CN101440008A

CN101440008A - 一种氧化铅/碳纳米管复合粉体及其制备方法

Info

Publication number: CN101440008A
Application number: CNA2007101245970A
Authority: CN
Inventors: 洪伟良; 刘翔; 赵凤起; 刘剑洪; 仪建华; 徐司雨; 高茵
Original assignee: Shenzhen University
Current assignee: Shenzhen University
Priority date: 2007-11-23
Filing date: 2007-11-23
Publication date: 2009-05-27

Abstract

一种氧化铅/碳纳米管复合粉体及其制备方法，氧化铅/碳纳米管复合粉体的组分为：PbO和多壁碳纳米管(MWCNT)，其重量百分比为：PbO：30～60％，PbO的粒径为15～35nm。其制备方法是将多壁碳纳米管纯化和表面氧化改性，然后加入到化学计量的铅盐溶液中，超声分散、搅拌、静置、碱化、洗涤、过滤、灼烧等工序制得。本发明制得的氧化铅/碳纳米管复合粉体作为燃烧催化剂对双基或改性双基推进剂的燃烧具有很高的催化效果。

Description

一种氧化铅/碳纳米管复合粉体及其制备方法

技术领域

本发明涉及的是一种氧化铅/碳纳米管复合粉体及其制备方法。氧化铅/碳纳米管复合粉体可作为固体推进剂的燃烧催化剂。

技术背景

双基推进剂和改性双基推进剂是火箭和导弹所用的一类高能燃料。由于其燃速偏低，压强指数较高，实际使用时需要加入燃烧催化剂来改善其燃烧性能。随着导弹技术的发展，需要开发新型燃速催化剂，来满足发展新型固体推进剂的需要。

碳纳米管由于具有巨大的比表面积和空腔结构，且其表面及边缘又存在结构缺陷，使其具有独特的催化性能和吸附性质，既是一种特殊的催化剂，又是一种优良的催化剂载体。作为催化剂载体，可将金属或金属氧化物与碳纳米管复合可制备成复合催化剂。碳纳米管起着催化剂和载体的双重作用，催化剂以纳米粒子形式高度分散在碳纳米管的管壁上，碳纳米管作为“碳骨架”，可阻止金属或金属氧化物纳米粒子间的相互团聚，可充分发挥纳米粒子的高效催化作用。同时又能与碳纳米管的催化性能“互补”，从而产生强的“协同效应”，其催化效果将优于纯的纳米金属氧化物催化剂。

氧化铅是一种对双基系推进剂的燃烧具有优良催化效果的燃烧催化剂。因此，开发氧化铅/碳纳米管负载型复合燃速催化剂可为固体推进剂提供新型高效燃烧催化剂。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种用作双基或改性双基推进剂燃烧催化剂的氧化铅/碳纳米管复合粉体。

本发明的另一个目的是提供氧化铅/碳纳米管复合粉体的制备方法。

本发明提供一种氧化铅/碳纳米管复合粉体，其主要组分为：PbO和多壁碳纳米管(MWCNT)，各种组分的含量按重量百分比计算为：PbO：30～60％，MWCNT：40～70％。。

所述氧化铅/碳纳米管复合粉体中：所用的多壁碳纳米管的直径为60～90nm，长度为500～3000nm；负载在碳纳米管表面的PbO的粒径为10～35nm。

本发明氧化铅/碳纳米管复合粉体的制备方法，按以下次序的几个进行步骤：(1)多壁碳纳米管用盐酸浸泡15～24小时进行纯化；(2)经纯化的多壁碳纳米管用浓硝酸在100～140℃下氧化2～3小时；(3)将可溶性铅盐溶于蒸馏水中并加入适量的醋酸或稀硝酸配制成透明的溶液；(4)经纯化和氧化的多壁碳纳米管加入到乙醇-水混合溶剂中，加入十二烷基磺酸钠作分散剂，然后与铅盐溶液混合(碳纳米管与铅盐的质量比为1∶1～2.5)，超声分散；(5)在50～60℃温度下搅拌2～4小时，用氨水调节溶液的pH值至9.0～10.0，搅拌3～5小时；；(6)抽滤、洗涤、干燥；(7)在氮气保护下，250～400℃灼烧2小时，即可制得氧化铅/碳纳米管复合粉体。

所述的可溶性铅盐为：硝酸铅、醋酸铅。

本发明氧化铅/碳纳米管复合粉体作为燃烧催化剂对双基或改性双基推进剂的燃烧具有很高的催化效果。例如，能使某双基推进剂的低压下燃速显著提高，压强指数下降。

附图说明

图1为实施案例1后得到的氧化铅/碳纳米管的透射电镜照片，从图中我们可以看出，负载在碳纳米管表面的PbO有些以无定型状态包覆在碳纳米管表面，有些以棒状粒子负载在碳纳米管表面，平均粒径约为25nm。

图2为实施案例1后得到的氧化铅/碳纳米管复合粉体的EDS能谱图，EDS谱出现C、O、Pb、Cu等四种元素，其中Cu元素是来自测试用的铜网，说明产物仅含有C、O、Pb三种元素。

具体实施方式

本发明氧化铅/碳纳米管复合粉体燃烧催化剂的具体制备方法由以下实施例详细给出。

实施例1

(1)称取0.3g的多壁碳纳米管置于圆底烧瓶中，加入20ml的浓盐酸浸泡22小时，经过滤、洗涤后，加入浓硝酸40ml，在100℃温度下恒温回流2小时，冷却，过滤，干燥、研碎。

(2)称取0.65g的三水醋酸铅置于圆底烧瓶中，加入40ml蒸馏水，加入5ml冰醋酸，溶解成透明澄清的溶液。

(3)在乙醇-水混合溶剂中，加入十二烷基磺酸钠作分散剂，加入经步骤(1)氧化处理的多壁碳纳米管，超声使其分散均匀。然后与步骤(2)配置的醋酸铅溶液混合，超声使其混合均匀，在50℃下搅拌3小时。然后用氨水调节溶液的pH值至9.45，搅拌4小时。抽滤，用蒸馏水、乙醇加超声波对产物分别洗涤2次和1次，60℃下干燥，在氮气保护下，250℃灼烧2小时，即可制得氧化铅/碳纳米管复合粉体。

用EDS谱测定得产物仅含有C、O、Pb三种元素(见附图2)。用XRD谱分析得产物为PbO和多壁碳纳米管(MWCNT)的复合物，PbO为斜方晶系结构；用原子光谱分析得产物中Pb²⁺的含量按重量百分比计算为：48.2％，折算得到含PbO为：51.8％。TEM观察显示，产物中的PbO有些以无定型状态包覆在碳纳米管表面，有些以棒状粒子负载在碳纳米管表面，平均粒径约为25nm(见附图1)。

实施例2

(1)称取0.3g的多壁碳纳米管置于圆底烧瓶中，加入20ml的浓盐酸浸泡24小时，经过滤、洗涤后，加入浓硝酸40ml，在100℃温度下恒温回流2小时，冷却，过滤，干燥、研碎。

(2)称取0.55克的三水醋酸铅置于圆底烧瓶中，加入40ml蒸馏水，加入5ml冰醋酸，溶解成透明澄清的溶液。

所得产物中PbO的平均粒径为23nm，含PbO量为：40.6％。

Claims

1、一种氧化铅/碳纳米管复合粉体，其特征为：氧化铅/碳纳米管复合粉体的主要组分为：PbO和多壁碳纳米管(MWCNT)，各种组分的含量按重量％计算为：PbO：30～60％，MWCNT：40～70％。

2、根据权利要求1所述的氧化铅/碳纳米管复合粉体，其特征在于：所用的多壁碳纳米管的直径为60～90nm，长度为500～3000nm；负载在碳纳米管表面的PbO的粒径为10～35nm。

3、权利要求1或2所述氧化铅/碳纳米管复合粉体的制备方法，按以下步骤进行：(1)多壁碳纳米管用盐酸浸泡15～24小时进行纯化；(2)经纯化的多壁碳纳米管用浓硝酸在100～140℃下氧化2～3小时；(3)将可溶性铅盐溶于蒸馏水中并加入适量的醋酸或稀硝酸配制成透明的溶液；(4)经纯化和氧化的多壁碳纳米管加入到乙醇-水混合溶剂中，加入十二烷基磺酸钠作分散剂，然后与铅盐溶液混合(碳纳米管与铅盐的质量比为1∶1～2.5)，超声分散；(5)在50～60℃温度下搅拌2～4小时，用氨水调节溶液的pH值至9.0～10.0，搅拌3～5小时；；(6)抽滤、洗涤、干燥；(7)在氮气保护下，250～400℃灼烧2小时，即可制得氧化铅/碳纳米管复合粉体。

4、根据权利要求3所述氧化铅/碳纳米管复合粉体的制备方法，其特征在于：所用可溶性铅盐为：硝酸铅、醋酸铅。