復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料制備及含能材料領(lǐng)域,具體涉及一種g-C3N4/NiFe204復(fù)合材料的制備方法，以及將其用于催化分解高氯酸銨(AP)。
【背景技術(shù)】
[0002]高氯酸銨(AP)是端羥基丁二烯(HTPB)復(fù)合固體推進(jìn)劑中的高能組分，它在推進(jìn)劑中占60%?80%的比例，其熱分解特性與推進(jìn)劑的燃燒性能密切相關(guān)，通過研究催化劑對AP熱分解的催化作用可推測推進(jìn)劑的燃燒性能。研究表明，碳材料、金屬氧化物、復(fù)合物用做高氯酸銨的催化劑，都能降低高氯酸銨的分解溫度或提高分解速率。例如，顧等【顧克壯，等.火炸藥學(xué)報，2006, 29，48】通過干混法、水混法和丙酮混法制備了高氯酸銨(AP)與碳納米管(CNTs)的復(fù)合物，研究表明碳納米管(CNTs)對高氯酸銨的燃燒和熱分解有催化作用。Yuan 等【Yuan Y, et al.Applied Surface Science, 2014，303，354】米用水熱法制備了 Fe203/graphene復(fù)合材料,將高氯酸銨的分解溫度降低至367°C。
[0003]g_C3N4是氮化碳中能量最低、最穩(wěn)定的同素異形體，具有類石墨層狀結(jié)構(gòu)和較大的比表面積，其中氮原子和碳原子均屬于sp2雜化，層與層之間存在大量自由移動的電子；同時，g_C3N4具有耐磨性強(qiáng)、化學(xué)穩(wěn)定性好、密度低、導(dǎo)電性能高、價格低廉、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是一種良好的催化劑和催化劑載體。鐵酸鎳(NiFe2O4)是典型的復(fù)合金屬氧化物，復(fù)合氧化物可結(jié)合多種金屬氧化物的性質(zhì)，從而在某些方面表現(xiàn)出較單一金屬氧化物更好的催化性能。陳等【陳麗娟，等.材料科學(xué)與工程學(xué)報，2012，30，591】采用水熱法制備了純相的NiFe2O4納米顆粒對高氯酸銨的分解具有很高的催化活性，將AP的分解溫度降低至350.8°C。初步探討，g_C3N4對AP的熱分解表現(xiàn)出良好的催化效果。為了進(jìn)一步提高g_C 3N4的催化活性，制備出其復(fù)合催化劑成為研究重點(diǎn)。例如，Cao等【Cao S，et al.AppliedCatalysis B: Environmental, 2014, 147，940】利用溶劑熱法將 In2O3組裝在 g_C3N4表面，得到In203/g-C3N4復(fù)合材料。將此復(fù)合材料用于光解水制氫，與純g_C 3N4催化劑相比，該復(fù)合材料有效促進(jìn)電荷的轉(zhuǎn)移效率，提高了光催化反應(yīng)的電荷載體壽命。Zhou等【Zhou X，etal.Materials Research Bulletin, 2013, 48, 1447】利用水熱法制備了 Fe304/g_C3N4納米球，研究表明該復(fù)合材料不僅對目標(biāo)污染物甲基橙的降解有明顯的催化作用，而且具有很好的磁性和重復(fù)使用性?；谝陨戏治?，制備出g_C3N4/NiFe204復(fù)合材料，可以有效提高催化劑催化活性，使高氯酸銨(AP)在更低的溫度下分解。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種g_C3N4/NiFe204復(fù)合材料及其制備方法，以及將其用于催化分解高氯酸銨(AP)，為制備g_C3N4/NiFe204復(fù)合材料提供一種新的方法，為高氯酸銨(AP)分解提供一種催化劑。
[0005]本為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
本發(fā)明所提供的g_C3N4/NiFe204復(fù)合材料是以石墨相氮化碳g-C 3N4作為支撐載體，納米NiFe2O4顆粒均勻沉積分散在g-C 3N4的表面，且g-C 3N4與納米NiFe 204的質(zhì)量比為99:1?90:10。
[0006]本發(fā)明還提供了一種g_C3N4/NiFe204復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟:
(1)將三聚氰胺或尿素通過焙燒、冷卻、研磨制備出石墨相氮化碳(g_C3N4)；
(2)將納米NiFe2O4置于到乙醇溶液中超聲分散，超聲分散均勻，超聲過程中不斷攪拌；
(3)將步驟(I)制備的g_C3N4加入到步驟(2)所得分散液中繼續(xù)超聲分散，超聲分散均勻，超聲過程中不斷攪拌；
(4)將步驟(3)的混合物在瑪瑙研缽研磨至糊狀，于真空中烘干，焙燒后得g_C3N4/Ni Fe2O4復(fù)合材料。
[0007]所述步驟(2)中超聲分散時間為10?30 min。
[0008]所述步驟(3)中超聲分散時間為10?60 min。
[0009]所述步驟(4)中研磨時間為30?90 min。
[0010]所述步驟(4)中烘干采用烘箱，真空干燥的溫度為40?70 °C，干燥時間為4?6h0
[0011]所述步驟(4)中焙燒采用管式爐，焙燒溫度為150?350 °C，焙燒時間為30?90min。
[0012]本發(fā)明還提供了一種g_C3N4/NiFe204復(fù)合材料的應(yīng)用，所述的g_C 3N4/NiFe204復(fù)合材料用于催化高氯酸銨(AP)的熱分解。
[0013]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的有益效果:
(I)本發(fā)明制備出g_C3N4/NiFe204復(fù)合材料應(yīng)用于催化高氯酸銨(AP)的熱分解，拓寬了 g_C3N4的應(yīng)用領(lǐng)域，同時也為高氯酸銨(AP)的催化分解找到了一種新型材料。
[0014](2)采用g_C3N4為支撐載體，在其表面沉積NiFe 204納米顆粒，降低了 NiFe 204的團(tuán)聚幾率，提供了較大的比表面積和較多的活性中心，有效提高了催化高氯酸銨(AP)熱分解的活性。
[0015](3)本方法原料來源廣泛，制備工藝簡單，生產(chǎn)時間短，制備效率高，適合工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)，具有很高的應(yīng)用前景和實(shí)用價值。
【附圖說明】
[0016]圖1為實(shí)施例1制備的g_C3N4和實(shí)施例3制備的g-C 3N4/NiFe204復(fù)合材料的XRD曲線；
圖2為實(shí)施例1制備的g_C3N4的掃描電子顯微鏡圖；
圖3為實(shí)施例2制備的g_C3N4/NiFe204復(fù)合材料的FT-1R曲線；
圖4為實(shí)施例4制備的g_C3N4/NiFe204復(fù)合材料的場發(fā)射掃描電子顯微鏡圖；
圖5為實(shí)施例5、實(shí)施例6和實(shí)施例7的高氯酸銨熱分解曲線；
圖6為本發(fā)明一種g_C3N4/NiFe204復(fù)合材料的制備方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0018]實(shí)施例1制備g_C3N4
稱取5 g三聚氰胺放入陶瓷坩堝中(蓋上坩堝蓋)，在馬弗爐中以50°C /min升溫到5000C，在這個溫度下保溫焙燒I h，接著5min內(nèi)快速升溫到520°C，保溫焙燒I h，冷卻研磨得黃色粉末樣品。
[0019]將實(shí)施例1的方法制備的材料，經(jīng)X-射線衍射儀掃描后，見圖1，為g_C3N4。
[0020]將實(shí)施例1的方法制備的材料，經(jīng)掃描電子顯微鏡觀察，見圖2，制備的材料為具有層狀結(jié)構(gòu)的g_C3N4。
[0021 ] 實(shí)施例2制備g-C 3N4/NiFe204復(fù)合材料
如圖6所示，一種g_C3N4/NiFe204復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟:
(1)按照實(shí)施例1的方法制備出石墨相氮化碳(g-C3N4)；
(2)將0.01 g納米NiFe2O4置于到20 ml乙醇溶液中超聲分散10 min，超聲過程中不斷攪拌；
(3)稱取0.99 g步驟(I)制備的g_C3N4加入到步驟(2)所得分散液中繼續(xù)超聲分散10min,超聲過程中不斷攪拌；
(4)將步驟(3)的混合物在瑪瑙研缽研磨30min至糊狀，放入真空烘箱中40 1:烘6h，在管式爐中200 °C焙燒30 min得g_