CN101642710B

CN101642710B - 一种Cu2O-Bi2O3/碳纳米管复合粉体及其制备方法

Info

Publication number: CN101642710B
Application number: CN2008101427776A
Authority: CN
Inventors: 洪伟良; 赵凤起; 张金霞; 刘剑洪; 仪建华; 高茵
Original assignee: Shenzhen University
Current assignee: Shenzhen University
Priority date: 2008-08-04
Filing date: 2008-08-04
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2028-08-04
Also published as: CN101642710A

Abstract

一种Cu₂O-Bi₂O₃/碳纳米管复合粉体及其制备方法，Cu₂O-Bi₂O₃/碳纳米管复合粉体的组分为：Cu₂O、Bi₂O₃和多壁碳纳米管(MWCNT)，其重量配比为：Cu₂O-Bi₂O₃：40～60％(其中Cu₂O：20～40％；Bi₂O₃：20～40％)，粒径为10～20nm；MWCNT：40～60％；其制备方法是将多壁碳纳米管纯化、表面氧化改性，然后加入到化学计量的铋盐和铜盐溶液中，超声分散、搅拌、静置、碱化沉积、洗涤、过滤、灼烧等工序制得。本发明制得的Cu₂O-Bi₂O₃/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优良的催化效果，无毒、无污染，是一种环境友好型燃烧催化剂。

Description

一种Cu2O-Bi2O3/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Cu₂O-Bi₂O₃/碳纳米管复合粉体及其制备方法。Cu₂O-Bi₂O₃/碳纳米管复合粉体可作为固体推进剂的环境友好型燃烧催化剂。

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，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，研制低特征信号、环境友好型的高性能推进剂是重要发展方向，相应地需要开发无毒或低毒性、无污染、高效的新型燃速催化剂，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，可将无毒性或低毒性金属化合物与碳纳米管复合可制备成环境友好型复合催化剂。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。由于碳纳米管是由碳元素组成，燃烧后不会产生有毒有害气体，因此对环境不会造成污染，同时负载的金属氧化物又能与碳纳米管的催化性能“互补”，促进金属氧化物的催化作用。

铋是一种无毒的元素，铜是一种低毒元素，它们对双基系推进剂的燃烧都有较好的催化作用。将Bi₂O₃和Cu₂O在纳米尺度上复合，它们的催化性能可“互补”，产生强的“协同效应”，可显著提高其催化效果，并可通过改变Bi₂O₃和Cu₂O的比例来优化催化性能。因此，开发Cu₂O-Bi₂O₃/碳纳米管负载型复合燃速催化剂可为固体推进剂提供环境友好型的高效燃烧催化剂。

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的燃烧催化剂的Cu₂O-Bi₂O₃/碳纳米管复合粉体。

本发明的另一个目的是提供Cu₂O-Bi₂O₃/碳纳米管复合粉体的制备方法。

本发明提供一种Cu₂O-Bi₂O₃/碳纳米管复合粉体，其组分为：Cu₂O、Bi₂O₃和多壁碳纳米管，各种组分的含量按重量百分比计算为：Cu₂O：20～40％，Bi₂O₃：20～40％，多壁碳纳米管：40～60％。

所述Cu₂O-Bi₂O₃/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Cu₂O-Bi₂O₃复合粒子的粒径为10～20nm。

本发明的Cu₂O-Bi₂O₃/碳纳米管复合粉体的制备方法，按以下次序的几个步骤进行：(1)多壁碳纳米管用盐酸浸泡12～20小时进行纯化；(2)经纯化的多壁碳纳米管用1体积浓硝酸和3体积浓硫酸混合成的混酸在60～90℃下氧化1～2小时；(3)将一定比例的可溶性铋盐和可溶性铜盐溶于蒸馏水中并加入适量的稀硝酸配制成透明的混合溶液；(4)在铋盐和铜盐的混合溶液中加入一定比例的经纯化和氧化的多壁碳纳米管，搅拌加超声分散30分钟；(5)在室温下搅拌4～6小时，然后静置4～5小时；(6)在搅拌下滴入2.5wt％氨水，调节溶液的pH值至7.5～8.5，然后静置4～6小时；(7)抽滤、洗涤、干燥；(8)在氮气保护下，300～450℃煅烧2小时，即可制得Cu₂O-Bi₂O₃/碳纳米管复合粉体。所述的所用可溶性铋盐为：硝酸铋；可溶性铜盐为：硝酸铜、醋酸铜。

本发明Cu₂O-Bi₂O₃/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优良的催化效果，无毒，无污染。

附图说明

图1为实施案例1后得到的Cu₂O-Bi₂O₃/碳纳米管的X射线衍射图，图中a为预处理后碳纳米管的X射线衍射结果；图中b为Cu₂O-Bi₂O₃/碳纳米管复合粉体的X射线衍射结果，与PDF卡片对照：负载物主要为三氧化二铋(PDF卡片65-1209)和氧化亚铜(PDF卡片65-3288)。

图2为实施案例1后得到的Cu₂O-Bi₂O₃/碳纳米管的透射电镜照片，从透射电镜照片中可以看出，负载在碳纳米管表面的纳米Cu₂O-Bi₂O₃为球形粒子，平均粒径约16nm。

图3为实施案例1后得到的Cu₂O-Bi₂O₃/碳纳米管复合粉体的EDS能谱图，EDS谱出现C、O、Bi、Cu等四种元素，说明产物仅含有C、O、Bi、Cu四种元素。

具体实施方式

本发明Cu₂O-Bi₂O₃/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0.400g的多壁碳纳米管置于圆底烧瓶中，加入混酸(浓硝酸∶浓硫酸＝1∶3)，在70℃温度下恒温回流1小时，冷却，洗涤，过滤，干燥、研碎。

(2)称取0.370g的五水硝酸铋于圆底烧瓶中，加入30ml 1.0mol/L硝酸，超声溶解。称取0.600g的三水硝酸铜于圆底烧瓶中，超声溶解。将铋盐溶液和铜盐溶液混合均匀，加入0.300g经步骤(1)氧化处理的多壁碳纳米管，超声分散均匀，在室温下恒温搅拌5小时，然后静置5小时。在搅拌下滴入1mol/L氢氧化钠至pH值为7.8，然后静置5小时。抽滤，分别用蒸馏水、乙醇加超声波对产物洗涤2次和1次，60℃下干燥，在氮气保护下350℃灼烧2小时，即可制得CuO-Bi₂O₃/碳纳米管复合粉体。用原子光谱分析得产物中Bi元素的含量按重量百分比计算为：22.0％，Cu元素的含量为：22.5％；折算得到含Bi₂O₃为：24.5％，含Cu₂O为：25.3％。

实施例2

(1)称取0.400g的多壁碳纳米管置于圆底烧瓶中，加入混酸(浓硝酸∶浓硫酸＝1∶3)，在70℃温度下恒温回流1小时，冷却，水洗，过滤，干燥、研碎。

(2)称取0.550g的五水硝酸铋于圆底烧瓶中，加入40ml 1mol/L硝酸，超声溶解成透明澄清的溶液。称取0.900g的硝酸铜于圆底烧瓶中，超声溶解。将铋盐溶液和铜盐溶液混合均匀，加入0.300g经步骤(1)氧化处理的多壁碳纳米管，超声分散均匀，在室温下搅拌5小时，然后静置6小时。在搅拌下滴入1mol/L氢氧化钠至pH值为8.0，然后静置5小时。抽滤，分别用蒸馏水、乙醇加超声波对产物洗涤2次和1次，60℃下干燥，在氮气保护下350℃灼烧2小时，即可制得Cu₂O-Bi₂O₃/碳纳米管复合粉体。用原子光谱分析得产物中Bi元素的含量按重量百分比计算为：25.7％，Cu元素的含量为：26.3％；折算得到含Bi₂O₃为：28.7％，含Cu₂O为：29.6％。

Claims

1.一种Cu₂O-Bi₂O₃/碳纳米管复合粉体，其特征为：Cu₂O-Bi₂O₃/碳纳米管复合粉体的组分为：Cu₂O、Bi₂O₃和多壁碳纳米管，各种组分的含量按质量百分比计算为：Cu₂O：20～40％，Bi₂O₃：20～40％，多壁碳纳米管：40～60％。

2.根据权利要求1所述的Cu₂O-Bi₂O₃/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Cu₂O-Bi₂O₃复合粒子的粒径为10～20nm。

3.权利要求1或2所述Cu₂O-Bi₂O₃/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12～20小时进行纯化；(2)经纯化的多壁碳纳米管用1体积浓硝酸和3体积浓硫酸混合成的混酸在60～90℃下氧化1～2小时；(3)将一定比例的可溶性铋盐和可溶性铜盐溶于蒸馏水中并加入适量的稀硝酸配制成透明的混合溶液；(4)在铋盐和铜盐的混合溶液中加入一定比例的经纯化和氧化的多壁碳纳米管，搅拌加超声分散30分钟；(5)在室温下搅拌4～6小时，然后静置4～5小时；(6)在搅拌下滴入2.5wt％氨水，调节溶液的pH值至

7.5～8.5，然后静置4～6小时；(7)抽滤、洗涤、干燥；(8)在氮气保护下，300～450℃煅烧2小时，即可制得Cu₂O-Bi₂O₃/碳纳米管复合粉体。

4.根据权利要求3所述Cu₂O-Bi₂O₃/碳纳米管复合粉体的制备方法，其特征在于：所用可溶性铋盐为：硝酸铋；可溶性铜盐为：硝酸铜、醋酸铜。