的制備方法及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于自組裝型納米復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于固體推進(jìn)劑的新型燃燒催化劑自組裝GO-Bi2WO6的制備和用途。
【背景技術(shù)】
[0002]推進(jìn)劑是軍事和航天技術(shù)的重要研究領(lǐng)域。目前固體推進(jìn)劑向著高能、鈍感、低特征信號(hào)、環(huán)保等方向發(fā)展。RDX和HMX是固體推進(jìn)劑中最常見(jiàn)到的氧化劑，它們的熱分解性能對(duì)推進(jìn)劑燃燒行為起著關(guān)鍵作用:二者的熱分解溫度和表觀活化能越低，推進(jìn)劑的點(diǎn)火滯后時(shí)間越短，燃燒速率越高。過(guò)去，研究者們一直致力于開(kāi)發(fā)單一金屬氧化物(如Fe2O3, CuO，N1和Co3O4等)作為燃燒催化劑。但兩種或兩種以上不同金屬的復(fù)合氧化物做催化劑，不同金屬氧化物的性能互補(bǔ)，將產(chǎn)生“協(xié)同效應(yīng)”，可產(chǎn)生更好的催化效果。國(guó)內(nèi)外相繼出現(xiàn)了Bi2O3.SnO2XuFe2O4等納米金屬?gòu)?fù)合氧化物作為燃燒催化劑的文獻(xiàn)報(bào)道，研究發(fā)現(xiàn)其效果不但優(yōu)于單一金屬氧化物的催化劑，也比兩種催化劑的簡(jiǎn)單混合的效果有明顯的提高。
[0003]Bi2WO6,作為一種最簡(jiǎn)單的層狀鈣鈦礦復(fù)合金屬氧化物，具有其穩(wěn)定的骨架結(jié)構(gòu)和良好的化學(xué)穩(wěn)定性。由于其潛在的催化應(yīng)用價(jià)值，近年來(lái)受到越來(lái)越多的科研工作者的青睞。發(fā)明人實(shí)驗(yàn)組設(shè)計(jì)合成出Bi2WO6納米顆粒，并通過(guò)調(diào)整反應(yīng)條件控制其形貌大小。在進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，Bi2WO6不僅能夠極大的提高雙基/改性雙基推進(jìn)劑的燃速，降低壓力指數(shù)，而且在16-22MPa之間形成“平臺(tái)效應(yīng)”。然而，由于納米粒子極小的尺寸和相對(duì)較高的表面能，在實(shí)際使用中不可避免地存在團(tuán)聚的問(wèn)題，從而使其催化性能大大降低。因此如何分散這些納米材料，充分發(fā)揮其優(yōu)良的催化性能成為一大難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的之一是提供納米復(fù)合材料GO-Bi2WO6的制備方法。
[0005]本發(fā)明的制備方法包括:將PH為3?5的Bi2WO6納米顆粒懸浮液與GO溶液混勻、沉淀，所得沉淀物為G0-Bi2W06納米復(fù)合材料。
[0006]進(jìn)一步，Bi2WO6與GO的質(zhì)量比為9:1。
[0007]進(jìn)一步，Bi2W06納米顆粒的粒徑為40?60nm。
[0008]本發(fā)明的目的之二是提供上述方法制備的GO-Bi2WO6作為含能材料RDX熱分解催化劑的應(yīng)用。
[0009]本發(fā)明的目的之三是提供上述方法制備的GO-Bi2WO6作為含能材料HMX熱分解催化劑的應(yīng)用。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與積極效果如下:
[0011 ] (I)本發(fā)明制得的自組裝型納米復(fù)合材料GO-Bi2WO6中，G0呈2_3nm的透明超薄層，包裹在約50nm的Bi2WO6納米顆粒表面，極大地抑制了納米粒子的團(tuán)聚，增大了比表面積，充分發(fā)揮了兩者的協(xié)同催化效應(yīng)。
[0012](2)本發(fā)明合成方法簡(jiǎn)單、有效，且對(duì)環(huán)境良好、易于工業(yè)化生產(chǎn);本發(fā)明合成得到的G O - B i 2 W O 6是一類新型催化劑，對(duì)含能材料R D X、H M X熱分解的催化效果優(yōu)于單組分的Bi2WO6和G0，可作為固體推進(jìn)劑的燃燒催化劑，實(shí)現(xiàn)固體推進(jìn)劑的快速穩(wěn)態(tài)燃燒，降低壓力指數(shù)。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為實(shí)施例1的GO-Bi2WO6的XRD曲線圖；
[0014]圖2為實(shí)施例1的GO-Bi2TO6的SEM圖；
[0015]圖3為實(shí)施例1的GO-Bi2TO6的Raman曲線圖；
[0016]圖4為實(shí)施例2的在不同催化劑存在下RDX熱分解的DSC曲線圖；
[0017]圖5為實(shí)施例3的在不同催化劑存在下HMX熱分解的DSC曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]氧化石墨稀(Graphene Oxide，簡(jiǎn)稱GO)是石墨稀的一類衍生物，結(jié)構(gòu)與石墨稀相同，但是在二維基面和邊緣存在大量的官能團(tuán)，如羧基、羥基、環(huán)氧基等，表面的羥基和酚式羧基基團(tuán)使得其帶負(fù)電荷，因而更易于通過(guò)非共價(jià)鍵與納米粒子復(fù)合;另一方面，二維GO薄層具有很好的彈性、延展性和比表面，特別適合包裹納米粒子，從而抑制了納米粒子的團(tuán)聚；而且，GO的超薄導(dǎo)電層結(jié)構(gòu)非常有利于電子和物質(zhì)的傳輸通過(guò)。由此可見(jiàn)，制備GO包裹型納米復(fù)合材料能夠大大提高納米粒子原有的催化活性。
[0019]本發(fā)明的制備方法中GO帶負(fù)電，Bi2WO6不溶于酸堿，引入H+使Bi2WO6帶正電，由于靜電力作用，帶負(fù)電的GO纏繞在帶正電Bi2WO6表面，自組裝成包裹型納米復(fù)合材料GO-Bi2WO6t3
[0020]以下是發(fā)明人提供的具體實(shí)施例，以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步解釋說(shuō)明。
[0021]實(shí)施例1:
[0022](I)將GO超聲分散于去離子水中，濃度為Img mL—S
[0023](2)取0.2g納米Bi2WO6同樣超聲分散于去離子水中30min制備納米Bi2WO6懸浮液，利用IM HCl調(diào)節(jié)納米Bi2WO6懸浮液pH=5 ；
[0024](3)取30mL步驟(I)中制得的GO溶液，加入到(2)中制備的懸浮液中，繼續(xù)超聲2h使其混合分散均勻；
[0025](4)經(jīng)過(guò)沉淀、過(guò)濾、洗滌、干燥，即得自組裝型納米復(fù)合材料GO-Bi2TO6t3
[0026]圖1為該實(shí)施例制得的GO-B i 2 WO6的XRD圖譜，結(jié)果表明:GO-B i 2 WO6的XRD曲線較純Bi2TO6(JCH)S 39-0256)并無(wú)明顯變化，說(shuō)明GO的石墨塊被剝離形成單層或多層超薄片，且Bi2TO6已嵌入到GO薄片中。
[0027]圖2為該實(shí)施例制得的GO-Bi2WO6的SEM(a，b)、TEM(c，d)圖，結(jié)果表明:GO呈2-3nm的透明超薄層，包裹在約50nm的M2WO6納米顆粒表面，極大地抑制了納米粒子的團(tuán)聚，增大了比表面積。
[0028]圖3為該實(shí)施例制得的GO-Bi2WO6的Raman圖譜，結(jié)果表明:GO-Bi2WO6的拉曼曲線圖中既出現(xiàn)了歸屬于GO的D帶(1335cm—O和G帶(1586cm—O，又有位于200?1000cm—1歸屬于Bi2TO6的特征峰。
[0029]實(shí)施例2:
[0030]由實(shí)施例1方法合成得到的自組裝型納米復(fù)合材料GO-Bi2WO6，與RDX以1:4的質(zhì)量比均勻混合，在升溫速率10°c條件下進(jìn)行DSC測(cè)定，得到圖4所示結(jié)果，純RDX分解峰溫分別為242.9°(:，表觀放熱量為7971 g—1，添加Bi2TO6、GO和GO-Bi2TO6后，RDX的分解峰溫分別降低了 1.7°C，17.1°C和34.4°C;放熱量分別升高到853J g-S978J g一1和1816J g—1。無(wú)論是降低RDX的最高分解溫度，還是增大表觀放熱量方面，GO-Bi2WO6都顯示出比G0、Bi2W06更高的催化活性。
[0031]實(shí)施例3:
[0032]由實(shí)施例1方法合成得到的自組裝型納米復(fù)合材料GO-Bi2WO6，與HMX以1:4的質(zhì)量比均勻混合，在升溫速率10°C條件下進(jìn)行DSC測(cè)定，得到圖5所示結(jié)果，純HMX分解峰溫分別為283.4°C，表觀放熱量為851J g—S添加Bi2W06、G0和GO-Bi2WO6后，HMX的分解峰溫分別降低了24.8°C，0.7°C和34.5°C，放熱量分別為 1232J g-S895J g—1 和 1497J g—L相比于G0、Bi2TO6 ,GO-Bi2WO6使HMX熱分解溫度降低最多，表觀放熱量也提高最大，催化效果突出。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種納米復(fù)合材料GO-Bi2WO6的制備方法，其特征在于，該制備方法包括:將PH為3?5的Bi2WO6納米顆粒懸浮液與GO溶液混勻、沉淀，所得沉淀物為GO-Bi2WO6納米復(fù)合材料。2.如權(quán)利要求1所述的納米復(fù)合材料GO-Bi2WO6的制備方法，其特征在于，Bi2WO6與GO的質(zhì)量比為9:1。3.如權(quán)利要求1所述的納米復(fù)合材料G0-Bi2W06的制備方法，其特征在于，Bi2W06納米顆粒的粒徑為40?60nm。4.權(quán)利要求1所述方法制備的GO-Bi2WO6作為含能材料RDX熱分解催化劑的應(yīng)用。5.權(quán)利要求1所述方法制備的GO-Bi2WO6作為含能材料HMX熱分解催化劑的應(yīng)用。
【專利摘要】本發(fā)明涉及納米復(fù)合材料GO?Bi2WO6的制備方法及其應(yīng)用。所涉及的方法包括：將PH為3～5的Bi2WO6納米顆粒懸浮液與GO溶液混勻、沉淀，所得沉淀物為GO?Bi2WO6納米復(fù)合材料。所涉及的應(yīng)用之一為方法制備的GO?Bi2WO6作為含能材料RDX熱分解催化劑的應(yīng)用。所涉及的應(yīng)用之二為方法制備的GO?Bi2WO6作為含能材料HMX熱分解催化劑的應(yīng)用。本發(fā)明制得的納米復(fù)合材料GO?Bi2WO6充分發(fā)揮了兩者的協(xié)同催化效應(yīng)；對(duì)含能材料RDX、HMX熱分解的催化效果優(yōu)于單組分的Bi2WO6和GO，可作為固體推進(jìn)劑的燃燒催化劑，實(shí)現(xiàn)固體推進(jìn)劑的快速穩(wěn)態(tài)燃燒，降低壓力指數(shù)。
【IPC分類】C06B23/00, B82Y40/00, B01J23/31, B82Y30/00
【公開(kāi)號(hào)】CN105709717
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610031503
【發(fā)明人】徐抗震, 張鈺, 肖立柏, 任兆玉, 宋紀(jì)蓉, 趙鳳起
【申請(qǐng)人】西北大學(xué)