一种超声辅助电沉积制备铅/碳纳米管复合粉体的方法专利检索- 电解或电泳工艺;其所用设备专利检索查询-专利查询网

一种超声辅助电沉积制备铅/碳纳米管复合粉体的方法
申请号	CN201710560514.6	申请日	2017-07-11	公开(公告)号	CN107338456A	公开(公告)日	2017-11-10
申请人	云南省核工业二0九地质大队;			发明人	蒋国祥; 李明晓; 刘凤祥; 王刚; 杨长江; 王学武; 李余华; 谭伟; 王宏锋; 杨庆超;
摘要	本发明公开了一种超声辅助电沉积制备铅/ 碳纳米管复合粉体的方法，属于新材料制备技术领域。步骤包括：将可溶性铅盐、支持电解质、碳纳米管、分散剂和水混合均匀、配制成电解液，以纯铅或铅合金作阳极、钛或铝或不锈钢作阴极，在电解液温度 10～75℃、阴极电流密度 150～450mA/cm2的条件下，选用水作超声工作介质，控制超声频率为20～130kHz、超声升功率为10w/L～360w/L，进行超声辅助电沉积，即能在阴极制得铅/碳纳米管复合粉体。本发明工艺操作简单，所用试剂价格低廉。
权利要求	1.一种超声辅助电沉积制备铅/碳纳米管复合粉体的方法，其特征在于，包括以下步骤： S1：配制电解液：首先将可溶性铅盐、支持电解质、碳纳米管、分散剂和水混合均匀，配制成电解液，电解液中可溶性铅盐浓度为0.001～0.2mol/L，支持电解质浓度为0.1～4mol/L，碳纳米管浓度为0.005～3g/L，分散剂浓度为0.1～8g/L； S2：超声辅助电沉积过程：以纯铅或铅合金为阳极，钛或铝或不锈钢作阴极，控制电解液温度为10～75℃、阴极电流密度为150～450mA/cm2，在步骤S1配制的电解液中超声辅助电沉积30～180min，即能在阴极制得铅/碳纳米管复合粉体。 2.根据权利要求1所述的一种超声辅助电沉积制备铅/碳纳米管复合粉体的方法，其特征在于，S1中的可溶性铅盐为乙酸铅、硝酸铅、氟硼酸铅或柠檬酸铅中的一种或者几种。 3.根据权利要求1所述的一种超声辅助电沉积制备铅/碳纳米管复合粉体的方法，其特征在于，S1中的支持电解质为乙酸、硼酸、柠檬酸、乙酸钠、丙酸钠、硼酸钠、柠檬酸钠、氟硼酸钠中的一种或两种任意比例混合物。 4.根据权利要求1所述的一种超声辅助电沉积制备铅/碳纳米管复合粉体的方法，其特征在于，S1中的碳纳米管首先在硫酸溶液、硝酸溶液、盐酸溶液或高氯酸溶液中的一种或者几种溶液中酸化，碳纳米管为多壁碳纳米管或单壁碳纳米管中一种或两种任意比例的混合物。 5.根据权利要求1所述的一种超声辅助电沉积制备铅/碳纳米管复合粉体的方法，其特征在于，S1中的分散剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸酯二钠、十六烷基三甲基溴化铵、聚乙烯醇、聚乙二醇、甘油、壬基酚聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯醚、烷基脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪胺聚氧乙烯醚、烷基醇酰胺聚氧乙烯醚、嵌段聚氧乙烯-聚氧丙烯醚、烷基醇酰胺、单十二烷基磷酸酯三乙醇胺、聚乙烯吡咯烷酮、明胶中的一种或几种任意比例的混合物。 6.根据权利要求1所述的一种超声辅助电沉积制备铅/碳纳米管复合粉体的方法，其特征在于，S2中超声辅助电沉积过程中超声工作介质为水，超声频率为20～130kHz，超声升功率为10～360w/L。
说明书全文	一种超声辅助电沉积制备铅/碳纳米管复合粉体的方法技术领域 [0001] 本发明属于新材料制备加工领域，具体地说，涉及一种超声辅助电沉积制备铅/碳纳米管复合粉体的方法。背景技术 [0002] 双基推进剂作为导弹及火箭用的一类高能燃料，因燃速偏低、压强指数较高，实际使用中需添加燃速催化剂来改善其燃烧性能。随着导弹技术的发展，急需开发新型燃速催化剂来改善新型固体推进剂的燃烧。 [0003] 铅/碳纳米管复合粉体因负载双基推进剂的燃速催化剂-纳米铅，加之碳纳米管比表面积巨大、空间结构特殊、催化性能和吸附性能优异，其对双基推进剂具有优良的燃速催化效果，而被开发用作双基推进剂的燃速催化剂。公开的铅/碳纳米管负载型复合燃速催化剂的制备方法为化学镀。公开授权号CN101440010B提出一种采用化学镀制备铅/碳纳米管复合粉体的方法，包括将多壁碳纳米管纯化、敏化、活化后，置于乙酸铅溶液中超声分散、化学镀，制得的铅/碳纳米管复合粉体中铅以平均粒径30nm的形式负载于碳纳米管表面，对双基推进剂具有优良的燃速催化效果。但此法涉及碳纳米管敏化、活化，过程相对繁琐，且用到价格昂贵的Pd 试剂，此外，镀液的pH控制较为严格。 [0004] 有鉴于此特提出本发明。发明内容 [0005] 本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种超声辅助电沉积制备铅/碳纳米管复合粉体的方法，该方法在特定的碳纳米管-铅盐溶液中，通过超声辅助电沉积制得铅/碳纳米管复合粉体。 [0006] 为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：一种超声辅助电沉积制备铅/碳纳米管复合粉体的方法，包括以下步骤： S1：配制电解液：首先将可溶性铅盐、支持电解质、碳纳米管、分散剂和水混合均匀，配制成电解液，电解液中可溶性铅盐浓度为0.001～0.2mol/L，支持电解质浓度为0.1～4mol/L，碳纳米管浓度为0.005～3g/L，分散剂浓度为0.1～8g/L； S2：超声辅助电沉积过程：以纯铅或铅合金为阳极，钛或铝或不锈钢作阴极，控制电解液温度为10～75℃、阴极电流密度为150～450mA/cm2，在步骤S1配制的电解液中超声辅助电沉积30～180min，即能在阴极制得铅/碳纳米管复合粉体。 [0007] 本发明中，S1中的可溶性铅盐为乙酸铅、硝酸铅、氟硼酸铅或柠檬酸铅中的一种或者几种。 [0008] 本发明中，S1中的支持电解质为乙酸、硼酸、柠檬酸、乙酸钠、丙酸钠、硼酸钠、柠檬酸钠、氟硼酸钠中的一种或两种任意比例混合物。 [0009] 本发明中，S1中的碳纳米管首先在硫酸溶液、硝酸溶液、盐酸溶液或高氯酸溶液中的一种或者几种溶液中酸化，碳纳米管为多壁碳纳米管或单壁碳纳米管中一种或两种任意比例的混合物。 [0010] 本发明中，S1中的分散剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸酯二钠、十六烷基三甲基溴化铵、聚乙烯醇、聚乙二醇、甘油、壬基酚聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯醚、烷基脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪胺聚氧乙烯醚、烷基醇酰胺聚氧乙烯醚、嵌段聚氧乙烯-聚氧丙烯醚、烷基醇酰胺、单十二烷基磷酸酯三乙醇胺、聚乙烯吡咯烷酮、明胶中的一种或几种任意比例的混合物。 [0011] 本发明中，S2中超声辅助电沉积过程中超声工作介质为水，超声频率为20～130kHz，超声升功率为10～360w/L。 [0012] 采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果。 [0013] 本发明工艺操作简单，碳纳米管酸化后，无需敏化、活化，经一次超声辅助电沉积即可在阴极制得铅/碳纳米管复合粉体；试剂成本低廉，无需使用价格昂贵的Pd试剂对碳纳米管进行敏化、活化；环境友好，所用原料对环境影响小。 [0014] 下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。附图说明 [0015] 附图作为本申请的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：图1是本发明实施例1制得的铅/碳纳米管复合粉体扫描透射能谱图；图2是本发明实施例1制得的铅/碳纳米管复合粉体的实物图；图3是本发明实施例1制得的铅/碳纳米管复合粉体的电子显微镜图。 [0016] 需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。具体实施方式 [0017] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。 [0018] 实施例1该超声辅助电沉积制备铅/碳纳米管复合粉体的方法，具体步骤如下： S1：配制电解液：首先将可溶性铅盐、支持电解质、碳纳米管、分散剂和水混合均匀后配制成电解液，电解液中可溶性铅盐浓度为0.005mol/L，可溶性铅盐为乙酸铅，支持电解质浓度为2.5mol/L，支持电解质为摩尔浓度为1.5mol/L的乙酸和摩尔浓度为1mol/L的乙酸钠，碳纳米管浓度为3g/L，碳纳米管为多壁碳纳米管，分散剂浓度为3g/L，分散剂为十二烷基苯磺酸钠； S2：超声辅助电沉积过程：以纯铅为阳极，钛作阴极，控制电解液温度10℃、阴极电流密度150mA/cm2，在步骤S1中配制的电解液中超声辅助电沉积180min，超声工作介质为水，控制超声频率40kHz、超声升功率90w/L，即能在阴极制得铅/碳纳米管复合粉体。制得的铅/碳纳米管复合粉体微观形貌图示于图1，图2是铅/碳纳米管复合粉体的实物图。 [0019] 实施例2该超声辅助电沉积制备铅/碳纳米管复合粉体的方法，具体步骤如下： S1：配制电解液：首先将可溶性铅盐、支持电解质、碳纳米管、分散剂和水混合均匀后配制成电解液，电解液中可溶性铅盐浓度为0.02mol/L，可溶性铅盐为氟硼酸铅，支持电解质浓度为4mol/L，支持电解质为摩尔浓度为2mol/L的乙酸和2mol/L的氟硼酸钠，碳纳米管浓度为1.5g/L，碳纳米管为多壁碳纳米管，分散剂浓度为8g/L，分散剂为十二烷基硫酸钠； S2：超声辅助电沉积过程：以纯铅为阳极，不锈钢作阴极，控制电解液温度为50℃、阴极电流密度为300mA/cm2，在步骤S1中配制的电解液中超声辅助电沉积30min，超声工作介质为水，控制超声频率40kHz、超声升功率150w/L，即能在阴极制得铅/碳纳米管复合粉体。 [0020] 实施例3该超声辅助电沉积制备铅/碳纳米管复合粉体的方法，具体步骤如下： S1：配制电解液：首先将可溶性铅盐、支持电解质、碳纳米管、分散剂和水混合均匀后配置成电解液，电解液中可溶性铅盐浓度为0.1mol/L，可溶性铅盐为硝酸铅，支持电解质浓度为3mol/L，支持电解质为摩尔浓度为1.2mol/L的硼酸和摩尔浓度为1.8mol/L的硼酸钠，碳纳米管浓度为1.5g/L，碳纳米管为质量比1:1的多壁碳纳米管和单壁碳纳米管的混合物，分散剂浓度为4g/L，分散剂为质量比1:1十二烷基苯磺酸钠和明胶的混合物； S2：超声辅助电沉积过程：以纯铅为阳极，铝作阴极，控制电解液温度为20℃、阴极电流密度为450mA/cm2，在步骤S1中配制的电解液中超声辅助电沉积80min，超声工作介质为水，控制超声频率60kHz、超声升功率360w/L，即能在阴极制得铅/碳纳米管复合粉体。 [0021] 实施例4该超声辅助电沉积制备铅/碳纳米管复合粉体的方法，具体步骤如下： S1：配制电解液：首先将可溶性铅盐、支持电解质、碳纳米管、分散剂和水混合均匀后配制成电解液，电解液中可溶性铅盐浓度为0.001mol/L，可溶性铅盐为柠檬酸铅，支持电解质浓度为2mol/L，支持电解质为摩尔浓度为1.5mol/L的乙酸和摩尔浓度为0.5mol/L柠檬酸钠，碳纳米管浓度为0.05g/L，碳纳米管为多壁碳纳米管，分散剂浓度为0.2g/L，分散剂为质量比1:1聚乙烯吡咯烷酮和明胶的混合物； S2：超声辅助电沉积过程：以纯铅为阳极，铝作阴极，控制电解液温度为25℃、阴极电流密度为250mA/cm2，在步骤S1中配制的电解液中超声辅助电沉积90min，超声工作介质为水，控制超声频率20kHz、超声升功率10w/L，即能在阴极制得铅/碳纳米管复合粉体。 [0022] 实施例5该超声辅助电沉积制备铅/碳纳米管复合粉体的方法，具体步骤如下： S1：配制电解液：首先将可溶性铅盐、支持电解质、碳纳米管、分散剂和水混合均匀后配制成电解液，电解液中可溶性铅盐浓度为0.2mol/L，可溶性铅盐为乙酸铅，支持电解质浓度为4mol/L，支持电解质为摩尔浓度为1.3mol/L的柠檬酸和摩尔浓度为2.7mol/L的乙酸钠，碳纳米管浓度为0.005g/L，碳纳米管为单壁碳纳米管，分散剂浓度为3g/L，分散剂为质量比 1:1:1十二烷基硫酸钠、明胶、甘油的混合物。 [0023] S2：超声辅助电沉积过程：以铅合金为阳极，铝作阴极，控制电解液温度为75℃、阴极电流密度为240mA/cm2，在步骤S1中配制的电解液中超声辅助电沉积150min，超声工作介质为水，控制超声频率130kHz、超声升功率120w/L，即能在阴极制得铅/碳纳米管复合粉体。 [0024] 实施例6该超声辅助电沉积制备铅/碳纳米管复合粉体的方法，具体步骤如下： S1：配制电解液：首先将可溶性铅盐、支持电解质、碳纳米管、分散剂和水混合均匀后配制成电解液，电解液中可溶性铅盐浓度为0.001mol/L，可溶性铅盐为硝酸铅，支持电解质浓度为2.4mol/L，支持电解质为摩尔浓度为2mol/L的乙酸和摩尔浓度为0.4mol/L的硼酸，碳纳米管浓度为0.005g/L，碳纳米管为单壁碳纳米管，分散剂浓度为1.2g/L，分散剂为质量比 1:1:1:1聚乙烯醇、明胶、壬基酚聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯醚的混合物； S2：超声辅助电沉积过程：以铅合金为阳极，钛作阴极，控制电解液温度为40℃、阴极电流密度为170mA/cm2，在步骤S1中配制的电解液中超声辅助电沉积150min，超声工作介质为水，控制超声频率60kHz、超声升功率100w/L，即能在阴极制得铅/碳纳米管复合粉体。 [0025] 以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。

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