一种负载型铜氧化物催化剂的制备及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种负载型铜氧化物催化剂，其制作方法包含如下步骤：首先是微波烧结制备Ti2AlC，原料为钛粉、铝粉、碳化钛粉及活性炭粉，以Ti/Al/C/TiC＝1.5:1.0:0.5:0.5的摩尔比称量适量的粉末后微波烧结可得到高纯致密的Ti2AlC粉末。其次将微波烧结得到的Ti2AlC粉末用玛瑙研钵研磨过筛后可得到500目的粉末。将此粉末与20％浓度氢氟酸反应6小时后，去离子水离心干燥得到Ti2C材料。最后将Ti2C化学镀铜并热氧化可得到Ti2C‑CuO‑Cu2O催化剂。本发明专利技术能够提高一般铜氧化物催化剂的催化效率，明显降低高氯酸铵高温热分解温度，提高燃烧效率，并且催化效果优于其它催化剂。

Preparation and application of supported copper oxide catalyst

The invention discloses a supported copper oxide catalyst, its production method includes the following steps: the first is the microwave sintering of Ti2AlC as raw material, titanium powder, aluminum powder, titanium carbide powder and activated carbon powder, the molar ratio of 1.5:1.0:0.5:0.5 Ti/Al/C/TiC = weighing amount of powder can be obtained after microwave sintering of Ti2AlC powder of high purity dense. Then the Ti2AlC powder obtained by microwave sintering agate mortar sieving powder can be obtained after the 500 goal. The powder was reacted with 20% concentration hydrofluoric acid for 6 hours and then dried by deionized water to obtain Ti2C material. Finally, Ti2C chemical plating and thermal oxidation can be Ti2C CuO Cu2O catalyst. The invention can improve the catalytic efficiency of the general copper oxide catalyst, obviously reduce the high temperature decomposition temperature of the ammonium perchlorate and improve the combustion efficiency, and the catalytic effect is better than other catalysts.

【技术实现步骤摘要】
一种负载型铜氧化物催化剂的制备及其应用
本专利技术涉及一种负载型铜氧化物催化剂Ti2C-CuO-Cu2O。
技术介绍
当今人类最缺乏也是最重要的资源就是能源，能源直接关系到一个国家的发展，与人民的生活密切相关。特别是新中国成立以后，我国由农业化时代进入到了工业化时代，而工业化的大规模发展必须依靠能源，所以能源这块显得尤为重要。随着改革开放时代的到来，我国经济得到了飞速发展，机械化的引入使得我国能源开采变得简单化，能源的储存量增大，但是这也使我国对能源进行大肆的开采，导致目前的能源匮乏境地。高氯酸铵是固体火箭推进器重要的氧化剂，其热分解温度对推进剂的燃烧有重要的影响，高温分解温度越低，推进剂的点火速度越快，燃烧速度越高。降低高氯酸铵的热分解温度可以有效地提高燃烧效率。目前能够降低高氯酸铵的催化剂主要有纳米Cu2O、纳米NiFe2O4、纳米Fe2O3等。这些催化剂虽然都能降低高氯酸铵的高温热分解温度，但是降低程度不明显，不超过110℃，同时合成制备这些催化剂过程相对复杂。因此亟需一种具有既能明显降低高氯酸铵高温热分解温度同时合成制备过程相对简单的催化剂。而本专利所专利技术的Ti2C-CuO-Cu2O催化剂制备过程相对简易，且降低温度达到了121.4℃。
技术实现思路
基于以上现有技术的不足，本专利技术所解决的技术问题在于提供一种催化效率高、重复使用率高的负载型催化剂Ti2C-CuO-Cu2O。为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种负载型铜氧化物催化剂的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：步骤一、Ti2AlC的制备：将钛粉、铝粉、碳化钛粉、活性炭按照摩尔比1.5:1.0:0.5:0.5混合，所得混合物与无水乙醇按照质量比10:1研磨半小时，静置24小时后在0.1Pa、80℃条件下真空干燥40h，然后压制成粒，微波烧结；步骤二、Ti2C的制备：将步骤一处理后得到的固体粉碎研磨过筛，所得粉末与浓度为10％-30％的氢氟酸按照1g：25mL的比例混合并于室温静置反应2-12小时，使用去离子水离心5次后干燥；步骤三、Ti2C-CuO-Cu2O的制备：将干燥后的Ti2C粉末化学镀铜，镀液成分为主盐CuSO4·5H2O10g/L、还原剂甲醛HCHO10g/L、pH调整剂氢氧化钠NaOH10g/L、稳定剂2，2’-联吡啶0.01g/L、络合剂乙二胺四乙酸二钠40g/L，施镀时间1小时，施镀温度70℃；将镀铜过后的Ti2C粉末热氧化，氧化温度250-300℃，氧化时间8小时可得到Ti2C-CuO-Cu2O。作为上述技术方案的优选实施方式，本专利技术实施例提供的负载型铜氧化物催化剂进一步包括下列技术特征的部分或全部：作为上述技术方案的改进，在本专利技术的一个实施例中，所述步骤一中，压制成的粒为直径20mm、厚度5mm。作为上述技术方案的改进，在本专利技术的一个实施例中，所述步骤一中，微波烧结条件为功率为2kW，频率为2.45GHz，并通流动氩气保护，热速率为80-100℃/min，加热温度为800-850℃，时间为10分钟。作为上述技术方案的改进，在本专利技术的一个实施例中，所述步骤二中，过筛过程为过300～500目筛。一种负载型铜氧化物催化剂，其特征在于：所述催化剂由上述任意的方法制备而得。作为上述技术方案的改进，在本专利技术的一个实施例中，所述的负载型催化剂Ti2C-CuO-Cu2O，应用在高氯酸铵热分解催化过程中。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有如下有益效果：与现有的催化剂相比，本专利技术所制备的负载型铜氧化物催化剂Ti2C-CuO-Cu2O在催化效率和重复使用率上更有优势。因为Ti2C-CuO-Cu2O催化剂中Ti2C作为载体材料，不溶于水且有超高的比表面积(纳米材料)使得此催化剂能够重复使用；其次该催化剂能够使高氯酸铵高温热分解降低121.4℃，减重温度下降120.3℃。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下结合优选实施例，详细说明如下。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。图1为实施例1所制备的Ti2C-CuO-Cu2O的XRD图；图2为实施例3、4、5所制备的Ti2C、CuO-Cu2O、Ti2C-CuO-Cu2O对高氯酸铵热分解的DSC图；图3为实施例3、4、5所制备的Ti2C、CuO-Cu2O、Ti2C-CuO-Cu2O对高氯酸铵热分解的TG图；图4为实施例3、4、5所制备的Ti2C、CuO-Cu2O、Ti2C-CuO-Cu2O对高氯酸铵热分解的DTG图。具体实施方式下面详细说明本专利技术的具体实施方式，其作为本说明书的一部分，通过实施例来说明本专利技术的原理，本专利技术的其他方面、特征及其优点通过该详细说明将会变得一目了然。实施例1：Ti2C-CuO-Cu2O催化剂的制备包括如下具体步骤：(1)将钛粉、铝粉、碳化钛粉、活性炭按照摩尔比1.5:1.0:0.5:0.5混合总质量为50g，并加入5g无水乙醇研磨半小时，静置24小时后在0.1Pa、80℃条件下真空干燥40h，然后压制成粒，微波烧结，其中微波烧结条件功率为2kW，频率为2.45GHz，并通流动氩气保护，热速率为80-100℃/min，加热温度为800-850℃，时间为10分钟。(2)将步骤一处理后得到的固体粉碎研磨过500目筛，然后称取2g粉末与50ml浓度为20％的氢氟酸于塑料瓶中室温静置反应6小时，去离子水离心5次后干燥；(3)取干燥后的Ti2C粉末2g置于100ml水溶液中，镀液成分为主盐CuSO4·5H2O10g/L、还原剂甲醛HCHO10g/L、pH调整剂氢氧化钠NaOH10g/L、稳定剂2，2’-联吡啶0.01g/L、络合剂乙二胺四乙酸二钠40g/L，施镀时间1小时，施镀温度70℃；将镀铜过后的Ti2C粉末置于马弗炉中热氧化，氧化温度250℃，氧化时间8小时可得到Ti2C-CuO-Cu2O。实施例2：纯高氯酸铵(AP)的热分解，没有加入任何催化剂。取平均粒径为100μm纯高氯酸铵1.5-2.0mg，置于开口铝坩埚中，将坩埚放入热差分析仪中，从室温到500℃，升温速率为10-15℃/min，氮气气氛保护。经过测试，纯高氯酸铵的吸热峰在250℃附近，这里对应着高氯酸铵从正交相到立方相的晶体转变，纯高氯酸铵的放热峰在350℃和462.9℃，分别对应着纯高氯酸铵的低温分解和高温分解。实施例3：Ti2C催化高氯酸铵(AP)热分解，热分解步骤与实施例2相同，加入了催化剂Ti2C。取平均粒径为100μm纯高氯酸铵与制备的Ti2C按照质量比为98:2称取1.5-2.0mg，置于开口铝坩埚中，将坩埚放入热差分析仪中，从室温到500℃，升温速率为10-15℃/min，氮气气氛保护。经过测试，Ti2C对高氯酸铵热分解有一定的催化作用，但是催化效果不明显。Ti2C加入使得高氯酸铵高温分解温度为451.7℃，降低了11.2℃，减重温度下降了12.4℃。实施例4：CuO-Cu2O催化高氯酸铵热分解，热分解步骤与实施例2相同，加入了催化剂CuO-Cu2O。取平均粒径为100μm纯高氯酸铵与制备的CuO-Cu2O按照质量比为98:2称取1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种负载型铜氧化物催化剂的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：步骤一、Ti2AlC的制备：将钛粉、铝粉、碳化钛粉、活性炭按照摩尔比1.5:1.0:0.5:0.5混合，所得混合物与无水乙醇按照质量比10:1研磨半小时，静置24小时后在0.1Pa、80℃条件下真空干燥40h，然后压制成粒，微波烧结；步骤二、Ti2C的制备：将步骤一处理后得到的固体粉碎研磨过筛，所得粉末与浓度为10％‑30％的氢氟酸按照1g：25mL的比例混合并于室温静置反应2‑12小时，使用去离子水离心5次后干燥；步骤三、Ti2C‑CuO‑Cu2O的制备：将干燥后的Ti2C粉末化学镀铜，镀液成分为主盐CuSO4·5H2O10g/L、还原剂甲醛HCHO10g/L、pH调整剂氢氧化钠NaOH10g/L、稳定剂2，2’‑联吡啶0.01g/L、络合剂乙二胺四乙酸二钠40g/L，施镀时间1小时，施镀温度70℃；将镀铜过后的Ti2C粉末热氧化，氧化温度250‑300℃，氧化时间8小时可得到Ti2C‑CuO‑Cu2O。

【技术特征摘要】
1.一种负载型铜氧化物催化剂的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：步骤一、Ti2AlC的制备：将钛粉、铝粉、碳化钛粉、活性炭按照摩尔比1.5:1.0:0.5:0.5混合，所得混合物与无水乙醇按照质量比10:1研磨半小时，静置24小时后在0.1Pa、80℃条件下真空干燥40h，然后压制成粒，微波烧结；步骤二、Ti2C的制备：将步骤一处理后得到的固体粉碎研磨过筛，所得粉末与浓度为10％-30％的氢氟酸按照1g：25mL的比例混合并于室温静置反应2-12小时，使用去离子水离心5次后干燥；步骤三、Ti2C-CuO-Cu2O的制备：将干燥后的Ti2C粉末化学镀铜，镀液成分为主盐CuSO4·5H2O10g/L、还原剂甲醛HCHO10g/L、pH调整剂氢氧化钠NaOH10g/L、稳定剂2，2’-联吡啶0.01g/L、络合剂乙二胺四乙酸二钠40g/L，施镀时间1小时...

【专利技术属性】
技术研发人员：周卫兵，朱远方，刘磊，朱教群，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42