燃料微球及其制备方法、推进剂技术

本发明专利技术提供了燃料微球及其制备方法、推进剂。燃料微球包括：硼颗粒，所述硼颗粒的粒径为纳米级；壳聚糖，所述壳聚糖包覆在所述硼颗粒的表面。有机物壳聚糖的引入能够使得燃料中的纳米级的硼颗粒在存储过程中以微球的形式存在，而在燃烧过程中硼颗粒以纳米尺度参与燃烧反应，因此燃料微球既保持了硼颗粒的低点火温度又防止了燃烧过程中的产物的团聚，还可以有效避免硼颗粒与空气中的氧气和水发生反应，提高了硼颗粒的燃烧效率和燃烧速率。高了硼颗粒的燃烧效率和燃烧速率。高了硼颗粒的燃烧效率和燃烧速率。

【技术实现步骤摘要】
燃料微球及其制备方法、推进剂


[0001]本专利技术涉及化工
，尤其涉及燃料微球及其制备方法、推进剂。

技术介绍

[0002]硼具有较高的体积热值(137.45MJ/L)和质量热值(58.74MJ/kg)，被认为是理想的冲压发动机固体燃料。然而硼燃烧产物具有低熔点、高沸点的特点，导致燃烧过程中会产生液态氧化硼使得硼与氧化剂反应困难。同时相比于其他金属燃料，硼具有点火温度高、燃烧速率慢等缺点。
[0003]纳米硼颗粒相较于传统的微米硼颗粒具有更低的点火温度和更高的燃烧速率。然而，纳米硼颗粒由于其较高的表面能使得其在存储过程中极易发生团聚同时与空气中的氧气和水发生反应造成纳米硼颗粒的点火困难和燃烧恶化，往往需要对纳米硼颗粒进行改性。但是目前对纳米硼颗粒的改性结果仍不能满足需求，有鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种燃料微球，有机物壳聚糖的引入能够使得燃料中的纳米级的硼颗粒在存储过程中以微球的形式存在，而在燃烧过程中硼颗粒以纳米尺度参与燃烧反应，因此燃料微球既保持了硼颗粒的低点火温度又防止了燃烧过程中的产物的团聚，壳聚糖的存在还可以有效避免硼颗粒与空气中的氧气和水发生反应，提高了硼颗粒的燃烧效率和燃烧速率。
[0005]在本专利技术的一个方面，本专利技术提供了一种燃料微球，燃料微球包括：
[0006]硼颗粒，所述硼颗粒的粒径为纳米级；
[0007]壳聚糖，所述壳聚糖包覆在所述硼颗粒的表面。
[0008]进一步地，燃料微球还包括：
[0009]金属促燃催化剂，所述金属促燃催化剂吸附在所述壳聚糖的表面；
[0010]所述金属促燃催化剂包括乙酰丙酮金属盐、金属硝酸盐和金属硫酸盐中的至少一种；
[0011]和/或，所述乙酰丙酮金属盐包括乙酰丙酮钼、乙酰丙酮铁、乙酰丙酮钴、乙酰丙酮镍和乙酰丙酮铅中的至少一种；
[0012]和/或，所述金属硝酸盐包括硝酸铁、硝酸钴、硝酸镍和硝酸铅中的至少一种；
[0013]和/或，所述金属硫酸盐包括硫酸铁、硫酸钴、硫酸镍和硫酸铅中的至少一种；
[0014]和/或，所述金属促燃催化剂的质量是所述硼颗粒的质量的4
‑
10wt％。
[0015]进一步地，所述燃料微球的直径为10
‑
40μm；
[0016]和/或，基于所述燃料微球的总质量，所述壳聚糖的含量为5
‑
50wt％；
[0017]和/或，所述硼颗粒的粒径为50
‑
80nm。
[0018]在本专利技术的另一方面，本专利技术提供了一种前面所述的燃料微球的制备方法，包括：
[0019]将壳聚糖包覆在硼颗粒的表面，得到所述燃料微球。
[0020]进一步地，燃料微球的制备方法还包括：
[0021]将金属促燃催化剂吸附在所述壳聚糖的表面，得到所述燃料微球。
[0022]进一步地，将壳聚糖包覆在硼颗粒的表面包括：
[0023]S11、将所述硼颗粒分散到含有所述壳聚糖的水溶液中获得分散相溶液、将司班
‑
80分散到正辛醇中获得连续相溶液，将戊二醛分散到含司班
‑
80的正辛醇溶液中获得接收相溶液；
[0024]S12、将步骤S11中制备的所述分散相溶液和连续相溶液以一定的流量通入到液滴微流控装置中，获得单分散液滴；
[0025]S13、将步骤S12中得到的所述单分散液滴通入到步骤S11中的所述接收相溶液中，反应后得到所述燃料微球；
[0026]和/或，步骤S12中得到的所述单分散液滴的直径为18.5
‑
108μm。
[0027]进一步地，步骤S11中制备的所述分散相溶液中硼颗粒的浓度为1
‑
5wt％，壳聚糖的浓度为0.5
‑
1wt％，醋酸浓度为1
‑
2wt％；所述连续相溶液中司班
‑
80的浓度为1
‑
3wt％；所述接收相溶液中戊二醛的浓度为1
‑
3wt％；
[0028]和/或，所述步骤S12中，所述分散相溶液以5
‑
10μL/min的流量通入到液滴微流控装置中；
[0029]和/或，所述步骤S12中，所述连续相溶液以10
‑
100μL/min的流量通入到液滴微流控装置中。
[0030]进一步地，将金属促燃催化剂吸附在所述壳聚糖的表面包括：
[0031]S21、将所述硼颗粒和所述金属促燃催化剂分散到含有所述壳聚糖的水溶液中获得分散相溶液、将司班
‑
80分散到正辛醇中获得连续相溶液，将戊二醛分散到含司班
‑
80的正辛醇溶液中获得接收相溶液；
[0032]S22、将步骤S21中制备的所述分散相溶液和连续相溶液以一定的流量通入到液滴微流控装置中，获得单分散液滴；
[0033]S23、将步骤S22中得到的所述单分散液滴通入到步骤S21中的所述接收相溶液中，反应后得到所述燃料微球；
[0034]和/或，步骤S22中得到的所述单分散液滴的直径为18.5
‑
108μm。
[0035]进一步地，将金属促燃催化剂吸附在所述壳聚糖的表面包括：
[0036]S31、将所述壳聚糖包覆在所述硼颗粒的表面，得到中间产物；
[0037]S32、将所述中间产物分散到含有所述金属促燃催化剂的水溶液中，吸附后得到所述燃料微球。
[0038]在本专利技术的另一方面，本专利技术提供了一种推进剂，包括前面所述的燃料微球。
[0039]与现有技术相比，本专利技术至少可以取得以下有益效果：
[0040]有机物壳聚糖的引入能够使得燃料中的纳米级的硼颗粒在存储过程中以微球的形式存在，实现了燃料微球的单分散，有效地解决了硼颗粒团聚的问题；壳聚糖在燃烧过程中会产生大量气体，使硼颗粒在燃烧过程中重新以纳米尺度参与燃烧反应，因此燃料微球既保持了硼颗粒的低点火温度又防止了燃烧过程中的产物的团聚，壳聚糖的存在还可以有效避免硼颗粒与空气中的氧气和水发生反应，提高了硼颗粒的燃烧效率和燃烧速率；另外，
本专利技术的燃料微球点火温度低、燃烧效率高、尺寸可控。
附图说明
[0041]图1是利用微流控装置合成单分散液滴的过程示意图。
[0042]图2是实施例1
‑
5的单分散液滴制备过程示意图。
[0043]图3是实施例1
‑
15的单分散液滴粒径分布图。
[0044]图4是实施例2、16、17、18燃料微球以及对比例1的燃料的SEM(扫描电镜)图。
[0045]图5是实施例19、20、21的燃料微球的光学图像。
[0046]图6是实施例2、16、17、18、19、20、21的燃料微球本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料微球，其特征在于，包括：硼颗粒，所述硼颗粒的粒径为纳米级；壳聚糖，所述壳聚糖包覆在所述硼颗粒的表面。2.根据权利要求1所述的燃料微球，其特征在于，还包括：金属促燃催化剂，所述金属促燃催化剂吸附在所述壳聚糖的表面；所述金属促燃催化剂包括乙酰丙酮金属盐、金属硝酸盐和金属硫酸盐中的至少一种；和/或，所述乙酰丙酮金属盐包括乙酰丙酮钼、乙酰丙酮铁、乙酰丙酮钴、乙酰丙酮镍和乙酰丙酮铅中的至少一种；和/或，所述金属硝酸盐包括硝酸铁、硝酸钴、硝酸镍和硝酸铅中的至少一种；和/或，所述金属硫酸盐包括硫酸铁、硫酸钴、硫酸镍和硫酸铅中的至少一种；和/或，所述金属促燃催化剂的质量是所述硼颗粒的质量的4
‑
10wt％。3.根据权利要求1或2所述的燃料微球，其特征在于，所述燃料微球的直径为10
‑
40μm；和/或，基于所述燃料微球的总质量，所述壳聚糖的含量为5
‑
50wt％；和/或，所述硼颗粒的粒径为50
‑
80nm。4.一种权利要求1
‑
3任一项所述的燃料微球的制备方法，其特征在于，包括：将壳聚糖包覆在硼颗粒的表面，得到所述燃料微球。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，还包括：将金属促燃催化剂吸附在所述壳聚糖的表面，得到所述燃料微球。6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，将壳聚糖包覆在硼颗粒的表面包括：S11、将所述硼颗粒分散到含有所述壳聚糖的水溶液中获得分散相溶液、将司班
‑
80分散到正辛醇中获得连续相溶液，将戊二醛分散到含司班
‑
80的正辛醇溶液中获得接收相溶液；S12、将步骤S11中制备的所述分散相溶液和连续相溶液以一定的流量通入到液滴微流控装置中，获得单分散液滴；S13、将步骤S12中得到的所述单分散液滴通入到步骤S11中的所述接收相溶液中，反应后得到所述燃料微球；和/或，步骤S12中得到的所述单分散液...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘伦，邹吉军，薛康，李怀宇，史成香，张香文，王涖，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：