一种纳米Cu(OH)2/AP复合粒子的制备方法 |
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| 申请号 | CN201510855829.4 | 申请日 | 2015-11-27 | 公开(公告)号 | CN105439785A | 公开(公告)日 | 2016-03-30 |
| 申请人 | 南京理工大学; | 发明人 | 姜炜; 郝嘎子; 刘杰; 柯香; 肖磊; 高寒; 陈腾; 戎园波; 乔羽; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种纳米Cu(OH)2/AP复合粒子的制备方法，是将高氯酸铵和 铜 盐前驱体超声分散在高氯酸铵P的非 溶剂 中，加入 碱 性溶液，经超声辅助-化学液相沉积法制得纳米Cu(OH)2/AP复合粒子。本发明采用超声辅助-化学液相沉积法一步式制备Cu(OH)2/AP复合粒子，制备过程简单快捷，可用于大批量生产，整个反应过程仅需超声辅助，反应时间大大缩减，具有极大安全可靠性；本发明制备的纳米Cu(OH)2/AP复合粒子分散性好，纳米Cu(OH)2能够较均匀地分散在高氯酸铵粒子的表面，防止纳米Cu(OH)2粒子的团聚，有效发挥其催化效果。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种纳米Cu(OH)2/AP复合粒子的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： |
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| 说明书全文 | 一种纳米Cu(OH)2/AP复合粒子的制备方法技术领域背景技术[0002] 当前，在AP/HTPB(高氯酸铵/端羟基聚丁二烯)推进剂体系，采取加入纳米燃速催化剂是提高固体推进剂燃烧性能的重要途径之一。研究表明，纳米燃速催化剂的加入可显著提高推进剂的燃速和压力指数等燃烧性能。然而，纳米燃速催化剂由于小尺寸和表面效应使其在AP/HTPB推进剂体系中分散性变差、易团聚，不能与推进剂主要氧化剂AP有效接触等问题，严重制约了纳米燃速催化剂在AP/HTPB推进剂体系中的应用发展。由于只有纳米燃速催化剂与AP充分接触的情况下，才能最大限度地发挥其催化效果，因此，分散性良好的纳米燃速催化剂与AP复合粒子的制备，对于提高推进剂的整体性能具有十分重要的意义。 [0003] 目前，制备纳米燃速催化剂/AP复合粒子通常需要两步法才能实现。即首先通过物理或者化学方法得到纳米燃速催化剂，然后将纳米燃速催化剂和AP加入AP的非溶剂中进行搅拌研磨等方式得到纳米燃速催化剂/AP复合粒子。如“尹萍,江晓红,邹敏,等.SiO2/Co3O4核壳催化剂对AP热分解的催化性能研究[J]无机化学学报,2014,30(1):185-191.”采用将SiO2/Co3O4与AP混合后，加入少量无水乙醇进行研磨的方法制得SiO2/Co3O4与AP的复合粒子。“Yang Shengyang,Wang Caifeng,Chen Li,et al.Facile dicyandiamide-mediated fabrication of well-defined CuO hollow microspheres and their catalytic application[J]Materials Chemistry and Physics,2010,120:296-301”采用在研钵中研磨的方法制备了CuO/AP复合粒子。然而，这种传统的两步法制备的纳米燃速催化剂/AP复合粒子在性能和应用中还存在一定的限制。如纳米燃速催化剂易团聚，不能有效地发挥其催化效果。特别是，纳米燃速催化剂的团聚有可能会给其在推进剂中的应用带来不利影响，如影响推进剂的力学性能。 发明内容[0004] 本发明的目的在于针对传统纳米燃速催化剂与AP不能均匀复合，易团聚等不足，提供一种简单、可快速制备和简单分离的制备纳米Cu(OH)2/AP复合粒子的方法，其工艺简单，容易掌握，可以进行大量生产。 [0005] 实现本发明的技术解决方案为：一种纳米Cu(OH)2/AP复合粒子的制备方法，是将AP(高氯酸铵)和铜盐前驱体超声分散在AP的非溶剂中，加入碱性溶液，经超声辅助-化学液相沉积法制得纳米Cu(OH)2/AP复合粒子，具体包括以下步骤： [0006] 第一步、将铜盐前驱体超声分散在AP的非溶剂中，加入AP，得到AP和铜盐的混合体系； [0007] 第二步、超声搅拌下，往第一步所得混合体系中逐滴加入碱性溶液； [0008] 第三步、将第二步反应完全，静置老化； [0009] 第四步、将第三步所得产物经过滤、洗涤、干燥得到纳米Cu(OH)2/AP复合粒子。 [0010] 第一步中，铜盐与AP的质量比为0.5％～10％；AP与AP的非溶剂的质量比为1:10～1:30；铜盐为二价铜的无机铜盐；AP的非溶剂为乙酸乙酯或乙醇。 [0011] 第二步中，当碱性溶液为NaOH的水溶液或KOH的水溶液时，其溶剂的体积不超过AP的非溶剂体积的2％，当碱性溶液为NaOH的乙醇溶液或KOH的乙醇溶液时，其溶剂的体积不超过AP的非溶剂体积的30％，碱性溶液中NaOH或KOH的质量为沉淀铜盐理论质量的1～1.5倍。 [0012] 第三步中，静置老化的时间为0.5～1h。 [0014] 本发明制备纳米Cu(OH)2/AP复合粒子方法，与现有技术相比，有如下优点： [0015] (1)本发明采用超声辅助-化学液相沉积法一步式制备Cu(OH)2/AP复合粒子，制备过程简单快捷，可用于大批量生产，整个反应过程仅需超声辅助，反应时间大大缩减，具有极大安全可靠性； [0016] (2)本发明在纳米Cu(OH)2/AP复合粒子洗涤、分离过程中具有简单快捷的优势，只需简单的过滤、洗涤和低温干燥，就可以得到产品； [0018] 图1是实施例1中AP原料和纳米Cu(OH)2/AP复合粒子的XRD谱图。 [0019] 图2是实施例1中AP原料(a)、纳米Cu(OH)2/AP复合粒子(b)和复合粒子局部放大(c)SEM图。 [0020] 图3是实施例1中AP原料和纳米Cu(OH)2/AP复合粒子的DSC曲线。 具体实施方式[0021] 本发明的一种纳米Cu(OH)2/AP复合粒子的制备方法，具体制备步骤如下： [0022] 第一步：将适量的一定粒度的AP和铜盐前驱体分散在1:10～1:30乙醇或乙酸乙酯中，(铜盐前驱体与AP的质量比为0.5％～10％)超声搅拌形成AP和铜盐的混合体系； [0023] 第二步，超声搅拌下，往第一步所得混合体系中逐滴加入碱性溶液。当碱性溶液为NaOH的水溶液或KOH的水溶液时，其溶剂的体积不超过AP的非溶剂体积的2％，当碱性溶液为NaOH的乙醇溶液或KOH的乙醇溶液时，其溶剂的体积不超过AP的非溶剂体积的30％，碱性溶液中NaOH或KOH的质量为沉淀铜盐理论质量的1～1.5倍。； [0024] 第三步，将第二步所得混合体系静置老化0.5～1h； [0025] 第四步，将第三步得到的产品过滤，用乙酸乙酯或乙醇洗涤，50～80℃下干燥0.5～1h，得到纳米Cu(OH)2/AP复合粒子产品。 [0026] 实施实例1： [0027] 第一步：将1g AP(平均粒径64μm)和0.0175g CuCl2·2H2O分散在20mL乙醇中，超声搅拌形成AP和铜盐的混合体系； [0028] 第二步，往第一步得到的AP和铜盐的混合体系中加入5mL含0.0122g NaOH的NaOH乙醇溶液，超声搅拌使反应完全。 [0029] 第三步，将第二步所得混合体系静置老化0.5h； [0030] 第四步，将第三步得到的产品过滤，用乙醇洗涤，50℃下0.5h，得到纳米Cu(OH)2/AP复合粒子产品。 [0031] 实施实例2： [0032] 第一步：将1g AP(平均粒径64μm)和0.035g CuCl2·2H2O分散在25mL乙醇中，超声搅拌形成AP和铜盐的混合体系； [0033] 第二步，往第一步得到的AP和铜盐的混合体系中加入5mL含0.0163g NaOH的NaOH乙醇溶液，超声搅拌使反应完全。 [0034] 第三步，将第二步所得混合体系静置老化0.5h； [0035] 第四步，将第三步得到的产品过滤，用乙醇洗涤，60℃下0.5h，得到纳米Cu(OH)2/AP复合粒子产品。 [0036] 实施实例3： [0037] 第一步：将1g AP(平均粒径64μm)和0.035g CuCl2·2H2O分散在20mL乙酸乙酯中，超声搅拌形成AP和铜盐的混合体系； [0038] 第二步，往第一步得到的AP和铜盐的混合液中加入0.5mL含0.0204g NaOH的NaOH水溶液，超声搅拌使反应完全。 [0039] 第三步，将第二步所得混合体系静置老化0.5h； [0040] 第四步，将第三步得到的产品过滤，用乙酸乙酯洗涤，80℃下0.5h，得到纳米Cu(OH)2/AP复合粒子产品。 [0041] 实施实例4： [0042] 第一步：将1g AP(平均粒径167μm)和0.0509g CuSO4·5H2O分散在20mL乙醇中，超声搅拌形成AP和铜盐的混合体系； [0043] 第二步，往第一步得到的AP和铜盐的混合体系中加入5mL含0.0245g NaOH的NaOH乙醇溶液，超声搅拌使反应完全。 [0044] 第三步，将第二步所得混合体系静置老化1h； [0045] 第四步，将第三步得到的产品过滤，用乙醇洗涤，50℃下0.5h，得到纳米Cu(OH)2/AP复合粒子产品。 [0046] 表征测试：将实施例1所得的蓝色的纳米Cu(OH)2/AP复合粒子进行XRD表征，分析表明纳米Cu(OH)2的存在。其中实施例1中AP原料和纳米Cu(OH)2/AP复合粒子的XRD谱图如图1所示。 [0047] 图2和图3分别为实施例1中AP原料和纳米Cu(OH)2/AP复合粒子的SEM图和DSC曲线。从图2中可以看出，经过超声辅助-化学液相沉积法可以得到纳米Cu(OH)2/AP(壳/核)复合粒子，纳米Cu(OH)2较均匀地分布在AP粒子的表面。从图3可以看出，1％含量的纳米Cu(OH)2对AP具有良好的催化效果，可使AP的高温分解峰温提前77.5℃，即从441.3℃提前至363.8℃，表明对于纳米Cu(OH)2/AP复合粒子，其中的纳米Cu(OH)2对AP具有较好的催化效果。本发明所制得纳米Cu(OH)2/AP复合粒子分散性好，纳米Cu(OH)2能够较均匀地分散在AP粒子的表面，可有效解决纳米燃速催化剂与AP复合过程中存在的团聚、催化活性不高等缺点。 |
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