一種三氧化二鉍/碳納米管複合粉體及其製備方法
2023-04-24 18:55:46 2
專利名稱:一種三氧化二鉍/碳納米管複合粉體及其製備方法
技術領域：
本發明涉及的是一種三氧化二鉍/碳納米管複合粉體及其製備方法。三氧化 二鉍/碳納米管複合粉體可作為固體推進劑的環境友好型燃燒催化劑。 技術背景
雙基推進劑和改性雙基推進劑是火箭和飛彈所用的一類高能燃料，實際使 用時需要加入燃燒催化劑來改善其燃燒性能。隨著飛彈技術的發展，研製低特 徵信號、環境友好型的高性能推進劑是重要發展方向，相應地需要開發無毒或 低毒性、無汙染、高效的新型燃速催化劑，來滿足發展新型固體推進劑的需要。 碳納米管由於具有巨大的比表面積和空腔結構，且其表面及邊緣又存在結 構缺陷，使其具有獨特的催化性能和吸附性質，既是一種特殊的催化劑，又是 一種優良的催化劑載體。作為催化劑載體，可將無毒性或低毒性金屬化合物與 碳納米管複合可製備成環境友好型複合催化劑。碳納米管起著催化劑和載體的 雙重作用，催化劑以納米粒子形式高度分散在碳納米管的管壁上，碳納米管作 為"碳骨架"，可阻止金屬或金屬氧化物納米粒子間的相互團聚，可充分發揮納米 粒子的高效催化作用。由於碳納米管是由碳元素組成，燃燒後不會產生有毒有 害氣體，因此對環境不會造成汙染，同時負載的金屬氧化物又能與碳納米管的 催化性能"互補"，從而產生強的"協同效應"，其催化效果將優於純的納米金屬氧 化物催化劑。
鉍是一種無毒的元素，對雙基系推進劑的燃燒有較好的催化效果。因此， 開發三氧化二鉍/碳納米管負載型複合燃速催化劑可為固體推進劑提供環境友好 型的高效燃燒催化劑。
發明內容
本發明的目的是針對上述問題，提供一種用作雙基或改性雙基推進劑的燃 燒催化劑的三氧化二鉍/碳納米管複合粉體。本發明的另一個目的是提供三氧化二鉍/碳納米管複合粉體的製備方法。 本發明提供一種三氧化二鉍/碳納米管複合粉體，其主要組分為Bi203和多
壁碳納米管(MWCNT)，各種組分的含量按重量百分比計算為Bi203: 30 60%，
MWCNT: 40~70%。。
所述三氧化二鉍/碳納米管複合粉體中所用的多壁碳納米管的直徑為
60 90nm，長度為500 3000nm;負載在碳納米管表面的Bi203的粒徑為10 30nm。
本發明的三氧化二鉍/碳納米管複合粉體的製備方法，按以下次序的幾個步 驟進行(1)多壁碳納米管用鹽酸浸泡15 24小時進行純化；(2)經純化的多壁 碳納米管用混酸(濃硝酸和濃硫酸的比例為1:3)在70 12(TC下氧化1 3小時； (3)將可溶性鉍鹽溶於稀硝酸中配製成溶液；(4)在鉍鹽溶液中加入化學計量 的經純化和氧化的多壁碳納米管(碳納米管與鉍鹽的質量比為l : 1~2.5)，超聲 分散；(5)在60 8(TC溫度下攪拌30分鐘，然後靜置3 5小時；(6)在攪拌下滴 入2.5wt。/。氨水，調節溶液的pH值至9 10，然後靜置2 5小時；(7)抽濾、洗滌、 乾燥；(8)在氮氣保護下，300 40(TC灼燒2小時，即可製得三氧化二鉍/碳納米 管複合粉體。
所述的可溶性鉍鹽為硝酸鉍。
本發明三氧化二鉍/碳納米管複合粉體作為燃燒催化劑對雙基或改性雙基推 進劑的燃燒具有優良的催化效果，無毒，無汙染。
圖1為實施案例1後得到的三氧化二鉍/碳納米管的X射線衍射圖，圖中a 為預處理後碳納米管的X射線衍射結果；圖中b為三氧化二鉍/碳納米管複合粉 體的X射線衍射結果，與JCPDS卡片對照負載物主要為三氧化二鉍(JCPDS 卡片65-1209)，同時還有少量金屬鉍(JCPDS卡片44-1246)。
圖2為實施案例1後得到的三氧化二鉍/碳納米管的透射電鏡照片，從透射電鏡照片中可以看出，負載在碳納米管表面的納米Bi203為球形粒子，平均粒徑
約20nm。
圖3為實施案例1後得到的三氧化二鉍/碳納米管複合粉體的EDS能譜圖， 圖中出現C、 O、 Bi、 Cu等四種元素，其中Cu元素是來自測試用的銅網，說明產 物僅含有C、 O、 Bi三種元素。
具體實施方式
本發明三氧化二鉍/碳納米管複合粉體燃燒催化劑的具體製備方法由以下實 施例詳細給出。 實施例1
(1) 稱取0.3g的多壁碳納米管置於圓底燒瓶中，加入混酸(濃硝酸濃硫 酸=1 : 3)，在80'C溫度下恆溫回流2小時，冷卻，過濾，乾燥、研碎。
(2) 稱取0.55g的五水硝酸鉍於圓底燒瓶中，加入10ml 1.0 mol/L硝酸，超 聲溶解。加入0.2g經步驟(1)氧化處理的多壁碳納米管，超聲分散均勻，在8(TC 下恆溫攪拌30分鐘，然後靜置4小時。在攪拌下滴入2.5wt。/。氨水至PH值為9.0， 然後靜置3小時。抽濾，分別用蒸餾水、乙醇加超聲波對產物洗滌2次和1次，60°C 下乾燥，在氮氣保護下，400。C灼燒2小時，即可製得三氧化二鉍/碳納米管複合 粉體。
用原子光譜分析得產物中Bi元素的含量按重量百分比計算為42.3%，折算 得到含Bi203為47.4%。 實施例2
(1)稱取0.30g的多壁碳納米管置於圓底燒瓶中，加入混酸(濃硝酸濃硫 酸=1 :3)，在8(TC溫度下恆溫回流2小時，冷卻，過濾，乾燥、研碎。
(2)稱取0.43g的五水硝酸鉍於圓底燒瓶中，加入8ml 1.12mol/L硝酸，超聲 溶解成透明澄清的溶液。加入0.2g經步驟(1)氧化處理的多壁碳納米管，超聲 使其分散均勻，在8(TC下攪拌30分鐘，然後靜置4小時。在攪拌下緩慢滴入2.5wtn/c) 氨水至PH值為9.0，然後靜置3小時。抽濾，用蒸餾水、乙醇加超聲波對產物分別洗滌2次和1次，6(TC下乾燥，在氮氣保護下，40(TC灼燒2小時，即可製得三 氧化二鉍/碳納米管複合粉體。負載Bi203的量為36.7。/。。
權利要求
1、一種三氧化二鉍/碳納米管複合粉體，其特徵為三氧化二鉍/碳納米管複合粉體的主要組分為Bi2O3和多壁碳納米管(MWCNT)，各種組分的含量按重量百分比計算為Bi2O330～60％，MWCNT40～70％。
2、 根據權利要求
1所述的三氧化二鉍/碳納米管複合粉體，其特徵在於所 用的多壁碳納米管的直徑為60 90nm，長度為500-3OOOnrn，負載在碳納米管表 面的Bi203的粒徑為10 30nrn。
3、 權利要求
l或2所述三氧化二鉍/碳納米管複合粉體的製備方法，按以下步 驟進行(1)多壁碳納米管用鹽酸浸泡15 24小時進行純化；(2)經純化的多壁 碳納米管用混酸(濃硝酸和濃硫酸的比例為1 : 3)在70 120。C下氧化1 3小時；(3)將可溶性鉍鹽溶於稀硝酸中配製成溶液；(4)在鉍鹽溶液中加入化學計量 的經純化和氧化的多壁碳納米管(碳納米管與鉍鹽的質量比為l : 1 2.5)，超聲 分散；(5)在60 80。C溫度下攪拌30分鐘，然後靜置3 5小時；(6)在攪拌下滴 入2.5wt。/。氨水，調節溶液的pH值至9 10，然後靜置3 5小時；(7)抽濾、洗 滌、乾燥；(8)在氮氣保護下，300 400。C灼燒2小時，即可製得三氧化二鉍/ 碳納米管複合粉體。
4、根據權利要求
3所述三氧化二鉍/碳納米管複合粉體的製備方法，其特徵在 於所用可溶性鉍鹽為硝酸鉍。
專利摘要
一種三氧化二鉍/碳納米管複合粉體及其製備方法，三氧化二鉍/碳納米管複合粉體的組分為Bi2O3和多壁碳納米管(MWCNT)，其重量配比為Bi2O330～60％，Bi2O3的粒徑為10～30nm。其製備方法是將多壁碳納米管純化、表面氧化改性，然後加入到化學計量的鉍鹽溶液中，超聲分散、攪拌、靜置、鹼化、洗滌、過濾、灼燒等工序製得。本發明製得的三氧化二鉍/碳納米管複合粉體作為燃燒催化劑對雙基或改性雙基推進劑的燃燒具有優良的催化效果，無毒、無汙染，是一種環境友好型燃燒催化劑。
文檔編號C06B23/00GKCN101440009SQ200710124598
公開日2009年5月27日 申請日期2007年11月23日
發明者儀建華, 翔 劉, 劉劍洪, 洪偉良, 田德餘, 趙鳳起, 高紅旭 申請人:深圳大學導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan