CN110330394B - 一种石墨烯-席夫碱铅复合物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种石墨烯‑席夫碱铅复合物，其结构式如I所示，其制备过程包括以下步骤：(1)N‑氨乙基‑γ‑氨丙基三甲氧基硅烷改性氧化石墨烯制备氨基化石墨烯；(2)氨基化石墨烯与水杨醛反应制备石墨烯‑席夫碱复合物；(3)石墨烯‑席夫碱复合物与硝酸铅反应制备石墨烯‑席夫碱铅复合物。本方法所制备的石墨烯‑席夫碱铅复合物与改性双基系推进剂主要含能组分奥克托今及吸收药具有良好的相容性，可作为燃烧催化剂使用。
Figure DDA0002158383860000011

Description

一种石墨烯-席夫碱铅复合物及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种石墨烯-席夫碱铅复合物及其制备方法，该化合物可作为固体推进剂的燃烧催化剂使用。
背景技术
固体推进剂的综合性能与现代武器装备系统毁伤及生存能力密切相关，在实际应用中需加入催化剂、增塑剂、炭黑等多种功能材料以改善其综合性能。催化剂的少量添加对推进剂燃烧性能的调节具有重要的意义。
目前，改性双基推进剂多采用有机铅盐、铜盐和炭黑混合物作为燃烧催化剂。然而，机械混合的方式易导致结构不均匀，进而影响推进剂的综合性能。
通过使用石墨烯等轻质碳材料负载纳米金属氧化物可在分子水平上结合碳材料和金属活性位点，相较于目前研究较多的负载型石墨烯基金属复合物，改善了纳米金属氧化物颗粒易于团聚的问题，配位的金属离子可原位生成催化活性物质，具有较好的燃烧催化性能，此外，相较于传统的碳材料炭黑，二维石墨烯材料优异的润滑、导热和力学性能有助于改性双基推进剂综合性能的提升。
鉴于此，亟需从结构设计出发，开展配位型石墨烯-铅复合物的制备，以满足固体推进剂的发展需要。
发明内容
为了解决现有催化体系的不足和缺陷，本发明提供一种墨烯-席夫碱铅复合物及其制备方法。
具体技术方案如下：
一种石墨烯-席夫碱铅复合物，其结构式如I所示：
Figure BDA0002158383840000021
本发明的石墨烯-席夫碱铅复合物的制备路线：
Figure BDA0002158383840000031
为实现上述目的，本发明提供的石墨烯-席夫碱铅复合物的制备方法，包括以下步骤：
(1)氨基化石墨烯的制备：
在氧化石墨烯乙醇分散液中滴加适量N-氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷乙醇溶液，于回流条件下(78℃)反应2h，反应结束后冷却至室温，离心收集并用乙醇洗涤得到氨基化石墨烯。其中，N-氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷与氧化石墨烯质量比为10～15。
(2)石墨烯-席夫碱复合物的制备：
将分散好的氨基化石墨烯乙醇分散液置于三颈烧瓶中，滴加适量水杨醛乙醇溶液，于回流条件下(78℃)反应3h，反应结束后冷却至室温，离心收集并用乙醇洗涤得到石墨烯-席夫碱复合物。其中，水杨醛与氨基化石墨烯质量比为5～10。
(3)石墨烯-席夫碱铅复合物的制备
将石墨烯-席夫碱复合物乙醇分散液与配置好的硝酸铅水溶液混合，于50～60℃下反应4h，反应结束后冷却至室温，离心收集并用乙醇洗涤得到石墨烯-席夫碱铅复合物。其中，石墨烯-席夫碱复合物与硝酸铅的质量比为0.5～1，乙醇与水的体积比为2～5。
本发明的优点与有益效果：
本发明的石墨烯-席夫碱铅复合物实现了金属活性位点与碳材料在分子水平上的组装，解决了目前机械混合金属基燃烧催化剂及碳催化剂所引起的混合不均和性能不稳定等问题，且相较于负载型石墨烯-金属复合物，石墨烯-席夫碱铅复合物可在催化过程中原位生成氧化物等催化活性物质，避免了直接负载金属氧化物易于团聚及与载体间结合力较差等问题，具有更佳的催化效果。
附图说明
本发明共有4副附图
图1石墨烯-席夫碱铅复合物的SEM图谱。
图2石墨烯-席夫碱铅复合物的FTIR图谱。
图3与石墨烯-席夫碱铅复合物混合前后奥克托今的DSC曲线。
图4与石墨烯-席夫碱铅复合物混合前后和吸收药的DSC曲线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
形貌采用美国Quantachrome公司的Quanta600型扫描电子显微镜表征，红外表征采用德国Bruker公司Tensor 27型傅里叶变换红外光谱仪，ICP元素分析用于表征配合物中铅的含量，相容性采用德国NETZSCH公司的204型差示扫描量热仪表征。
石墨烯-席夫碱铅复合物的制备
(1)氨基化石墨烯的制备：
将氧化石墨烯超声分散于无水乙醇中(1mg·ml-1，1h)，将分散好的氧化石墨烯乙醇分散液置于三颈烧瓶中，滴加适量N-氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷乙醇溶液，于回流条件下(78℃)反应2h，反应结束后冷却至室温，离心收集并用乙醇洗涤得到氨基化石墨烯。其中，N-氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷与氧化石墨烯质量比为15。
(2)石墨烯-席夫碱复合物的制备：
将氨基化石墨烯分散于无水乙醇中(1mg·ml-1)，置于三颈烧瓶中，滴加适量水杨醛乙醇溶液，于回流条件下(78℃)反应3h，反应结束后冷却至室温，离心收集并用乙醇洗涤得到石墨烯-席夫碱复合物。其中，水杨醛与氨基化石墨烯质量比为7.5。
(3)石墨烯-席夫碱铅复合物的制备
将石墨烯-席夫碱复合物分散于无水乙醇中(1mg·ml-1)，配置硝酸铅水溶液，将两者混合，于50～60℃下反应4h，反应结束后冷却至室温，离心收集并用乙醇洗涤得到石墨烯-席夫碱铅复合物。其中，石墨烯-席夫碱复合物与硝酸铅的质量比为1，乙醇与水的体积比为2。
石墨烯-席夫碱铅复合物的表征
(1)扫描电镜：
从扫描电镜如图1，可看出所制备的石墨烯基-铅复合物保留了石墨烯较好的少层结构，表面结合有席夫碱配体，配位的金属铅作为活性位点具有较好的分散性。
(2)红外光谱：如图2所示，
IR(ATR,cm-1):3445,1621,1385,1356,1203,1113,912,839,773,690,629,593.
(3)ICP元素分析：
ICP测试结果表明，石墨烯-席夫碱铅复合物中金属铅的含量为21.62％，表明铅成功配位于石墨烯表面。
石墨烯-席夫碱铅复合物的相容性研究
DSC结果表明，石墨烯-席夫碱铅复合物与改性双基推进的主要含能组分具有优异的相容性。与石墨烯-席夫碱铅复合物混合后，奥克托今及吸收药(硝化棉+硝化甘油)的热分解温度变化范围在2℃以内。如图3，图4所示。

Claims (2)

1.一种石墨烯-席夫碱铅复合物用于双基推进剂中燃烧催化剂的用途，其特征在于，所述石墨烯-席夫碱铅复合物结构式如I所示：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
I 。
2.如权利要求1所述的石墨烯-席夫碱铅复合物用于双基推进剂中燃烧催化剂的用途，其特征在于，所述石墨烯-席夫碱铅复合物的制备方法，包括以下步骤：
（1）氨基化石墨烯的制备：
将氧化石墨烯乙醇分散液置于三颈烧瓶中，滴加适量N-氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷乙醇溶液，于回流条件下反应2h，反应结束后冷却至室温，离心收集并用乙醇洗涤得到氨基化石墨烯，其中，N-氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷与氧化石墨烯质量比为10~15：1；
（2）石墨烯-席夫碱复合物的制备：
将步骤（1）制备的分散好的氨基化石墨烯乙醇分散液置于三颈烧瓶中，滴加适量水杨醛乙醇溶液，于回流条件下反应3h，反应结束后冷却至室温，离心收集并用乙醇洗涤得到石墨烯-席夫碱复合物；其中，水杨醛与氨基化石墨烯质量比为5~10：1；
（3）石墨烯-席夫碱铅复合物的制备
将步骤（2）制备的石墨烯-席夫碱复合物乙醇分散液与配置好的硝酸铅水溶液混合，于50~60℃下反应4h，反应结束后冷却至室温，离心收集并用乙醇洗涤得到石墨烯-席夫碱铅复合物，其中，石墨烯-席夫碱复合物与硝酸铅的质量比为0.5~1：1，乙醇与水的体积比为2~5：1。
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