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纳米氧化物的制备及其催化性能研究

马振叶  
【摘要】:固体推进剂是军事和航天技术的重要领域,一直为国内外研究者所重视。目前,高能和高燃速推进剂是最热门的研究方向。在提高固体推进剂燃速的众多方法中,采用纳米催化剂被认为是最有前途的方法之一。本研究在总装预研课题“固体推进剂用纳米材料的处理与应用研究”项目经费的资助下对纳米氧化物进行了研究。为了提高纳米氧化物对AP热分解的催化性能,采用对其进行表面改性、掺杂混合、与高氯酸铵(AP)直接复合等方法来进行研究。本文工作主要包括: 1.以Fe_2O_3为例,研究对纳米氧化物进行表面改性的方法,并分析了改性处理对纳米Fe_2O_3催化AP热分解的影响。该部分采用的表面改性方法主要包括以下3种: ● 在油相中制备纳米Fe_2O_3粒子同时用合适的表面活性剂对其进行表面改性;其中纳米Fe_2O_3粒子的制备方法选用两相体系法,表面活性剂选用油酸。 ● 首先在水相中制备纳米Fe_2O_3粒子,然后在油相中用合适的表面活性剂对其进行表面改性;其中纳米Fe_2O_3粒子的制备方法选用凝胶-溶胶法,表面活性剂选用醋酸。 ● 在水相中制备纳米Fe_2O_3粒子的同时选择合适的表面活性剂对其进行表面改性;其中纳米Fe_2O_3粒子的制备方法选用强迫水解法,表面活性剂分别选用油酸钠,十二烷基苯磺酸钠和硬脂酸。 结果表明,上述3种方法均可获得粒径小、分散性好的纳米Fe_2O_3粒子。表面改性处理能提高纳米Fe_2O_3粒子对AP热分解的催化性能。 2.对过渡金属氧化物(TMO)和稀土氧化物(REO)这两类常用的氧化物进行了掺杂混合,并研究了纳米混合氧化物对AP热分解的催化性能。主要內容包括: ● 在不同的掺杂混合比例下,将Fe_2O_3、CuO和Co_2O_3这3种TMO分别进行两两混合,并研究了纳米TMO/TMO混合氧化物对AP热分解的催化性能; ● 按1:1的质量比,将3种TMO(Fe_2O_3、CuO和Co_2O_3)与3种REO(CeO_2、Nd_2O_3和Y_2O_3)分别进行两两混合制得纳米TMO/REO混合氧化物,并研究了其对AP热分解的催化性能。 结果表明,两种氧化物混合后,其对AP热分解的催化效果表现为三种效应:正协同效应、无协同效应和负协同效应,主要取决于混合氧化物的成分与混合比例。 3.采用溶剂-非溶剂法制备了纳米氧化物/AP复合粒子,研究了复合粒子的热分解性能。其中选择的氧化物为TMO(Fe_2O_3,CuO,Co_2O_3)和REO(Nd_2O_3和Y_2O_3)。结果表明,制备以纳米氧化物为核、AP为壳的纳米复合粒子,可有效地解决纳米氧化物的分散性问题并提高其与AP的接触面积,进而提高纳米氧化物对AP热分解的催化性能。 4.以FeZO3为例,研究了将纳米氧化物与AP的复合处理对复合推进剂燃烧性能的影 响。结果表明,纳米FeZO:与妙的复合处理能有效提高复合推进剂的燃烧性能, 使复合推进剂的燃速提高,压力指数降低。 5.以Al粉为例,研究了金属添加剂与AP的复合处理对复合推进剂燃烧性能的影响。 结果表明,AI粉与”的复合处理能有效提高复合推进剂的热分解性能和燃烧性 能。此外,本文还研究了将FeZO3和Al粉都与AP复合处理对复合推进剂的燃烧 性能的影响,结果表明,将FeZO:和Al粉同时与AP复合处理后,复合推进剂的 燃速高于添加任何一种复合粒子的复合推进剂的燃速,但压力指数也增大。 关键词:纳米粒子,氧化物,催化剂,固体推进剂,高氯酸钱,铝粉,FeZO3,表面 改性,复合推进剂


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