一种氮掺杂多孔碳材料的制备方法及固体推进剂技术

本发明专利技术公开了一种氮掺杂多孔碳材料的制备方法及固体推进剂，将质量比

【技术实现步骤摘要】
一种氮掺杂多孔碳材料的制备方法及固体推进剂


[0001]本专利技术属于材料制备
，涉及一种氮掺杂多孔碳材料的制备方法及固体推进剂
。

技术介绍

[0002]含能材料指的是一种包含有爆炸性成分的可燃物质，或者包含有氧化剂可以燃烧的材料，且能够瞬间释放出大量能量的物质
。
因此，常用作军用火炸药
、
火箭推进剂和发射药配方的重要组成部分
。
其中，推进剂是由氧化剂
、
燃烧剂以及多种助剂等组成的一类含能物质，因其能量密度高，工作时间短等特点用于导弹
、
火箭等武器系统的动力源
。
环四亚甲基四硝胺
(HMX)、
环三亚甲基三硝胺
(RDX)
是一类可以改变推进剂燃烧过程，并改善其能量特性的含能物质，被广泛应用
。
提高固体推进剂的燃烧性能依赖于具有大比表面积和高活性位点的高效燃烧催化剂
。
因此，在能源转型的背景下，研究和开发新的燃烧催化剂可以提高能源效率，减少环境污染，从而满足可持续发展的要求
。
[0003]氮掺杂多孔碳材料
(CN)
是一种新型材料，主要由碳
、
氮元素组成
。
区别于石墨氮化碳，它的氮含量相对较少
。
目前，氮掺杂多孔碳材料已经广泛应用于催化领域作为催化剂或者催化剂的载体
。
通过氮的引入，碳材料的疏水性发生了很大的变化，碳材料更加的亲水，极大地增加了与生物质的相容性
。
并且，由于氮原子富电子，可以在碳材料表面引入大量的缺陷位，在作为载体时，可以与金属原子形成配位作用，达到锚定金属原子的作用
。
因此，将该碳材料应用在固体推进剂领域，可与活性组分的相互作用性提高，实现其催化性能的提升
。
[0004]碳材料对含能材料催化研究中，张婷
[
张婷
,
郭雨
,
李瑶瑶
,
等
.
氮掺杂氧化石墨烯对
HMX
热分解性能的影响
[J].
火炸药学报
,2019,42(04):346
‑
351.]等人以尿素为氮源，通过水热还原制备氮掺杂氧化石墨烯并将其复合到
HMX
上，与未掺杂相比，氮原子成功掺杂使得石墨烯表面缺陷增多，结果导致
HMX
的放热分解峰温度下降
1.2℃
，表观活化能下降
30.25kJ
·
mol
‑1。
[0005]尽管氮掺杂氧化石墨烯有着很好的应用前景，但作为催化剂催化含能材料热分解效果仍有待提高
。
梁洁
[
梁洁
,
邹庚
,
刘竞等
.
氧化石墨烯
/
奥克托今复合薄膜的制备及其性能表征
[J].
化学工程与装备
,2021,No.293(06):10
‑
11.]等人通过简单的溶剂热法以氧化石墨烯
(GO)
和
HMX
为原料制备了一种含能自支撑膜，以提高
GO
薄膜的激光点火性能
。
通过热分析研究发现
GO/HMX
复合薄膜的放热分解峰温度仅比纯
HMX
提前
2.4℃。
[0006]曾见有
[
曾见有
,
赵宁宁
,
张婷等
.
石墨双炔
/RDX
复合物的热分解性能
[J].
火炸药学报
,2021,44(04):474
‑
483.]等人采用液相法制备石墨双炔
(GDY)
，通过物理混合将不同质量的
GDY
与
RDX
混合
。
结果表明质量分数为5％的
GDY
的加入使
RDX
的热分解峰温升高了
2.97℃
，表观活化能降低了
10.75kJ
·
mol
‑1。
[0007]结合近年来的研究不难发现，碳材料虽然作为载体有着很好的分散效果，但单独作为燃烧催化剂对含能材料的热分解效果并不明显
。
因此引入氮原子掺杂可以在碳材料中
形成多种不同类型氮物种，通过对氮源含量的调节，可提高催化剂的催化性能，如反应组分
‑
载体间的相互作用以及理化性质
、
表面浸润性等达到对含能材料催化性能的提高
。

技术实现思路

[0008]针对现有碳材料无法更好的作为含能材料的燃烧催化剂的问题，本专利技术的目的提供一种氮掺杂多孔碳材料的制备方法及固体推进剂，该方法简便，并且成本低，制备的氮掺杂多孔碳材料能够用于含能材料的催化热分解
。
[0009]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0010]一种氮掺杂多孔碳材料的制备方法，包括以下步骤：
[0011]将质量比
(1
～
2):(1
～
5):(1
～
10)
的碳源
、
氮源与致孔剂混合均匀，在
200
‑
500℃
下和
700
‑
900℃
下进行碳化，纯化，得到氮掺杂多孔碳材料
。
[0012]进一步的，碳源为葡萄糖
。
[0013]进一步的，氮源为三聚氰胺
。
[0014]进一步的，致孔剂为无机盐混合物
。
[0015]进一步的，无机盐混合物为氯化钾与氯化钠的混合物
、
氯化钾与氯化锌的混合物
、
氯化锂与氯化锌的混合物或者氯化钠和氯化锌的混合物
。
[0016]进一步的，氯化钾与氯化钠的质量比
、
氯化钾与氯化锌的质量比
、
氯化锂与氯化锌的质量比与氯化钠和氯化锌的质量比为1‑
5:1
‑
10。
[0017]进一步的，以3～
10℃/min
的升温速率自室温升温至
200
‑
500℃
，保温时间为
120
‑
240min。
[0018]进一步的，以3～
10℃/min
的升温速率自
200
‑
500℃
升温至
700
‑
900℃
，保温时间为
200
‑
400min。
[0019]进一步的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种氮掺杂多孔碳材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将质量比
(1
～
2):(1
～
5):(1
～
10)
的碳源
、
氮源与致孔剂混合均匀，在
200
‑
500℃
下和
700
‑
900℃
下进行碳化，纯化，得到氮掺杂多孔碳材料
。2.
根据权利要求1所述的氮掺杂多孔碳材料的制备方法，其特征在于，碳源为葡萄糖
。3.
根据权利要求1所述的氮掺杂多孔碳材料的制备方法，其特征在于，氮源为三聚氰胺
。4.
根据权利要求1所述的氮掺杂多孔碳材料的制备方法，其特征在于，致孔剂为无机盐混合物
。5.
根据权利要求1所述的氮掺杂多孔碳材料的制备方法，其特征在于，无机盐混合物为氯化钾与氯化钠的混合物
、
氯化钾与氯化锌的混合物
、
氯化锂与氯化锌的混合物或者氯化钠和氯化锌的混合物
。6.
根据权利要求5所述的氮掺杂多孔碳材料的制备方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：马海霞，李煜，徐思怡，李嘉辰，郭兆琦，
申请(专利权)人：西北大学，
类型：发明
国别省市：