專利名稱:一種PbO/氧化石墨烯復合粉體及其制備方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及的是一種PbO/氧化石墨烯復合粉體及其制備方法。PbO/氧化石墨烯復合粉體可作為雙基系推進劑的燃燒催化劑。
背景技術(shù)：
雙基系推進劑是火箭和導彈所用的一類高能燃料。由于其燃速偏低，壓強指數(shù)較高，實際使用時需要加入燃燒催化劑來改善其燃燒性能。雙基系推進劑中使用的燃速催化劑主要是鉛化合物，鉛化合物的加入，可提高雙基系推進劑的燃速，還可降低壓強指數(shù)。由于復合催化劑的催化性能比單元催化劑更好，因此常采用以鉛化合物為主催化劑組成的復合催化劑。在鉛化合物中加入少量的炭黑作助催化劑組成“鉛-碳”催化體系的二元復合燃燒催化劑，其催化效果要顯著高于鉛化合物。在這“鉛-碳”體系的二元復合催化劑中，鉛化合物是主催化劑，碳黑是不可缺少的助催化劑。
隨著火箭和導彈技術(shù)的發(fā)展，亟需開發(fā)高效的新型燃燒催化劑，來滿足發(fā)展新型固體推進劑的需要。但是，傳統(tǒng)的復合催化劑已經(jīng)不能滿足新型固體推進劑技術(shù)發(fā)展的要求，故必須引進新的技術(shù)和新的材料來開發(fā)新型燃燒催化劑。
氧化石墨烯是二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的一種碳質(zhì)新材料，具有巨大的理論比表面積和較好的電子傳導能力，具有優(yōu)異導熱性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，且其表面又存在活潑的含氧官能團，使其具有獨特的催化性能和吸附性質(zhì)，既是一種特殊的催化劑，又是一種優(yōu)良的催化劑載體。作為催化劑載體，可將金屬化合物與氧化石墨烯復合制備成新型的高效復合催化劑。氧化石墨烯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氧化石墨烯表面上，氧化石墨烯作為載體，可阻止金屬氧化物納米粒子間的相互團聚，這樣納米金屬氧化物催化劑就可充分發(fā)揮納米粒子的高效催化作用。同時氧化石墨烯具有一定的導電性能和導熱性能，對所負載的金屬催化劑的電子具有改性作用，可以加速反應過程中電子的轉(zhuǎn)移和熱的傳遞，增加催化效果。負載在氧化石墨烯表面的金屬氧化物又能與氧化石墨烯的催化性能“互補”，提高金屬氧化物的催化效果。可見，用氧化石墨烯取代炭黑，將起到更加優(yōu)異的助催化作用。
PbO是雙基系推進劑中常用的燃燒催化劑，具有較好的催化作用。根據(jù)“鉛-碳”催化體系理論，采用新型的碳納米材料-氧化石墨烯取代炭黑，與PbO組成新型的“鉛-碳”二元催化劑，同時引進納米技術(shù)，將Pbo負載在氧化石墨烯表面，PbO與氧化石墨烯在納米尺度上復合，它們的催化性能可更好地“互補”，產(chǎn)生強的“協(xié)同效應”，可顯著提高其催化效果。因此，開發(fā)PbO/氧化石墨烯負載型復合催化劑可為雙基系推進劑提供新型的高效燃燒催化劑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對上述問題，提供一種用作雙基系推進劑的燃燒催化劑的PbO/氧化石墨烯復合粉體。[0007]本發(fā)明的另一個目的是提供PbO/氧化石墨烯復合粉體的制備方法。
本發(fā)明提供一種PbO/氧化石墨烯復合粉體，其組分為PbO和氧化石墨烯，各種組分的含量按質(zhì)量百分比計算為=PbO :50 80%，氧化石墨烯20 50%;Pb0負載在氧化石墨烯表面上形成負載型復合粉體材料。
所述的PbO/氧化石墨烯復合粉體，所用的氧化石墨烯的厚度為I 6nm，負載在氧化石墨烯表面的PbO粒子為球形納米粒子,其粒徑為10 60nm。
本發(fā)明的PbO/氧化石墨烯復合粉體的制備方法，按以下次序的幾個步驟進行
(I)將天然鱗片石墨用鹽酸浸泡10小時進行純化；
(2)經(jīng)純化的石墨用I體積濃硝酸和3體積濃硫酸混合成的混酸在O 5°C下氧化I小時，然后加入高錳酸鉀，在30 35°C下氧化I小時，加入一定量的蒸餾水，升溫至98°C 恒溫氧化I. 5小時，室溫冷卻后加入蒸餾水和雙氧水，靜置，抽濾、洗滌、干燥，制得氧化石墨烯；
(3)將可溶性鉛鹽溶于蒸餾水中并加入適量的稀硝酸配制成透明的混合溶液；
(4)將氧化石墨烯溶于水中并超聲分散，加入適量的聚乙二醇400，攪拌分散均勻，然后加入鉛鹽溶液，在室溫下攪拌I小時，靜置I 2小時；
(5)在攪拌下滴加堿溶液，調(diào)節(jié)溶液的pH值至9. 5 10. 5，在室溫下攪拌I 2小時，然后靜置I 2小時；
(6)抽濾、洗滌、干燥；
(7)在氮氣保護下，250 350°C煅燒2小時，即可制得PbO/氧化石墨烯復合粉體。
所述的所用堿溶液為Na0H、K0H、氨水。
所述的所用可溶性鉛鹽為硝酸鉛、醋酸鉛。
本發(fā)明PbO/氧化石墨烯復合粉體作為燃燒催化劑對雙基系推進劑的燃燒具有優(yōu)良的催化效果。


圖I為實施案例I后得到的PbO/氧化石墨烯的X射線衍射譜圖，圖中出現(xiàn)的特征衍射峰與PDF卡片對照負載物為PbO(H)F 38-1477卡片)。
圖2為實施案例I后得到的PbO/氧化石墨烯的掃描電鏡照片，從掃描電鏡照片中可以看出，氧化石墨烯為很薄的透明片狀物，厚度約lnm。負載在氧化石墨烯表面的PbO為球形納米粒子，平均粒徑約為35nm。
圖3為實施案例I后得到的PbO/氧化石墨烯復合粉體的EDS能譜圖，EDS譜中出現(xiàn)了 C、O、Pb等三種元素，說明產(chǎn)物僅含有C、O、Pb三種元素。
圖4為實施案例3后得到的雙基推進劑的燃速曲線，從圖4可以看出，加入3. 0%的PbO/氧化石墨烯使雙基推進劑在2 8MPa壓力范圍出現(xiàn)顯著的超速燃燒，高于IOMPa后推進劑燃速開始下降，在8 14MPa壓力范圍出現(xiàn)“麥撒”平臺燃燒區(qū)。在2 8MPa該催化劑的催化效率Z(Z = rc/r0, r0為空白配方的燃速，rc為含催化劑的推進劑燃速)分別為2. 47、2. 68、2. 05、1. 75。在8 12MPa范圍內(nèi)推進劑的壓強指數(shù)η為-O. 1505。
具體實施方式
[0025]本發(fā)明PbO/氧化石墨烯復合粉體燃燒催化劑的具體制備方法由以下實施例詳細
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實施例I
(I)稱取O. 6g的天然鱗片石墨置于燒杯中，用5%鹽酸浸泡10小時，過濾，洗滌至中性，加入用I體積濃硝酸和3體積濃硫酸混合成的混酸，在O 5°C下氧化I小時，加入高錳酸鉀，在30 35°C下氧化I小時，最后加入IOOmL蒸餾水，在98°C恒溫氧化I. 5小時，冷卻，加入適量雙氧水，靜置，過濾，洗滌，干燥、研碎。
(2)稱取I. OOg的三水乙酸鉛于燒杯中，加入50mL水，配制成溶液，待用。稱取O. 20g經(jīng)步驟⑴氧化處理的氧化石墨烯，加入150mL蒸餾水和20mL無水乙醇，超聲分散， 加入5mL聚乙二醇400，攪拌混合均勻，然后加入鉛鹽溶液，在室溫下恒溫攪拌I小時，靜置I小時；在攪拌下滴入lmol/L氨水溶液至pH值為9. 7，在室溫下攪拌2小時，靜置I小時；抽濾，分別用蒸餾水、乙醇加超聲波對產(chǎn)物洗滌2次和I次，60°C下干燥，在氮氣保護下，3000C灼燒2小時，即可制得PbO/氧化石墨烯復合粉體。用原子光譜分析得產(chǎn)物中Pb元素的含量按重量百分比計算為68. 3%，折算得到含PbO為72. 5%。
實施例2
(2)稱取O. 50g的三水乙酸鉛于燒杯中，加入30mL/K，配制成溶液，待用。稱取O. 20g經(jīng)步驟⑴氧化處理的氧化石墨烯，加入150mL蒸餾水和20mL無水乙醇，超聲分散，加入4mL聚乙二醇400，攪拌混合均勻，然后加入鉛鹽溶液，在室溫下恒溫攪拌I小時，靜置I小時；在攪拌下滴入lmol/L氨水溶液至pH值為9. 5，在室溫下攪拌2小時，靜置I小時；抽濾，分別用蒸餾水、乙醇加超聲波對產(chǎn)物洗滌2次和I次，60°C下干燥，在氮氣保護下，3000C灼燒2小時，即可制得PbO/氧化石墨烯復合粉體。用原子光譜分析得產(chǎn)物中Pb元素的含量按重量百分比計算為54. 7%，折算得到含PbO為58. I %。
實施例3
PbO/氧化石墨烯復合粉體的催化作用性能實驗所用的雙基推進劑的基礎配方為硝化棉59%，硝化甘油30%，鄰苯二甲酸二乙酯8. 5%，其它助劑2. 5%。藥料按500g配料，燃燒催化劑PbO/氧化石墨烯復合粉體為外加量，加入量為3. 0% ;對照空白推進劑樣品不含燃燒催化劑。樣品按吸收-驅(qū)水-放熟-壓延-切成藥條的常規(guī)無溶劑壓伸成型工藝制備。
燃速的測定采用靶線法。燃速測試的試驗溫度為20°C，壓強范圍2MPa 18MPa。
權(quán)利要求
1.一種PbO/氧化石墨烯復合粉體，其特征為PbO/氧化石墨烯復合粉體的組分為PbO和氧化石墨烯，各種組分的含量按質(zhì)量百分比計算為PbO :50 80%，氧化石墨烯20 50% ；PbO負載在氧化石墨烯表面上形成負載型復合粉體材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的PbO/氧化石墨烯復合粉體，其特征在于所用的氧化石墨烯的厚度為I 6nm,負載在氧化石墨烯表面的PbO粒子為球形納米粒子,其粒徑為10 60nmo
3.權(quán)利要求
I或2所述PbO/氧化石墨烯復合粉體的制備方法，按以下步驟進行 (1)將天然鱗片石墨用鹽酸浸泡10小時進行純化； (2)經(jīng)純化的石墨用I體積濃硝酸和3體積濃硫酸混合成的混酸在O 5°C下氧化I小時，然后加入高錳酸鉀，在30 35°C下氧化I小時，加入一定量的蒸餾水，升溫至98°C恒溫氧化I. 5小時，室溫冷卻后加入蒸餾水和雙氧水，靜置，抽濾、洗滌、干燥，制得氧化石墨烯； (3)將可溶性鉛鹽溶于蒸餾水中并加入適量的稀硝酸配制成透明的混合溶液； (4)將氧化石墨烯溶于水中并超聲分散，加入適量的聚乙二醇400，攪拌分散均勻，然后加入鉛鹽溶液，在室溫下攪拌I小時，靜置I 2小時； (5)在攪拌下滴加堿溶液，調(diào)節(jié)溶液的pH值至9.5 10. 5，在室溫下攪拌I 2小時，然后靜置I 2小時； (6)抽濾、洗滌、干燥； (7)在氮氣保護下，250 350°C煅燒2小時，即可制得PbO/氧化石墨烯復合粉體。
4.根據(jù)權(quán)利要求
3所述PbO/氧化石墨烯復合粉體的制備方法，其特征在于所用堿溶液為Na0H、K0H、氨水。
5.根據(jù)權(quán)利要求
3所述PbO/氧化石墨烯復合粉體的制備方法，其特征在于所用可溶性鉛鹽為硝酸鉛，醋酸鉛。
6.根據(jù)權(quán)利要求
I所述PbO/氧化石墨烯復合粉體在雙基系推進劑中作為寬平臺燃燒催化劑的用途。
專利摘要
本發(fā)明公開了一種PbO/氧化石墨烯復合粉體及其制備方法，PbO/氧化石墨烯復合粉體的組分為PbO和氧化石墨烯，各種組分的含量按質(zhì)量百分比計算為PbO50～80％，氧化石墨烯20～50％；PbO以粒徑為10～60nm的球型納米粒子負載在氧化石墨烯表面上形成負載型復合粉體材料。其制備方法是將天然鱗片石墨純化，氧化，超聲分散，加入分散劑，然后加入鉛鹽溶液，攪拌、堿化沉積、過濾、洗滌、干燥、灼燒等工序制得。本發(fā)明制得的PbO/氧化石墨烯復合粉體作為燃燒催化劑對雙基系推進劑的燃燒具有優(yōu)良的催化效果，是一種高效的寬平臺燃燒催化劑。
文檔編號C06D5/00GKCN102895966SQ201210404714
公開日2013年1月30日 申請日期2012年10月19日
發(fā)明者洪偉良, 肖雄標, 趙鳳起, 劉劍洪, 樊學忠, 高紅旭, 儀建華, 肖立柏, 徐司雨, 安亭 申請人:深圳大學, 西安近代化學研究所導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan