CN101642709B

CN101642709B - 一种CuO-PbO/碳纳米管复合粉体及其制备方法

Info

Publication number: CN101642709B
Application number: CN2008101427795A
Authority: CN
Inventors: 洪伟良; 赵凤起; 刘剑洪; 张金霞; 仪建华; 高红旭
Original assignee: Shenzhen University
Current assignee: Shenzhen University
Priority date: 2008-08-04
Filing date: 2008-08-04
Publication date: 2011-07-20
Anticipated expiration: 2028-08-04
Also published as: CN101642709A

Abstract

一种CuO-PbO/碳纳米管复合粉体及其制备方法，CuO-PbO/碳纳米管复合粉体的组分为：CuO、PbO和多壁碳纳米管(MWCNT)，其重量配比为：CuO-PbO：40～70％(其中CuO：20～50％；PbO：20～50％)，粒径为10～30nm；MWCNT：30～60％；其制备方法是将多壁碳纳米管纯化、表面氧化改性，然后加入到化学计量的铜盐和铅盐溶液中，超声分散、搅拌、静置、碱化沉积、洗涤、过滤、灼烧等工序制得。本发明制得的CuO-PbO/碳纳米管复合粉体作为燃烧催化剂对双基或改性双基推进剂的燃烧具有很高的催化效果。

Description

一种CuO-PbO/碳纳米管复合粉体及其制备方法

技术领域

本发明涉及的是一种CuO-PbO/碳纳米管复合粉体及其制备方法。CuO-PbO/碳纳米管复合粉体可作为固体推进剂的新型的高效燃烧催化剂。

技术背景

双基推进剂和改性双基推进剂是火箭和导弹所用的一类高能燃料。由于其燃速偏低，压强指数较高，实际使用时需要加入燃烧催化剂来改善其燃烧性能。随着导弹技术的发展，需要开发高效的新型燃烧催化剂，来满足发展新型固体推进剂的需要。

碳纳米管由于具有巨大的比表面积和空腔结构，且其表面及边缘又存在结构缺陷，使其具有独特的催化性能和吸附性质，既是一种特殊的催化剂，又是一种优良的催化剂载体。作为催化剂载体，可将金属氧化物与碳纳米管复合可制备成新型复合催化剂。碳纳米管起着催化剂和载体的双重作用，催化剂以纳米粒子形式高度分散在碳纳米管的管壁上，碳纳米管作为“碳骨架”，可阻止金属氧化物纳米粒子间的相互团聚，可充分发挥纳米粒子的高效催化作用。同时负载的金属氧化物又能与碳纳米管的催化性能“互补”，促进金属氧化物的催化作用，其催化效果将优于纯的纳米金属氧化物催化剂。

氧化铜和氧化铅都是双基系推进剂的燃烧催化剂，具有较好的催化作用。将PbO和CuO在纳米尺度上复合，它们的催化性能可“互补”，产生强的“协同效应”，可显著提高其催化效果，并可通过改变PbO、CuO和碳纳米管的比例来优化催化性能。因此，开发CuO-PbO/碳纳米管负载型复合燃速催化剂可为固体推进剂提供新型的高效燃烧催化剂。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种用作双基或改性双基推进剂的燃烧催化剂的CuO-PbO/碳纳米管复合粉体。

本发明的另一个目的是提供CuO-PbO/碳纳米管复合粉体的制备方法。

本发明提供一种CuO-PbO/碳纳米管复合粉体，其组分为：CuO、PbO和多壁碳纳米管，各种组分的含量按重量百分比计算为：CuO-PbO∶40～70％，其中CuO：20～50％，PbO：20～50％；多壁碳纳米管：30～60％。

所述CuO-PbO/碳纳米管复合粉体中：所用的多壁碳纳米管的直径为60～90nm，长度为500～3000nm，负载在碳纳米管表面的CuO-PbO复合粒子的粒径为10～30nm。

本发明的CuO-PbO/碳纳米管复合粉体的制备方法，按以下次序的几个步骤进行：(1)多壁碳纳米管用盐酸浸泡15～24小时进行纯化；(2)经纯化的多壁碳纳米管用浓硝酸和浓硫酸组成的混酸在70～100℃下氧化1～2小时，其中，浓硝酸和浓硫酸的比例为1∶3；(3)将一定比例的可溶性铅盐和可溶性铜盐溶于蒸馏水中并加入适量的稀硝酸配制成透明的混合溶液；(4)在铅盐和铜盐的混合溶液中加入化学计量的经纯化和氧化的多壁碳纳米管，加入适量的聚乙二醇400，搅拌加超声分散30分钟；(5)在室温下搅拌4～6小时，然后静置3～6小时；(6)在搅拌下滴入2.5wt％氨水，调节溶液的pH值至7.8～8.5，然后静置4～6小时；(7)抽滤、洗涤、干燥；(8)在氮气保护下，280～400℃煅烧2小时，即可制得CuO-PbO/碳纳米管复合粉体。

所述的所用可溶性铅盐为：硝酸铅、醋酸铅；可溶性铜盐为：硝酸铜、醋酸铜。

本发明CuO-PbO/碳纳米管复合粉体作为燃烧催化剂对双基或改性双基推进剂的燃烧具有优良的催化效果。

附图说明

图1为实施案例1后得到的CuO-PbO/碳纳米管的X射线衍射图，与PDF卡片对照：负载物主要为斜方晶系的PbO(PDF标准卡上05-0561)和单斜晶系的CuO(PDF标准卡上48-1548)。

图2为实施案例1后得到的CuO-PbO/碳纳米管的透射电镜照片，从透射电镜照片中可以看出，负载在碳纳米管表面的纳米CuO-PbO为球形粒子，平均粒径约20nm。

图3为实施案例1后得到的CuO-PbO/碳纳米管复合粉体的EDS能谱图，EDS谱出现C、O、Pb、Cu等四种元素，说明产物仅含有C、O、Pb、Cu四种元素。

具体实施方式

本发明CuO-PbO/碳纳米管复合粉体燃烧催化剂的具体制备方法由以下实施例详细给出。

实施例1

(1)称取0.400g的多壁碳纳米管置于圆底烧瓶中，加入混酸(浓硝酸∶浓硫酸＝1∶3)，在70℃温度下恒温回流1小时，冷却，过滤，干燥、研碎。

(2)称取0.550g的三水硝酸铜于圆底烧瓶中，加入蒸馏水超声溶解。称取0.270g的硝酸铅于圆底烧瓶中，超声溶解。将铜盐溶液和铅盐溶液混合均匀，加入0.300g经步骤(1)氧化处理的多壁碳纳米管，超声30分钟至分散均匀，在室温下搅拌5小时，然后静置4小时。在搅拌下滴入2.5wt％氨水至pH值为8.5，然后静置5小时。抽滤，分别用蒸馏水、乙醇加超声波对产物洗涤2次和1次，60℃下干燥，在氮气保护下，280℃灼烧2小时，即可制得CuO-PbO/碳纳米管复合粉体。用原子光谱分析得产物中Pb元素的含量按重量百分比计算为：23.8％，Cu元素的含量为：19.9％；折算得到含PbO为：25.6％，含CuO为：24.9％。

实施例2

(1)称取0.400g的多壁碳纳米管置于圆底烧瓶中，加入混酸(浓硝酸∶浓硫酸＝1∶3)，在70℃温度下恒温回流2小时，冷却，过滤，干燥、研碎。

(2)称取0.800g的三水硝酸铜于圆底烧瓶中，加入蒸馏水，超声溶解成透明澄清的溶液。称取0.400g的硝酸铅于圆底烧瓶中，超声溶解。将铜盐溶液和铅盐溶液混合均匀，加入0.300g经步骤(1)氧化处理的多壁碳纳米管，加入适量的聚乙二醇400，搅拌加超声30钟至分散均匀，在室温下搅拌5.5小时，然后静置4小时。在搅拌下滴入2.5wt％氨水至pH值为8.2，然后静置5小时。抽滤，分别用蒸馏水、乙醇加超声波对产物洗涤2次和1次，60℃下干燥，在氮气保护下，300℃灼烧2小时，即可制得CuO-PbO/碳纳米管复合粉体。用原子光谱分析得产物中Pb元素的含量按重量百分比计算为：26.9％，Cu元素的含量为：22.4％；折算得到含PbO为：29.6％，含CuO为：28.1％。

Claims

1.一种CuO-PbO/碳纳米管复合粉体，其特征为：CuO-PbO/碳纳米管复合粉体的组分为：CuO、PbO和多壁碳纳米管，各种组分的含量按重量百分比计算为：CuO-PbO：40～70％，其中CuO：20～50％，PbO：20～50％；多壁碳纳米管：30～60％；所用的多壁碳纳米管的直径为60～90nm，长度为500～3000nm，负载在碳纳米管表面的CuO-PbO复合粒子的粒径为10～30nm。

2.权利要求1所述CuO-PbO/碳纳米管复合粉体的制备方法，按以下步骤进行：(1)多壁碳纳米管用盐酸浸泡15～24小时进行纯化；(2)经纯化的多壁碳纳米管用浓硝酸和浓硫酸组成的混酸在70～100℃下氧化1～2小时，其中，浓硝酸和浓硫酸的比例为1∶3；(3)将一定比例的可溶性铅盐和可溶性铜盐溶于蒸馏水中并加入适量的稀硝酸配制成透明的混合溶液；(4)在铅盐和铜盐的混合溶液中加入化学计量的经纯化和氧化的多壁碳纳米管，加入适量的聚乙二醇400，搅拌加超声分散30分钟；(5)在室温下搅拌4～6小时，然后静置3～6小时；(6)在搅拌下滴入2.5wt％氨水，调节溶液的pH值至7.8～8.5，然后静置4～6小时；(7)抽滤、洗涤、干燥；(8)在氮气保护下，290～400℃煅烧2小时，即可制得CuO-PbO/碳纳米管复合粉体。

3.根据权利要求2所述CuO-PbO/碳纳米管复合粉体的制备方法，其特征在于：所用可溶性铅盐为：硝酸铅、醋酸铅；可溶性铜盐为：硝酸铜、醋酸铜。