高了 91.0%。
实施例31) 将氯化铁(FeCl3)配制成质0.06mol/L的水溶液，量取50mL， 向溶液中加入0.5g能过100目筛的碳纳米管，在30 4(TC恒温下搅 拌30min左右，使其充分分散；
2) 搅拌下，向上述混合溶液中逐滴加入质量百分比为1%的 NaOH稀溶液24mL;最后用氨水调整其pH值使之在8; 4(TC恒温 搅拌3h左右，过滤，用蒸馏水洗涤沉淀物3次，将沉淀物烘干研磨 过100目筛；
3) 在350。C下将上步制得的隔绝氧气焙烧2h，得到负载型催化剂。
结果
电子能谱显示活性炭表面Fe元素的质量百分比为56.24%,表明 Fe203在活性炭表面有附着。加入催化剂的含高氯酸钾的烟火药剂， 其表观活化能降低了 27.0%，最大反应速率提高了 74.3%。
实施例4
1) 将氯化铜(CuCl2)配制成质0.06mol/L的水溶液，量取50mL， 向溶液中加入的0.5g能过100目筛的碳纳米管，在34(TC恒温下搅拌 30min，使其充分分散；
2) 搅拌下，向上述混合溶液中逐滴加入质量百分比为1%的 NaOH稀溶液36mL;最后用氨水调整其pH值使之在8; 40"C恒温搅 拌3h左右，过滤，用蒸馏水洗涤沉淀物3次，将沉淀物烘干研磨过 100目筛；
3) 在4001:下将上步制得的沉淀物隔绝氧气焙烧1.5 211,得到 负载型催化剂。
结果
电子能谱显示活性炭表面Cu元素的质量百分比为46.41%，表明 CuO在活性炭表面有附着。加入催化剂的含高氯酸钾的烟火药剂，其 表观活化能降低了 27.0%，最大反应速率提高了 74.2%。
权利要求
1、烟花爆竹用高氯酸钾负载型催化剂，其特征在于各组分的质量百分比如下过渡金属氧化物 33％～38％载体62％～67％其中，所述的过渡金属氧化物为铁或铜的氧化物；载体为碳纳米管、活性炭。
2、 烟花爆竹用高氯酸钾负载型催化剂的制备方法，其特征在于 具体制备步骤如下1) 将能过100目筛的载体到浓度为0.05 0.1mol/L的过渡金属水 溶性盐溶液中，在30 4(TC下恒温搅拌30min以上，使其充分分散；其中，所述的过渡金属水溶性盐为硫酸铁、氯化铁、硝酸铁、硫 酸铜、氯化铜或硝酸铜；载体为碳纳米管、活性炭；载体与过渡金属 水溶性盐的质量比为l:1 1: 1.2;2) 搅拌下，向上述混合溶液中逐滴加入质量百分比为1~5%的 NaOH水溶液，然后用氨水调整其pH值使之在7.5 8.0， 30 4(TC恒 温搅拌3h以上，过滤，用蒸馏水洗涤沉淀物3次以上，将沉淀物烘 干研磨过100目筛；其中过渡金属水溶性盐与NaOH的摩尔比范围为1: 2~1:3;3) 在300 400。C下将上步制得的沉淀物隔绝氧气焙烧1.5 2h， 得到目标产物。
全文摘要
本发明涉及一种烟花爆竹用高氯酸钾的负载型催化剂，属于烟花爆竹领域。本发明各组分的质量百分比为过渡金属氧化物33％～38％，载体62％～67％；本发明的方法首先是将载体加入到过渡金属水溶性盐溶液中，恒温搅拌，使其充分分散；然后在搅拌下，向混合溶液中逐滴加入NaOH水溶液，然后用氨水调整其pH值使之在7.5～8.0，恒温搅拌，过滤，用蒸馏水洗涤沉淀物，将沉淀物烘干研磨过100目筛；最后在300～400℃下将沉淀物隔绝氧气焙烧，得到目标产物。本发明可直接混合到含高氯酸钾的烟火药剂中，用量少，制备工艺简单。本负载型催化剂可以大大提高含高氯酸钾烟火药剂的反应速率。
文档编号B01J37/03GK101574655SQ20091008619
公开日2009年11月11日 申请日期2009年6月8日 优先权日2009年6月8日
发明者刘振翼, 楠 邓, 钱新明, 魏思凡, 平 黄 申请人:北京理工大学