Fe2O3@碳納米管的制備及其催化性能研究.pdf

1、固體推進(jìn)劑是固體發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力源材料，在航空航天和國防等領(lǐng)域有至關(guān)重要的作用，其燃燒性能直接影響固體發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，為了使固體發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定工作，推進(jìn)劑要具有燃速可調(diào)范圍寬和壓強(qiáng)指數(shù)低的燃燒特性。這種燃燒特性主要通過添加燃燒催化劑來實(shí)現(xiàn)。在固體推進(jìn)劑中，采用兩種或兩種以上的催化劑，催化劑之間的性能可以互補(bǔ)，催化效果會(huì)比一種催化劑的催化效果好。針對(duì)納米催化劑正向多元復(fù)合催化劑的發(fā)展趨勢(shì)，本文以氧化鐵(Fe2O3)和多壁碳納米管(MWCNTs)為代

2、表的催化劑為研究對(duì)象，利用碳納米管自身的毛細(xì)管力將納米Fe2O3粒子填充到碳納米管內(nèi)來制備氧化鐵填充碳納米管(Fe2O3@MWCNTs)復(fù)合催化劑，同時(shí)研究復(fù)合催化劑對(duì)氧化劑高氯酸銨的催化熱解作用。主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　1.Fe2O3@MWCNTs納米復(fù)合催化劑的制備:分別用固相熔融法、氣相沉淀法、液相沉淀法和溶液化學(xué)法探究了Fe2O3@MWCNTs復(fù)合催化劑的制備方法。研究表明只有溶液化學(xué)法能得到形貌好，填充率高的Fe2O3@

3、MWCNTs復(fù)合催化劑樣品。通過正交實(shí)驗(yàn)，獲得了溶液化學(xué)法制備Fe2O3@MWCNTs復(fù)合催化劑的最優(yōu)實(shí)驗(yàn)方案，具體條件為:物料比1∶4(MWCNTs∶Fe)，水浴鍋中磁力攪拌時(shí)間36小時(shí)，管式爐中的煅燒溫度400℃，保溫時(shí)間30分鐘。
　　2.Fe2O3@MWCNTs納米復(fù)合催化劑的表征:利用X-射線衍射(XRD)、同步熱分析儀(TG-DSC)、場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(SEM)和透射電鏡(TEM)對(duì)最優(yōu)條件下制備的樣品的形貌、晶體類型、

4、物質(zhì)狀態(tài)以及Fe2O3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行了表征和分析。結(jié)果表明，樣品主要含有MCNTs和Fe2O3兩種物質(zhì)，且具有良好的晶體結(jié)構(gòu)，較純凈，其中Fe2O3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25.79％;樣品中碳納米管表面平滑，碳納米管之間只有較少物質(zhì)存在;TEM圖片中可以明顯的看出大部分碳納米管內(nèi)部空腔都填充上了Fe2O3，視野內(nèi)填充的空腔體積約占總空腔體積的90％。
　　3.Fe2O3@MWCNTs納米復(fù)合催化劑對(duì)AP的熱催化性能研究:研究了不同添加量（1

5、％、2％、5％和10％）的Fe2O3@MWCNTs納米復(fù)合催化劑對(duì)AP熱分解的影響。測(cè)試結(jié)果表明，隨著催化劑添加量的增加AP高溫分解峰峰值溫度不斷降低;當(dāng)催化劑的添加量為5％時(shí)，AP分解的低溫放熱峰和高溫放熱峰相互重疊，放熱相對(duì)集中，放熱速率明顯加快，分解峰的峰值溫度為367℃，比純的AP的高溫放熱峰(455℃)提前了88℃，放熱量為362.4KJ/mol;當(dāng)催化劑的添加量為10％時(shí)，AP的放熱峰峰值溫度為339℃，放熱量最大，為356