CN107282919A - 一种纳米铝粉/石蜡含能复合粒子及其制备方法和应用 - Google Patents
一种纳米铝粉/石蜡含能复合粒子及其制备方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107282919A CN107282919A CN201710446906.XA CN201710446906A CN107282919A CN 107282919 A CN107282919 A CN 107282919A CN 201710446906 A CN201710446906 A CN 201710446906A CN 107282919 A CN107282919 A CN 107282919A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- paraffin
- aluminium powder
- nanometer aluminium
- compound particle
- containing energy
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 96
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 96
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 title claims abstract description 93
- 239000012188 paraffin wax Substances 0.000 title claims abstract description 82
- 239000000843 powder Substances 0.000 title claims abstract description 82
- 239000002245 particle Substances 0.000 title claims abstract description 75
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 title claims abstract description 62
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000004449 solid propellant Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000000280 densification Methods 0.000 claims abstract description 4
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 36
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 23
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 21
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 20
- VSCWAEJMTAWNJL-UHFFFAOYSA-K aluminium trichloride Chemical compound Cl[Al](Cl)Cl VSCWAEJMTAWNJL-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 19
- AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N alumane Chemical compound [AlH3] AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N O-Xylene Chemical compound CC1=CC=CC=C1C CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 150000003512 tertiary amines Chemical class 0.000 claims description 14
- OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N Pentane Chemical compound CCCCC OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 229910000091 aluminium hydride Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 229910010084 LiAlH4 Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000012280 lithium aluminium hydride Substances 0.000 claims description 10
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 10
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 9
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims description 8
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 claims description 7
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 7
- VXUYXOFXAQZZMF-UHFFFAOYSA-N titanium(IV) isopropoxide Chemical compound CC(C)O[Ti](OC(C)C)(OC(C)C)OC(C)C VXUYXOFXAQZZMF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 claims description 5
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 5
- XJDNKRIXUMDJCW-UHFFFAOYSA-J titanium tetrachloride Chemical compound Cl[Ti](Cl)(Cl)Cl XJDNKRIXUMDJCW-UHFFFAOYSA-J 0.000 claims description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 4
- 239000000047 product Substances 0.000 claims description 4
- FPCJKVGGYOAWIZ-UHFFFAOYSA-N butan-1-ol;titanium Chemical compound [Ti].CCCCO.CCCCO.CCCCO.CCCCO FPCJKVGGYOAWIZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 claims description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 2
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims description 2
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 claims 1
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 claims 1
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 claims 1
- 239000003380 propellant Substances 0.000 abstract description 7
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 4
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 abstract 1
- 239000012798 spherical particle Substances 0.000 abstract 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 21
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 12
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 12
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 description 7
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 4
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 4
- 238000010189 synthetic method Methods 0.000 description 4
- 239000001993 wax Substances 0.000 description 4
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000004087 circulation Effects 0.000 description 3
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 3
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 3
- QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N Copper oxide Chemical compound [Cu]=O QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920002121 Hydroxyl-terminated polybutadiene Polymers 0.000 description 2
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 150000001335 aliphatic alkanes Chemical class 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 2
- 230000002779 inactivation Effects 0.000 description 2
- 229920001220 nitrocellulos Polymers 0.000 description 2
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 2
- 229930195734 saturated hydrocarbon Natural products 0.000 description 2
- 239000008096 xylene Substances 0.000 description 2
- 125000004178 (C1-C4) alkyl group Chemical group 0.000 description 1
- WRIDQFICGBMAFQ-UHFFFAOYSA-N (E)-8-Octadecenoic acid Natural products CCCCCCCCCC=CCCCCCCC(O)=O WRIDQFICGBMAFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LQJBNNIYVWPHFW-UHFFFAOYSA-N 20:1omega9c fatty acid Natural products CCCCCCCCCCC=CCCCCCCCC(O)=O LQJBNNIYVWPHFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QSBYPNXLFMSGKH-UHFFFAOYSA-N 9-Heptadecensaeure Natural products CCCCCCCC=CCCCCCCCC(O)=O QSBYPNXLFMSGKH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- -1 Isopropyl ester Chemical class 0.000 description 1
- 239000000020 Nitrocellulose Substances 0.000 description 1
- ZQPPMHVWECSIRJ-UHFFFAOYSA-N Oleic acid Natural products CCCCCCCCC=CCCCCCCCC(O)=O ZQPPMHVWECSIRJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005642 Oleic acid Substances 0.000 description 1
- CVYNBVMJLPTTFD-UHFFFAOYSA-N [O].CCCCCCCCCCCC Chemical compound [O].CCCCCCCCCCCC CVYNBVMJLPTTFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012296 anti-solvent Substances 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 238000004939 coking Methods 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 229960004643 cupric oxide Drugs 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 235000013399 edible fruits Nutrition 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- QXJSBBXBKPUZAA-UHFFFAOYSA-N isooleic acid Natural products CCCCCCCC=CCCCCCCCCC(O)=O QXJSBBXBKPUZAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002521 macromolecule Polymers 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- ZQPPMHVWECSIRJ-KTKRTIGZSA-N oleic acid Chemical compound CCCCCCCC\C=C/CCCCCCCC(O)=O ZQPPMHVWECSIRJ-KTKRTIGZSA-N 0.000 description 1
- 150000007524 organic acids Chemical class 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 125000003367 polycyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000004080 punching Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- DCKVNWZUADLDEH-UHFFFAOYSA-N sec-butyl acetate Chemical compound CCC(C)OC(C)=O DCKVNWZUADLDEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000002076 thermal analysis method Methods 0.000 description 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
- B22F1/16—Metallic particles coated with a non-metal
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
- B22F9/16—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C06—EXPLOSIVES; MATCHES
- C06B—EXPLOSIVES OR THERMIC COMPOSITIONS; MANUFACTURE THEREOF; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS EXPLOSIVES
- C06B23/00—Compositions characterised by non-explosive or non-thermic constituents
- C06B23/005—Desensitisers, phlegmatisers
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
本发明公开了一种纳米铝粉/石蜡含能复合粒子及其制备方法和作为固体推进剂的应用，所述含能复合粒子是利用石蜡对纳米铝直接进行原位包覆，在纳米铝表面形成致密的石蜡层，最终所形成的球形或者类球形颗粒。本发明的优点在于制得的含能复合粒子粒径可调、活性铝含量高、稳定性好，可作为燃烧剂广泛应用于推进剂中。
Description
技术领域
本发明涉及一种固体推进剂用纳米含能复合粒子及其制备方法，具体涉及一种固体推进剂纳米铝粉/石蜡含能复合粒子及其制备方法，属于含能材料领域。
背景技术
铝粉具有密度高、耗氧量低、燃烧焓高和成本低等优点，是推进剂中应用最广泛的金属燃烧剂。研究表明，对铝粉进行纳米化处理是提高铝粉活性和提高推进剂综合性能的重要方法。一方面，当铝粉粒径减小到纳米级时，由于其具有高的比表面积和比表面能，表现出很高的反应活性，在燃烧的过程中可释放出较高的能量，使得推进剂的燃烧速率和比冲大幅提高。另一方面，纳米铝粉高的反应活性又极易与空气中的氧气及水蒸气发生反应生成惰性的Al2O3，从而使得纳米铝粉活性降低。研究结果表明，铝粉的粒径越小，其失活程度越严重。因此，保持纳米铝粉的活性是纳米铝粉应用的关键。
针对纳米铝粉易发生氧化失活的问题，国内外研究者做了大量的研究工作，主要选择不同的材料对其表面进行包覆处理，以提高纳米铝粉的活性。目前，主要报道的材料有金属氧化物(氧化铜和氧化铁等)、过渡金属(镍等)、非金属单质(硼等)、聚合物包覆(聚环氧十二烷等)、有机酸包覆(油酸等)以及固体推进剂的主要成分(硝化棉等)等。中国专利CN103506621A采用氟橡胶对纳米铝粉表面进行包覆处理，但原料纳米铝粉的表面已经进行了钝化。中国专利CN104889787A和CN102581272A，公开了分别用高分子和硝化棉包覆纳米铝粉。上述两个专利都是对已经制备好的纳米铝粉进行改性，但对原料铝粉表面是否已经钝化并没有明确说明。对已经制备好的纳米铝粉进行再包覆，一方面在包覆前的取样过程中，纳米铝粉的表面不可避免的会发生氧化，这会影响包覆剂的包覆效果；另一方面即使在无水无氧环境中操作，会存在过程复杂、能耗高的缺陷。中国专利CN103182505A和CN102717068B通过两步法，首先采用液相化学法制得了纳米铝粉，再采用溶剂-反溶剂法用推进剂组分RDX和HTPB对纳米铝粉进行原位包覆，该过程中纳米铝粉在包覆前没有氧化，用推进剂组分RDX和HTPB可有效保持其活性，但专利并没有对储存稳定性进行说明，且该过程中采用分布包覆，包覆剂的引入并没有能够调控铝粉的粒径大小。
发明内容
发明目的
针对上述技术问题，本发明的目的是提供一种固体推进剂用纳米铝粉/石蜡含能复合粒子及其制备方法，在纳米铝粉的生成过程中原位对其进行包覆，制得纳米铝粉/石蜡含能复合粒子，并可通过调控石蜡的加入时间来调控复合粒子的粒径大小。制备的复合粒子可以长期有效的保持纳米铝粉的活性，阻止纳米铝粉的氧化；同时石蜡在燃烧过程中能提供能量；制备过程操作方便，过程简单安全，粒径均匀，成本低。
技术方案
为了达到上述发明目的，本发明纳米铝粉/石蜡含能复合粒子的合成方法是先合成AlH3·NR1R2R3前驱物；再采用一步法将主要成分为饱和烷烃的石蜡加入反应体系中，对纳米铝粉进行原位包覆，制备纳米铝粉/石蜡含能复合粒子。
本发明技术方案如下：
一种纳米铝粉/石蜡含能复合粒子，所述含能复合粒子是利用石蜡对纳米铝直接进行原位包覆，在纳米铝表面形成致密的石蜡层，最终所形成的球形或者类球形纳米颗粒。
所述的纳米铝粉/石蜡含能复合粒子的制备方法如下，首先，将AlCl3、叔胺NR1R2R3和LiAlH4混合反应，离心得到AlH3·NR1R2R3清液，即得前驱物；然后在惰性气氛保护下，向AlH3·NR1R2R3清液中加入四价钛盐催化剂，搅拌加热到一定温度，选择在不同的反应时间加入石蜡，反应结束后将产物真空干燥，即得所述纳米铝粉/石蜡含能复合粒子。
通过以下具体步骤来实现：
(1)前驱物的制备：在一定温度下，将无水AlCl3分散到有机溶剂中，在搅拌状态下将叔胺NR1R2R3滴加到上述分散液中，直至固态AlCl3完全溶解；随后将适量LiAlH4加入上述溶液中，继续搅拌反应一段时间，离心分离得到AlH3·NR1R2R3清液。
总的反应方程式如下：
AlCl3+4NR1R2R3+LiAlH4→4AlH3·NR1R2R3+3LiCl
(2)纳米铝粉/石蜡含能复合粒子的制备：在惰性气氛保护下，将AlH3·NR1R2R3溶液加入三颈烧瓶中，加入四价钛盐催化剂，搅拌加热到一定温度，在上述反应液中选择不同的反应时间加入石蜡，反应体系瞬间变成黑色，并伴有气体放出，继续搅拌一段时间，将产物真空干燥，得到纳米铝粉/石蜡含能复合粒子步骤(1)中所述的“一定温度”优选室温20℃到200℃。
步骤(1)中所述的“有机溶剂”优选甲苯、二甲苯和戊烷等。
步骤(1)中所述叔胺NR1R2R3，R1、R2、R3为不同或相同的C1-C4的烷基，优选自N(C2H5)3、N(CH3)3和N((CH3)2C2H5)等。
步骤(1)中所述的“反应一段时间”优选为4-12h。
步骤(1)中AlCl3、叔胺NR1R2R3、LiAlH4优选按照化学计量关系加入，即它们的摩尔比为1:4:3-1:4:7。
步骤(1)中所述的“离心分离”转速为5000-8000转/分，时间为3-20min。
步骤(2)中所述的“石蜡的溶液”所用合适溶剂为甲苯、二甲苯和戊烷等。浓度优选为0.01-0.4g/mL。
步骤(2)中所述的“石蜡的溶液加入三颈烧瓶中”的时间为0-1h。
步骤(2)中所述的“石蜡的溶液”的配制：将石蜡加入到有机溶剂中超声溶解，得到石蜡溶液。
步骤(2)中所述的“一定温度”优选室温20℃到200℃。
步骤(2)中所述的“四价钛盐催化剂”包括钛酸四异丙酯、钛酸四丁酯或四氯化钛等。
步骤(2)中所述的“在上述反应液中选择不同的反应时间加入石蜡”的时间为0-1h。
步骤(2)所述的“搅拌一段时间”为2-6h。
步骤(2)中所述的“真空干燥”的温度为30-50℃。
步骤(2)中所述的“真空干燥”的时间为4-24h。
石蜡是炼焦油中的副产品，在常温下为无色或淡黄色固体。它是由碳原子数为16-32的饱和烷烃组成，分子式通式为CnH2n+2，其化学性质稳定，具有来源广泛、价格低廉、良好的疏水和隔绝空气等优点，因此本发明选择石蜡作为包覆材料用来解决纳米铝粉的失活问题。
本发明选用主要成分为饱和烃的石蜡对制备的纳米铝粉直接进行原位包覆，通过调整原料摩尔比和石蜡的加入时间可以调控纳米铝粉粒子的粒径，有效的保持纳米铝粉的活性，阻止纳米铝粉的氧化，所制得的纳米铝粉/石蜡含能复合粒子的粒径为20-150nm，石蜡占复合粒子的质量分数为5-20％，且该方法可以推广到多种复合粒子的制备。
技术效果
相对于现有技术，本发明具有以下技术优势：
(1)本方法采用一步法制备纳米铝粉/石蜡含能复合粒子，复合粒子粒径可控，分布均匀，制备过程简单，成本低。
(2)本发明的表面有致密的石蜡层，能显著阻止纳米铝粉不被氧化，纳米铝粉的活性得到提高。
(3)选用的包覆剂石蜡的主要成分为饱和烃，可以在燃烧的过程中提供能量。
附图说明
图1：实施例1制备的纳米铝粉/石蜡含能复合粒子的XRD图。
图2：实施例1制备的纳米铝粉/石蜡含能复合粒子的SEM图。
图3：实施例2制备的纳米铝粉/石蜡含能复合粒子的SEM图。
图4：实施例3制备的纳米铝粉/石蜡含能复合粒子的SEM图。
图5：实施例1制备的纳米铝粉/石蜡含能复合粒子的活性铝含量变化图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，对依据本发明提出的技术方案具体实施方式、特征及其功效，详细说明如后。
实施例1
一种纳米铝粉/石蜡含能复合粒子的合成方法，包括以下步骤：
(1)前驱物溶液的制备：常温下(20℃)，将0.01mol无水AlCl3分散到20mL的甲苯溶液中，在搅拌过程中将0.04mol的N((CH3)2C2H5)以1-2滴/秒的速度加入到AlCl3的甲苯溶液中。随着N((CH3)2C2H5)的加入，固态的AlCl3逐渐溶解。待AlCl3完全溶解，缓慢的将0.06molLiAlH4加入到上述体系中，继续搅拌反应4h，离心分离转速为5000-8000转/分，时间为5-15min得到AlH3·N((CH3)2C2H5)清液。
(2)纳米铝粉/石蜡含能复合粒子的制备：将AlH3·N(C2H5)3清液和40mL、0.01g/mL石蜡的甲苯溶液一起放入上端有恒压漏斗的三颈烧瓶中，体系通氩气三到五次循环抽真空，维持氩气气氛。搅拌将上述溶液加热到80℃，取0.1mL的钛酸四异丙酯(Ti(O-i-Pr)4)，迅速加入体系中，体系瞬间变为黑色并伴有气泡产生，维持体系温度，继续搅拌4h，离心分离，多次洗涤后固液分离，真空干燥得到纳米铝粉/石蜡含能复合粒子，复合粒子粒径为60-80nm。
通过气体容量法结合TG/DTA法，测定纳米铝粉/石蜡含能复合粒子的活性铝含量。如公式(1-1)、(1-2)和(1-3)所示：
其中，C1和C2为活性铝含量的两种表示方法；
mAl 0表示复合粒子中单质铝的质量；
mAl2O3表示复合粒子中氧化铝的质量；
m表示复合粒子的总质量，它由mAl 0、mAl2O3、mcap(包覆剂的质量)和mgas(表面气体的质量)组成。
对于石蜡包覆的纳米铝粉，采用气体容量法结合热分析法进行测定，由于复合粒子的总质量(m)包括活性铝、氧化铝、包覆物和表面吸附的少量气体的质量，故将公式(1-2)带入公式(1-1)，且公式(1-1)分子分母同时除以m，可得：
在本发明中，活性铝含量用C1(1-3)进行表示。
表征结果表明，纳米铝粉/石蜡含能复合粒子结晶度好，粒径为40-60nm，存贮稳定性好，石蜡可以很好地保持纳米铝粉的活性。
实施例2
一种纳米铝粉/石蜡含能复合粒子的合成方法，包括以下步骤：
(1)前驱物溶液的制备：在30℃，将0.01mol无水AlCl3分散到20mL的二甲苯溶液中，在搅拌过程中将0.04mol的N(CH3)3以1-2滴/秒的速度加入到AlCl3的甲苯溶液中。随着N(CH3)3的加入，固态的AlCl3逐渐溶解。待AlCl3完全溶解，缓慢的将0.03molLiAlH4加入到上述体系中，继续搅拌反应4h，离心分离转速为5000-8000转/分，时间为5-15min得到AlH3·N(CH3)3清液。
(2)纳米铝粉/石蜡含能复合粒子的制备：将AlH3·N(CH3)3清液放入上端有恒压漏斗的三颈烧瓶中，体系通氩气三到五次循环抽真空，维持氩气气氛，搅拌将上述溶液加热到80℃，取0.1mL的四氯化钛，迅速加入体系中，体系瞬间变为黑色并伴有气泡产生，10min后加入40mL、0.02g/mL石蜡的二甲苯溶液。维持体系温度，继续搅拌4h，离心分离，多次洗涤后固液分离，真空干燥得到纳米铝粉/石蜡含能复合粒子，复合粒子粒径为100-140nm。
实施例3
一种纳米铝粉/石蜡含能复合粒子的合成方法，包括以下步骤：
(1)前驱物溶液的制备：在常温下(20℃)，将0.01mol无水AlCl3分散到20mL的甲苯溶液中，在搅拌过程中将0.04mol的N(C2H5)3以1-2滴/秒的速度加入到AlCl3的甲苯溶液中。随着N(C2H5)3的加入，固态的AlCl3逐渐溶解。待AlCl3完全溶解，缓慢的将0.04molLiAlH4加入到上述体系中，继续搅拌反应4h，离心分离转速为5000-8000转/分，时间为5-15min得到AlH3·N(C2H5)3清液。
(2)纳米铝粉/石蜡含能复合粒子的制备：将AlH3·N((CH3)2C2H5)清液放入上端有恒压漏斗的三颈烧瓶中，体系通氩气三到五次循环抽真空，维持氩气气氛，搅拌将上述溶液加热到80℃，取0.1mL的四氯化钛，迅速加入体系中，体系瞬间变为黑色并伴有气泡产生，30min后加入40mL、0.02g/mL石蜡的甲苯溶液。维持体系温度，继续搅拌4h，离心分离，多次洗涤后固液分离，真空干燥得到纳米铝粉/石蜡含能复合粒子，复合粒子粒径为140-180nm。
从图1的XRD图可以得知，纳米铝粉/石蜡含能复合粒子的特征峰与铝的特征峰相吻合，几乎不存在非晶结构。从图2、3和4的SEM图可知，纳米铝粉/石蜡含能复合粒子的形貌以呈球形或者类球形为主；从图5可以看出(活性铝含量用C1(1-3)进行表示)，纳米铝粉/石蜡含能复合粒子在空气中储存一个月，抗氧化能力很好。
实施例4
步骤(1)中所述的“一定温度”为20℃；“有机溶剂”为戊烷；叔胺NR1R2R3为N(C2H5)3；“反应一段时间”为4h；AlCl3、叔胺NR1R2R3、LiAlH4摩尔比为1:4:3；“离心分离”转速为5000转/分，时间为20min。
步骤(2)中所述的“石蜡的溶液”所用合适溶剂为甲苯，浓度优选为0.01g/mL；“石蜡的溶液加入三颈烧瓶中”的时间为0.1h；“一定温度”为20℃；“四价钛盐催化剂”为钛酸四异丙酯；“搅拌一段时间”为2h；“真空干燥”的温度为30℃，时间为24h。
实施例5
步骤(1)中所述的“一定温度”为200℃；“有机溶剂”优选二甲苯；叔胺NR1R2R3为N(C2H5)3；“反应一段时间”为12h；AlCl3、叔胺NR1R2R3、LiAlH4摩尔比为1:4:7；“离心分离”转速为8000转/分，时间为3min。
步骤(2)中所述的“石蜡的溶液”所用合适溶剂为二甲苯，浓度优选为0.4g/mL；“石蜡的溶液加入三颈烧瓶中”的时间为1h；“一定温度”为200℃；“四价钛盐催化剂”为钛酸四丁酯；“搅拌一段时间”为6h；“真空干燥”的温度为50℃，时间为4h。
实施例6
步骤(1)中所述的“一定温度”为100℃；“有机溶剂”优选甲苯。叔胺NR1R2R3为N((CH3)2C2H5)等；“反应一段时间”为8h；AlCl3、叔胺NR1R2R3、LiAlH4摩尔比为1:4:5；“离心分离”转速为6000转/分，时间为12min。
步骤(2)中所述的“石蜡的溶液”所用合适溶剂为戊烷等，浓度优选为0.07g/mL；“石蜡的溶液加入三颈烧瓶中”的时间为0.5h；“一定温度”为110℃；“四价钛盐催化剂”为四氯化钛；“搅拌一段时间”为4h；“真空干燥”的温度为40℃，时间为14h。
按照实施例1、2、3产品的检测方法对实施例4、5和6产品性状和性能进行检测，结果与其基本相似。
以上所述的实施实例对本发明的技术方案进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改或改进等，均应包含在本发明范围之内。
Claims (10)
1.一种纳米铝粉/石蜡含能复合粒子，其特征在于，所述含能复合粒子是利用石蜡对纳米铝直接进行原位包覆，在纳米铝表面形成致密的石蜡层，最终所形成的球形或者类球形纳米颗粒。
2.权利要求1所述的纳米铝粉/石蜡含能复合粒子的制备方法，其特征在于，首先，将AlCl3、叔胺NR1R2R3和LiAlH4混合反应，离心得到AlH3·NR1R2R3清液，即得前驱物；然后在惰性气氛保护下，向AlH3·NR1R2R3清液中加入四价钛盐催化剂，搅拌加热到一定温度，选择在不同的反应时间加入石蜡，反应结束后将产物真空干燥，即得所述纳米铝粉/石蜡含能复合粒子。
3.根据权利要求2所述的纳米铝粉/石蜡含能复合粒子的制备方法，其特征在于，所述“叔胺NR1R2R3”为N(C2H5)3、N(CH3)3或N((CH3)2C2H5)。
4.根据权利要求2所述的纳米铝粉/石蜡含能复合粒子的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)前驱物的制备：在20℃到200℃下，将无水AlCl3分散到有机溶剂中，在搅拌状态下将叔胺NR1R2R3滴加到上述分散液中，直至固态AlCl3完全溶解；随后将适量LiAlH4加入上述溶液中，继续搅拌反应一段时间，离心分离得到AlH3·NR1R2R3清液；
(2)纳米铝粉/石蜡含能复合粒子的制备：在惰性气氛保护下，将AlH3·NR1R2R3溶液加入三颈烧瓶中，加入四价钛盐催化剂，搅拌加热到一定温度，在上述反应液中选择不同的反应时间加入石蜡，反应体系瞬间变成黑色，并伴有气体放出，继续搅拌一段时间，将产物真空干燥，得到纳米铝粉/石蜡含能复合粒子。
5.根据权利要求4所述的纳米铝粉/石蜡含能复合粒子的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的“有机溶剂”为甲苯、二甲苯或戊烷。
6.根据权利要求4所述的纳米铝粉/石蜡含能复合粒子的制备方法，其特征在于，步骤(1)中无水AlCl3、叔胺NR1R2R3、LiAlH4按照化学计量关系加入，即它们的摩尔比为1:4:3-1:4:7；所述的“反应一段时间”为4-12h。
7.根据权利要求4所述的纳米铝粉/石蜡含能复合粒子的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述的“四价钛盐催化剂”包括钛酸四异丙酯、钛酸四丁酯或四氯化钛。
8.根据权利要求4所述的纳米铝粉/石蜡含能复合粒子的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述的“石蜡的溶液”，其中所用溶剂为甲苯、二甲苯或戊烷，浓度优选为0.01-0.4g/mL。
9.根据权利要求4所述的纳米铝粉/石蜡含能复合粒子的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述的“在上述反应液中选择不同的反应时间加入石蜡，”的时间为0-1h，所述的“搅拌一段时间”为2-6h。
10.权利要求1所述的纳米铝粉/石蜡含能复合粒子作为固体推进剂的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710446906.XA CN107282919A (zh) | 2017-06-14 | 2017-06-14 | 一种纳米铝粉/石蜡含能复合粒子及其制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710446906.XA CN107282919A (zh) | 2017-06-14 | 2017-06-14 | 一种纳米铝粉/石蜡含能复合粒子及其制备方法和应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107282919A true CN107282919A (zh) | 2017-10-24 |
Family
ID=60096391
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710446906.XA Pending CN107282919A (zh) | 2017-06-14 | 2017-06-14 | 一种纳米铝粉/石蜡含能复合粒子及其制备方法和应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107282919A (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107812938A (zh) * | 2017-12-04 | 2018-03-20 | 中国工程物理研究院化工材料研究所 | 一种纳米铝粉的微米尺度预团聚方法 |
| CN108176851A (zh) * | 2018-01-02 | 2018-06-19 | 中国工程物理研究院化工材料研究所 | 一种金属铝粉包覆防护方法 |
| CN109704896A (zh) * | 2019-01-09 | 2019-05-03 | 西北工业大学 | 一种基于聚多巴胺界面调控硝胺炸药改性铝粉及制备方法 |
| CN110105157A (zh) * | 2019-06-19 | 2019-08-09 | 中国工程物理研究院化工材料研究所 | 一种微胶囊型铝热剂及其制备方法 |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1176275A (en) * | 1968-05-14 | 1970-01-01 | Olin Mathieson | Process for Obtaining Spherical Metal Particles |
| CN102581274A (zh) * | 2012-03-08 | 2012-07-18 | 中国工程物理研究院化工材料研究所 | 一种化学气相沉积包覆微纳米金属粉的方法 |
| CN102717068A (zh) * | 2012-07-02 | 2012-10-10 | 南京师范大学 | 一种纳米Al/HTPB核-壳结构含能复合粒子的合成方法 |
| CN103060770A (zh) * | 2012-12-04 | 2013-04-24 | 华中科技大学 | 一种铁包铝型复合粉体的制备方法及其产品 |
| CN103084571A (zh) * | 2012-12-30 | 2013-05-08 | 南京师范大学 | 一种固体推进剂用纳米Al/Ni/HTPB核-壳结构含能复合粒子及其制备方法 |
| CN103182505A (zh) * | 2012-12-30 | 2013-07-03 | 南京师范大学 | 一种纳米Al/RDX核-壳结构含能复合粒子的制备方法 |
| CN103611943A (zh) * | 2013-11-20 | 2014-03-05 | 西安近代化学研究所 | 一种碳包覆纳米铝粉的制备方法 |
| CN104998694A (zh) * | 2015-05-29 | 2015-10-28 | 万华化学集团股份有限公司 | 一种包覆型催化剂载体及其制备、及一种包覆型催化剂 |
| CN105642880A (zh) * | 2016-01-25 | 2016-06-08 | 中北大学 | 一种以微纳米铝热剂为材料的含能药型罩 |
| CN105665718A (zh) * | 2016-02-01 | 2016-06-15 | 南京师范大学 | 一种纳米Al/AP含能复合粒子的制备方法 |
-
2017
- 2017-06-14 CN CN201710446906.XA patent/CN107282919A/zh active Pending
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1176275A (en) * | 1968-05-14 | 1970-01-01 | Olin Mathieson | Process for Obtaining Spherical Metal Particles |
| CN102581274A (zh) * | 2012-03-08 | 2012-07-18 | 中国工程物理研究院化工材料研究所 | 一种化学气相沉积包覆微纳米金属粉的方法 |
| CN102717068A (zh) * | 2012-07-02 | 2012-10-10 | 南京师范大学 | 一种纳米Al/HTPB核-壳结构含能复合粒子的合成方法 |
| CN103060770A (zh) * | 2012-12-04 | 2013-04-24 | 华中科技大学 | 一种铁包铝型复合粉体的制备方法及其产品 |
| CN103084571A (zh) * | 2012-12-30 | 2013-05-08 | 南京师范大学 | 一种固体推进剂用纳米Al/Ni/HTPB核-壳结构含能复合粒子及其制备方法 |
| CN103182505A (zh) * | 2012-12-30 | 2013-07-03 | 南京师范大学 | 一种纳米Al/RDX核-壳结构含能复合粒子的制备方法 |
| CN103611943A (zh) * | 2013-11-20 | 2014-03-05 | 西安近代化学研究所 | 一种碳包覆纳米铝粉的制备方法 |
| CN104998694A (zh) * | 2015-05-29 | 2015-10-28 | 万华化学集团股份有限公司 | 一种包覆型催化剂载体及其制备、及一种包覆型催化剂 |
| CN105642880A (zh) * | 2016-01-25 | 2016-06-08 | 中北大学 | 一种以微纳米铝热剂为材料的含能药型罩 |
| CN105665718A (zh) * | 2016-02-01 | 2016-06-15 | 南京师范大学 | 一种纳米Al/AP含能复合粒子的制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 周文英，丁小卫: "《导热高分子》", 30 April 2014 * |
| 王毅: "《铝热类纳米复合含能材料》", 31 March 2017 * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107812938A (zh) * | 2017-12-04 | 2018-03-20 | 中国工程物理研究院化工材料研究所 | 一种纳米铝粉的微米尺度预团聚方法 |
| CN107812938B (zh) * | 2017-12-04 | 2019-08-23 | 中国工程物理研究院化工材料研究所 | 一种纳米铝粉的微米尺度预团聚方法 |
| CN108176851A (zh) * | 2018-01-02 | 2018-06-19 | 中国工程物理研究院化工材料研究所 | 一种金属铝粉包覆防护方法 |
| CN109704896A (zh) * | 2019-01-09 | 2019-05-03 | 西北工业大学 | 一种基于聚多巴胺界面调控硝胺炸药改性铝粉及制备方法 |
| CN109704896B (zh) * | 2019-01-09 | 2021-04-02 | 西北工业大学 | 一种基于聚多巴胺界面调控硝胺炸药改性铝粉及制备方法 |
| CN110105157A (zh) * | 2019-06-19 | 2019-08-09 | 中国工程物理研究院化工材料研究所 | 一种微胶囊型铝热剂及其制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107282919A (zh) | 一种纳米铝粉/石蜡含能复合粒子及其制备方法和应用 | |
| CN104226353B (zh) | 含钾碳化铁/碳纳米复合催化剂，其制备方法和利用其制造液态烃的方法及其液态烃 | |
| CN107362789B (zh) | 一种多孔碳改性的ZnO光催化材料及其制备方法 | |
| Bobet et al. | Addition of nanosized Cr2O3 to magnesium for improvement of the hydrogen sorption properties | |
| Suelves et al. | Effects of reaction conditions on hydrogen production and carbon nanofiber properties generated by methane decomposition in a fixed bed reactor using a NiCuAl catalyst | |
| CN106566965A (zh) | 一种聚合物包覆的纳米镁基储氢材料及其制备方法 | |
| Chen et al. | The construction of hierarchical hollow Double-Shelled Co3O4 for the enhanced thermal decomposition of Ammonium perchlorate | |
| CN104001538A (zh) | 二氧化铈改性镍负载sba-15催化剂及其制备方法和应用 | |
| US10130937B2 (en) | Preparation method for rod-shaped molybdenum oxide and preparation method for molybdenum oxide composite | |
| Rather | Trimetallic catalyst synthesized multi-walled carbon nanotubes and their application for hydrogen storage | |
| CN113210005B (zh) | Cl掺杂的C3N5及其制备方法 | |
| CN108722486A (zh) | 一种窄带氮化碳修饰铁基金属有机骨架复合光催化剂的制备方法 | |
| Xu et al. | Copper complexes in carbon nanotubes as catalysts for thermal decomposition of energetic oxidizers | |
| Congwen et al. | Mechanochemical synthesis of the α-AlH3/LiCl nano-composites by reaction of LiH and AlCl3: Kinetics modeling and reaction mechanism | |
| Li et al. | Thermal decomposition reaction mechanism and combustion performance of AlH3/AP energetic composite | |
| Sun et al. | Synthesis of magnesium nanofibers by electroless reduction and their hydrogen interaction properties | |
| Yang et al. | Cu–Fe bimetallic MOF enhances the selectivity of photocatalytic CO 2 reduction toward CO production | |
| CN102225741A (zh) | 含氨的复合离子储氢材料的制备方法 | |
| CN112898103A (zh) | 一种g-C3N4基复合含能材料的制备方法 | |
| CN108948366A (zh) | 一种具有丰富Lewis酸性位的Fe-MOF催化剂的制备及其脱硫应用 | |
| Song et al. | Raising the Dehydrogenation Rate of a Mg-CMC (Carboxymethylcellulose, Sodium Salt) Composite by Alloying Ni via Hydride-Forming Milling | |
| Lin et al. | Synthesis and characterization of metal hydride/carbon aerogel composites for hydrogen storage | |
| CN114620676B (zh) | 一种含钛物质催化改性镁基储氢材料及其制备方法与应用 | |
| CN109433199A (zh) | 一种用于二氧化碳还原的钌基催化剂及其制备方法和应用 | |
| Xiao et al. | Synthesis and hydriding/dehydriding properties of nanosized sodium alanates prepared by reactive ball-milling |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20171024 |