CN101869841B - 一种Ag-Cu-Ni三元复合金属催化材料及其合成方法和用途 - Google Patents

Abstract

本发明涉及Ag-Cu-Ni三元复合金属催化材料及其合成方法和用途。将硝酸银，硝酸铜和硝酸镍溶解于无水乙醇溶剂中，充分搅拌下加入氢氧化钠的乙醇溶液，将所得的混合物分装到反应釜，加热至160-220℃，保温。反应后，冷却到室温，洗涤、干燥。研究表明以Ag-Cu-Ni三元复合材料为催化剂的高氯酸胺热分解的低温分解峰和高温分解峰分别降低了3.5℃和119.5℃，并由两个放热峰集中为一个放热峰，将其瞬间放热量增加到1.63kJ/g。

Description

一种Ag-Cu-Ni三元复合金属催化材料及其合成方法和用途

技术领域：

本发明涉及到固体火箭推进剂的催化材料领域，尤其是涉及一种三元复合金属催化材料及其合成方法。

背景技术：

嫦娥一号成功进入太空，说明我国航天技术取得了巨大的成就。但是在火箭推进剂的使用还存在不足。我国所用的火箭推进剂是液体火箭推进剂，偏二肼/四氧化二氮，其毒性大、腐蚀大、不以快速部署，特别是潜射火箭中，N₂O₄常温分解出来的NO₂与水反应后，产生腐蚀性极强的硝酸，会强烈腐蚀弹体以及发射筒。而国外，如日本运载火箭采用固体火箭推进剂，固体火箭推进剂一般采用铝、硼等作为燃料，高氯酸胺作为氧化剂，解决了液体推进剂一系列安全性问题。

高氯酸胺(AP)是固体火箭推进剂中常用的氧化剂和高能组分，在AP系推进剂中占60％~90％的比例。AP的性质对固体火箭推进剂的总体性能有重要影响，尤其是其热分解特性与推进剂的燃烧性能密切相关。

纯高氯酸胺(AP)的DTA曲线有一个吸热峰和两个放热峰，242℃左右的吸热峰为AP的晶型转化过程，AP由斜方晶型转变为立方晶型；329.7℃左右的放热峰是AP热分解的第一阶段(低温分解)，AP部分分解并产生中间产物；445.7℃左右的放热峰是AP热分解的第二阶段(高温分解)，AP完全分解为挥发性产物。纯AP的表观分解热0.436kJ/g。通过研究AP的热分解特性可推测推进剂的燃烧性能，添加少量催化剂是调节推进剂性能的有效方法。所以，人们一直在努力寻找一种合适的催化剂体系，并使其满足：(1)降低AP的高温和低温分解温度，缩小两放热峰分解温差：(2)提高单位质量AP的表观分解热。

以纳微米催化剂调节推进剂燃烧性能是已成为研究的热点，纳微米级金属有良好的催化性质，可作为催化剂直接应用于化工行业，在推进剂中也有应用。研究表明，在一定条件下，复合金属粉可结合多种金属的性质，从而在某些方面表现出比单一金属粉更好的催化性能。

本发明的目的就是在深入调研各种催化剂调节高氯酸胺(AP)燃烧性能的研究现状的基础上，提出了一种可用于固体火箭推进剂催化材料的Ag-Cu-Ni三元复合材料体系及其简易的、低污染的制备方法。

研究表明以Ag-Cu-Ni三元复合材料为催化剂的高氯酸胺热分解的低温分解峰和高温分解峰分别降低了3.5℃和119.5℃，并由两个放热峰集中为一个放热峰，将其瞬间放热量增加到1.63kJ/g。

发明内容：

本发明提出了一种Ag-Cu-Ni三元金属复合固体火箭推进剂催化材料及其合成方法(复合催化材料的近绿色软化学方法)，目的在于制备出能降低高氯酸胺(AP)两个热分解峰温度，提高单位质量放热量的催化材料。进而可以发展为应用前景广阔的固体火箭推进剂的催化材料。

本发明采用溶剂热法合成纳微Ag-Cu-Ni三元复合的固体火箭推进剂用的催化材料，具体过程如下：将硝酸银，硝酸铜和硝酸镍溶解于无水乙醇溶剂中，充分搅拌下加入氢氧化钠的乙醇溶液，将所得的混合物分装到反应釜，加热至180℃，保温16h。反应后，冷却到室温，洗涤、干燥。

我们通过以上方法制备的均匀的Ag-Cu-Ni三元纳微复合材料，具有良好的降低热分解温度和提高单位质量高氯酸胺放热量的作用。

本发明的Ag-Cu-Ni三元复合催化材料的制备技术简单、设备要求不高、成本低廉，并且整个反应过程仅使用了乙醇试剂，其反应产物为乙酸，没有产生其它有害液体，合成是绿色环保的。由于样品为粉体状态，很容易与其它材料混合加工，因此在固体火箭推进剂催化材料领域具有极大的应用前景。

附图说明：

图1为Ag₁₀Ni₉₀，Ag₁₀Cu₉₀，Ag₁₀Cu₄₅Ni₄₅复合金属粉的X-射线衍射谱图：Ag₁₀Ni₉₀中主要产物为单质Ag(JCPD-04-0783)与单质Ni(JCPD-04-0850)；Ag₁₀Cu₉₀中主要产物为单质Ag(JCPD-04-0783)与单质Cu(JCPD-04-0836)；Ag₁₀Cu₄₅Ni₄₅中主要产物为单质Ag(JCPD-04-0783)，单质Cu(JCPD-04-0836)与单质Ni(JCPD-04-0850)

图2为Ag，Ag₁₀Ni₉₀，Ag₁₀Cu₉₀，Ag₁₀Cu₄₅Ni₄₅复合金属粉催化AP热分解的TG曲线。

图3为Ag，Ag₁₀Ni₉₀，Ag₁₀Cu₉₀，Ag₁₀Cu₄₅Ni₄₅复合金属粉催化AP热分解的DTA曲线。

具体实施方案：

下述实例中，所有样品都为分析纯，国药集团。按初始投料Ag∶Cu∶Ni＝x∶y∶z，样品记为Ag_xCu_yNi_z。

实例1：制备金属Ag₁₀Ni₉₀纳米粉

取AgNO₃，Ni(NO₃)₂·2(H₂O)按摩尔比为1∶9溶于乙醇中，阳离子浓度为0.1mol/L，将NaOH按OH^-∶M⁺＝10∶1(M为阳离子摩尔数，OH^-为NaOH摩尔数)加入上述溶液中，将所得混合物充分搅拌，并移入30ml反应釜中(填充度为70％)，在160-220℃烘箱中反应16h，反应后冷却至室温，用蒸馏水抽滤，烘干温度为60℃，即得到黑色粉末状纳米金属。

实例2：制备金属Ag₁₀Cu₉₀纳米粉

取AgNO₃，Cu(NO₃)₂·2(H₂O)按摩尔比为1∶9溶于乙醇中，阳离子浓度为0.1mol/L，将NaOH按OH^-∶M⁺＝10∶1(M为阳离子摩尔数，OH^-为NaOH摩尔数)加入上述溶液中，将所得混合物充分搅拌，并移入30ml反应釜中(填充度为70％)，在160-220℃烘箱中反应16h，反应后冷却至室温，用蒸馏水抽滤，烘干温度为60℃，即得到黑色粉末状纳米金属。

实例3：制备金属Ag₁₀Cu₄₅Ni₄₅纳米粉.

取AgNO₃，Cu(NO₃)₂·2(H₂O)，Ni(NO₃)₂·2(H₂O)按摩尔比为1∶4.5∶4.5溶于乙醇中，阳离子浓度为0.1mol/L，将NaOH按OH^-∶M⁺＝10∶1(M为阳离子摩尔数，OH^-为NaOH摩尔数)加入上述溶液中，将所得混合物充分搅拌，并移入30ml反应釜中(填充度为70％)，在160-220℃烘箱中反应16h，反应后冷却至室温，用蒸馏水抽滤，烘干温度为60℃，得到黑色粉末状纳米金属。

Claims (2)

1.一种Ag₁₀Cu₄₅Ni₄₅三元复合金属催化材料的制备方法，其特征在于：采用溶剂热法制备，取硝酸银，硝酸铜，硝酸镍按摩尔比为1:4.5:4.5溶于乙醇中，阳离子浓度为0.1mol/L，将NaOH按OH ^-: M⁺=10:1，M⁺为阳离子摩尔数，OH ^-为NaOH摩尔数，加入上述溶液中，将所得混合物充分搅拌，并移入30ml反应釜中，填充度为70%，在160-220^oC烘箱中反应16h，反应后冷却至室温，用蒸馏水抽滤，烘干温度为60^oC，得到黑色粉末状纳米金属，即为三元复合金属催化材料Ag₁₀Cu₄₅Ni₄₅。

2.根据权利要求1所述的方法制备获得的Ag₁₀Cu₄₅Ni₄₅三元复合金属催化材料在高氯酸胺热分解中的应用。

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