CN111054439A - 一种用于固体推进剂的石墨烯-没食子酸镍复合物及其制备方法 - Google Patents

一种用于固体推进剂的石墨烯-没食子酸镍复合物及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可用于改性双基推进剂的石墨烯‑没食子酸镍复合物的制备方法，其结构式如I所示。其合成过程包括以下步骤：(1)氧化石墨烯与没食子酸反应制备石墨烯‑没食子酸复合物；(2)石墨烯‑没食子酸复合物与二价镍离子配位合成石墨烯‑没食子酸镍复合物。本方法所合成的石墨烯‑没食子酸镍复合物可显著提升含奥克托今(HMX)的改性双基推进剂的燃速。

Description

一种用于固体推进剂的石墨烯-没食子酸镍复合物及其制备 方法
技术领域
本发明涉及一种石墨烯-没食子酸镍复合物及其合成方法，该化合物可显著提升含奥克托今(HMX)的改性双基推进剂的燃速，是一种高效的燃速催化剂。
背景技术
现代战术导弹、火箭武器要求远射程与快速突防，这就要求作为武器动力源的固体推进剂提高能量水平，奥克托今(HMX)、黑索今(RDX)和六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)等高能单质炸药的添加可有效提升双基固体推进剂的能量特性，然而固含量的增加会造成燃速降低。铅-铜-碳复配催化剂是双基推进剂中有效的复配燃烧催化剂，但难以满足现代武器装备系统对于高固含量改双推进剂的高燃速、低压力指数和宽平台的需求。
鉴于此，亟需从结构设计出发，开展新型燃烧催化剂的设计、合成与性能研究，在铅- 铜-碳催化体系的基础上继续提升改性双基推进剂的燃速，满足实际应用的需求。没食子酸金属盐常被用作双基推进剂的燃烧催化剂，金属镍对双基推进剂燃速的提升具有显著的作用，石墨烯材料优异的润滑、导热和力学性能也有助于改性双基推进剂综合性能的提升。
基于此，本发明设计、合成了一种石墨烯-没食子酸镍复合物，以期在分子水平上结合催化活性物质石墨烯、没食子酸和镍的优异性能，拓展燃烧催化剂的种类，满足现代武器装备系统对于高固含量改双推进剂高燃速的需求。
发明内容
为了在铅-铜-碳复配催化体系的基础上进一步提升高固含量改性双基推进剂的燃速，本发明提供一种石墨烯-没食子酸镍复合物及其合成方法。
本发明的石墨烯-没食子酸镍复合物的结构式如I所示：
Figure RE-GDA0002399397500000011
本发明的石墨烯-没食子酸镍复合物的合成路线：
Figure RE-GDA0002399397500000021
为实现上述目的，本发明提供的一种石墨烯-没食子酸镍复合物的合成方法包括以下步骤：
(1)石墨烯-没食子酸复合物的合成：
将分散好的氧化石墨烯乙醇分散液置于三颈烧瓶中，将没食子酸于70℃下溶解于蒸馏水中，将没食子酸水溶液滴加到石墨烯乙醇分散液中，于90℃反应2～6h，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-没食子酸复合物。其中，没食子酸与氧化石墨烯质量比为5～15:1。
(2)石墨烯-没食子酸镍复合物的合成
将步骤(1)合成的石墨烯-没食子酸配体分散于乙醇中，并与配置好的氯化镍水溶液混合，于50～60℃下反应2～12h，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-没食子酸镍复合物。其中，石墨烯-没食子酸配体与氯化镍的质量比为0.2～1:1，乙醇与水的体积比为2～5:1。
本发明的优点与积极效果：
本发明的石墨烯-没食子酸镍复合物实现了催化活性金属镍与二维结构石墨烯在分子水平上的组装，合成得到的石墨烯基-没食子酸镍复合物作为燃烧催化剂时，分解产生均匀的、新生态的氧化镍作为主要催化活性组分，同时产生大量的碳物质作为辅助催化组分，可进一步提高催化效果。
附图说明
图1石墨烯-没食子酸镍复合物的SEM和EDS图谱。
图2改性双基推进剂中添加本发明石墨烯-没食子酸镍复合物后的燃速-压力曲线。
具体实施方式
形貌采用美国Quantachrome公司的Quanta600型扫描电子显微镜表征。
石墨烯-没食子酸镍复合物的合成
(1)石墨烯-没食子酸复合物的合成：
将分散好的氧化石墨烯乙醇分散液置于三颈烧瓶中，将没食子酸于70℃下溶解于蒸馏水中，将没食子酸水溶液滴加到石墨烯乙醇分散液中，于90℃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石墨烯-没食子酸复合物。其中，没食子酸与氧化石墨烯质量比为5。
(2)石墨烯-没食子酸镍复合物的合成
将步骤(1)合成的石墨烯-没食子酸配体分散于乙醇中，并与配置好的氯化镍水溶液混合，于60℃下反应6h，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- 没食子酸镍复合物。其中，石墨烯-没食子酸配体与氯化镍的质量比为0.2，乙醇与水的体积比为5。
石墨烯-没食子酸镍复合物的形貌及组成表征
合成的石墨烯-没食子酸镍复合物的扫描电镜图如图1所示，石墨烯-没食子酸镍复合物保留了石墨烯较好的少层结构，表面结合有没食子酸配体，配位的金属镍作为活性位点具有较好的分散性。EDS能谱结果证实了Ni成功结合于石墨烯-没食子酸配体表面。
石墨烯-没食子酸镍复合物的应用
实验中采用改性双基推进剂样品的基础配方为：双基黏合剂(NC+NG)63.4％，奥克托今(HMX)26％，功能助剂10.6％。药料按500g配料。催化剂为外加量，Pb-Cu-C复配催化剂为3.9％，石墨烯-没食子酸镍复合物为0.5％，对照组为含3.9％的Pb-Cu-C复配催化体系的配方。
固体推进剂样品采用吸收-驱水-放熟-切成药条的常规无溶剂压伸成型工艺制备。试样的燃速采用靶线法测得。将已处理过的Φ5mm×150mm小药柱侧面用聚乙烯醇溶液包覆6次并晾干，然后在充氮缓动式燃速仪中进行燃速测试。实验温度为20℃，压强范围2～20MPa。
含石墨烯-没食子酸镍复合物的改性双基推进剂的燃速及压力指数。其中，u为燃速，p 为压力，a为含3.9％的Pb-Cu-C复配催化体系的配方，b是在a的基础上添加0.5％的含石墨烯-没食子酸镍复合物的配方。从中可以看出，Pb-Cu-C复配催化剂可有效提升推进剂的燃速，并使压力指数降低。而少量添加本发明所制备的石墨烯-没食子酸镍复合物，可使燃速进一步显著提升，20MPa下燃速由22.49提升至29.07。
表1含石墨烯-没食子酸镍复合物的改性双基推进剂的燃速和压力指数
Figure RE-GDA0002399397500000041

Claims (2)

1.一种用于固体推进剂的石墨烯-没食子酸镍复合物，其特征在于，其结构式如I所示：
Figure FDA0002299408520000011
2.根据权利要求1所述的用于固体推进剂的石墨烯-没食子酸镍复合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)石墨烯-没食子酸配体的合成
将分散好的氧化石墨烯乙醇分散液置于三颈烧瓶中，将没食子酸于70℃下溶解于蒸馏水中，将没食子酸水溶液滴加到石墨烯乙醇分散液中，于90℃反应2～6h，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-没食子酸配体；其中，没食子酸与氧化石墨烯质量比为5～15:1；
(2)石墨烯-没食子酸镍复合物的合成
将步骤(1)合成的石墨烯-没食子酸配体分散于乙醇中，并与配置好的氯化镍水溶液混合，于50～60℃下反应2～12h，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-没食子酸镍复合物；其中，石墨烯-没食子酸配体与氯化镍的质量比为0.2～1:1，乙醇与水的体积比为2～5:1。
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