一种催化高氯酸铵的催化剂、制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种催化高氯酸铵的催化剂、制备方法及应用，所述复合催化剂包括载体和负载在所述载体上的单载物，所述载体为分子筛，所述单载物为过渡金属氧化物，所述分子筛为硅铝分子筛，所述单载物为CuO，所述硅铝分子筛与CuO的质量含量0.5wt％～10wt％。本发明专利技术催化剂容易制备，重复性能好，价格低，降低了催化剂的制备成本，具有很好的应用前景。同时本催化剂在采用高熔点材料作为载体，有望进一步抑制固体推进剂的不稳定燃烧现象，提升其能量水平。提升其能量水平。提升其能量水平。

【技术实现步骤摘要】
一种催化高氯酸铵的催化剂、制备方法及应用


[0001]本专利技术属于固体推进剂催化剂领域，具体涉及一种催化高氯酸铵的催化剂、制备方法及应用。

技术介绍

[0002]相比于液体发动机，固体发动机具有结构简单、使用和维护方便、储存期长、工作可靠性高、质量比高等一系列优点，是空间飞行器、战术火箭武器和战略火箭武器的飞行动力来源。从本质上来说固体推进剂是一个由氧化剂、粘接剂、增塑剂等组成的复杂体系。以氧化剂为代表的能量成分的分解燃烧特性将直接影响固体推进剂的整体性能。
[0003]高氯酸铵(AP)是目前固体推进剂的主要的氧化剂。在一些常规战术固体推进剂中高氯酸铵(AP)的质量占比达到60％，其燃烧的性能直接决定了固体推进剂的整体能量水平。促进AP高效稳定分解燃烧是改善固体推进剂能量水平的关键，因此在固体推进剂燃烧催化剂开发过程中针对AP的催化剂的开发一直是大家关注的热点问题。现有结果表明AP热分解的最显着特征是两步分解，即低温分解和高温分解，通常分别称为LTD和HTD。针对AP的催化研究，如何提升AP的分解效率，降低其分解温度尤其是高温分解温度，提升其燃烧效率是当下研究的热点问题。
[0004]针对催化AP的催化剂设计过程中人们发现过渡金属氧化物如CuO，NiO，MnO2，TiO2和Fe2O3等具有优异的催化性能(固体推进剂燃烧催化剂[M]，2016)其催化机理一般认为是过渡金属氧化物在催化过程中有良好的电荷转移能力，通过电子转移促进了AP分解的分解历程；另一方面实验结果表面AP在低温初始分解释放的NH3吸附在AP表面是抑制AP进一步分解的主要因素。(Chemical Reviews,1969.69.551
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590)因此在AP的催化剂设计过程中如何实现过渡氧化物稳定分散增加其电荷转移能力，同时构建具有大比表面积的酸性载体，吸附催化AP分解的NH3催化剂，降低NH3对AP颗粒的吸附是实现AP高效催化的关键。
[0005]同时在固体推进剂开发过程中，固体推进剂燃烧的稳定性直接关系着飞行器的安全。固体推进剂的不稳定燃烧会导致发动机壳体和其他构件振动，使飞行器可靠性降低，严重时将导致飞行任务失败。在常规方法中一般通过添加高熔点材料来抑制固体推进剂的不稳定燃烧(火炸药学报，2016.39(2)92
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97)，但高熔点材料的加入会降低固体推进剂的整体的能量水平。本催化剂在采用高熔点材料作为载体，有望进一步抑制固体推进剂的不稳定燃烧现象，提升其能量水平。

技术实现思路

[0006]本专利技术针对上述技术问题，提出一种催化高氯酸铵的催化剂、制备方法及应用。
[0007]为实现上述目的，本专利技术公开了以下技术方案：
[0008]一种催化高氯酸铵的复合催化剂，所述复合催化剂包括载体和负载在所述载体上的单载物，所述载体为分子筛，所述单载物为过渡金属氧化物，所述分子筛为硅铝分子筛，所述单载物为CuO，所述硅铝分子筛与CuO的质量含量0.5wt％～10wt％。
[0009]进一步的，所述硅铝分子筛的长度为1～3μm，宽度为0.7～0.9μm。
[0010]进一步的，所述催化高氯酸铵的催化剂包括将硅铝分子筛加水配成硅铝分子筛溶液，并配置Cu(NO3)2的标准溶液，然后在所述硅铝分子筛溶液中加入不同体积的Cu(NO3)2的标准溶液制成不同负载量的混合溶液，将所述混合溶液依次经过搅拌、烘干后焙烧即得。
[0011]进一步的，所述Cu(NO3)2的标准溶液浓度为0.1mol/L。
[0012]本专利技术所述的催化高氯酸铵的催化剂的制备方法，包括将硅铝分子筛加水配成硅铝分子筛溶液，并配置Cu(NO3)2的标准溶液，然后在所述硅铝分子筛溶液中加入不同体积的Cu(NO3)2的标准溶液制成不同负载量的混合溶液，将所述混合溶液依次经过搅拌、烘干后焙烧即得。
[0013]进一步的，所述CuO/硅铝分子筛催化剂，CuO的质量含量0.5wt％～10wt％。
[0014]进一步的，所述硅铝分子筛的长度为1～3μm，宽度为0.7～0.9μm，所述Cu(NO3)2的标准溶液浓度为0.1mol/L。
[0015]进一步的，搅拌时间为15～25min，烘干温度为75～85℃，焙烧时在空气氛围下380～420℃，焙烧1.5～2.5h。
[0016]具体包括：取0.5g的硅铝分子筛，加入5mL超纯水均匀搅拌制备均匀硅铝分子筛溶液，在所述硅铝分子筛溶液中加入791.2uL，0.1mol/L的Cu(NO3)2标准溶液，搅拌20min，80℃烘干，最后在空气气氛下，400℃焙烧得到负载量为1％的催化高氯酸铵的催化剂。
[0017]本专利技术所述的催化高氯酸铵的催化剂或本专利技术所述的催化高氯酸铵的催化剂的制备方法制得的催化高氯酸铵的催化剂用于催化高氯酸铵热分解。
[0018]本专利技术的与现有技术相比具有以下技术效果：
[0019]本专利技术通过经典浸渍的方法对高熔点分子筛进行改性修饰，赋予其独特的催化性能，形成一系列新型复合燃烧催化剂。此种复合催化剂设计在具有高效催化能力的同时，又能抑制固体推进剂不稳定燃烧的问题，为新型固体推进剂催化剂的设计提供新思路和新方法。
[0020]本专利技术开拓了以分子筛为代表的高熔点材料在催化AP热分解反应中的应用，得到的复合催化剂使AP热分解的高温分解峰温显著提前，得到很好的催化性能，同时有望降低固体推进剂的不稳定燃烧。本催化剂制备过程简单方便。本实验方法无需特别的实验仪器，同时实验药品也均为实验室常见的药品。催化剂成本低。本专利技术催化剂容易制备，重复性能好，价格低，降低了催化剂的制备成本，具有很好的应用前景。
附图说明
[0021]图1a为本专利技术硅铝分子筛HSZM
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5(SiO2/Al2O3＝360，二氧化硅和氧化铝的摩尔比为360)的扫描电镜SEM图；
[0022]图1b为负载0.5％CuO/HZSM
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5复合催化剂的扫描电镜SEM图；
[0023]图1c为负载1％CuO/HZSM
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5复合催化剂的扫描电镜SEM图；
[0024]图1d为负载5％CuO/HZSM
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5复合催化剂的扫描电镜SEM图；
[0025]图1e为负载10％CuO/HZSM
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5复合催化剂的扫描电镜SEM图；
[0026]图1f为不同负载量CuO的X射线光电子能谱(XPS)数据图；
[0027]图2为纯高氯酸铵(AP)和本专利技术复合催化剂的催化高氯酸铵热分解的DSC数据图。
具体实施方式
[0028]任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本专利技术所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本专利技术所揭示的
技术实现思路
得能涵盖的范围内。
[0029]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种催化高氯酸铵的复合催化剂，所述复合催化剂包括载体和负载在载体上的单载物，所述载体为分子筛，其特征在于，所述单载物为过渡金属氧化物，所述分子筛为硅铝分子筛，所述单载物为CuO，所述硅铝分子筛与CuO的质量含量0.5wt％～10wt％。2.根据权利要求1所述的催化高氯酸铵的催化剂，其特征在于，所述硅铝分子筛的长度为1～3μm，宽度为0.7～0.9μm。3.根据权利要求1所述的催化高氯酸铵的催化剂，其特征在于，所述催化高氯酸铵的催化剂包括将硅铝分子筛加水配成硅铝分子筛溶液，并配置Cu(NO3)2的标准溶液，然后在所述硅铝分子筛溶液中加入不同体积的Cu(NO3)2的标准溶液制成不同负载量的混合溶液，将所述混合溶液依次经过搅拌、烘干后焙烧即得。4.根据权利要求2所述的催化高氯酸铵的催化剂，其特征在于，所述Cu(NO3)2的标准溶液浓度为0.1mol/L。5.权利要求1～4任一所述的催化高氯酸铵的催化剂的制备方法，其特征在于，包括将硅铝分子筛加水配成硅铝分子筛溶液，并配置Cu(NO3)2的标准溶液，然后在所述硅铝分子筛溶液中加入不同体积的Cu(NO3)2的标准溶液制成不同负载量的混合溶液，将所述混合溶液依次经过搅...

【专利技术属性】
技术研发人员：王正明，赵凤起，高红旭，陈雪莉，王瑛，曲文刚，付青山，尚帆，杨利，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：