碳基复合粒子的制备及其对高氯酸铵热分解催化性能研究

摘要

高氯酸铵(AP)是固体推进剂的重要组成部分，其性能的好坏与推进剂性能的优劣有密切关系。热分解性能是AP的一项重要指标，对AP热分解性能的改善，主要体现在降低分解温度、增加分解热以及加快热分解反应速率这三个方面。目前，利用催化剂对AP进行热催化分解是改善AP热性能的主要方法。
　　本文研究了碳材料以及基于碳材料的复合粒子作为催化剂对AP热分解性能的影响。结果显示，碳纳米管(CNTs)对AP的热分解过程具有催化作用，主要作用表现为弱化低温分解阶段、降低高温分解温度、增加表观分解热以及加快热分解速率。文中探究了改变CNTs参数条件(包括含量、长度、球磨处理以及酸化处理)对AP热催化分解的影响：随着CNTs含量的增加，AP的热分解温度持续降低，表观分解热呈先增大后减小的趋势；同管径的短CNTs具有较好的催化效果；低速球磨处理后的CNTs表现出更优异的催化性能；酸化处理后的CNTs催化作用加强。石墨烯(Graphene)同样表现出对AP热分解过程的催化作用，主要作用是使AP的低温分解阶段成为主要的分解阶段，而弱化了高温分解阶段，表观分解热量显著增加。比较分析CNTs与Graphene对AP不同的催化效果，造成两者的区别在于一维材料CNTs与二维材料Graphene之间结构和性能的不同。采用水热法制备Co/CNTs复合粒子，通过XRD、SEM和比表面积分析测试方法对Co/CNTs复合粒子进行了表征，当2wt.％的Co/CNTs对AP进行催化分解时，AP的低温分解峰消失，高温分解峰出现在305℃，较纯AP提前了128℃，表观分解热达到了1354 J/g，较纯AP增加了935 J/g，且AP热分解反应速率加快。Co/CNTs复合粒子对AP的热分解具有良好的催化效果。采用液相沉积法制备ZnO/Graphene复合粒子，通过XRD、SEM、TG和比表面积分析测试方法对ZnO/Graphene复合粒子进行表征，当2wt.%的ZnO/Graphene对AP进行催化分解时，AP的低温分解峰出现在270℃，高温分解峰出现在285℃，分别较纯AP提前了44℃和148℃，表观分解热为1270 J/g，较纯AP增加了851 J/g。ZnO/Graphene复合粒子表现出对AP优异的催化作用。机理分析认为，碳材料特殊的结构和良好的导热导电性能是催化AP热分解的关键，同时，碳材料的独特结构和导热导电性能能够进一步促进金属和金属氧化物催化剂对AP的热催化分解。

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第1章 绪论

1.1 课题背景及研究目的和意义

1.2 高氯酸铵简介

1.3 AP热分解反应的催化研究现状

1.4 基于碳材料的复合粒子的制备方法

1.5 本文主要研究内容

第2章 实验材料及方法

2.1 实验药品

2.2 实验仪器

2.3 实验流程

2.4 催化剂/AP复合物的制备

2.5 测试表征方法

2.6 催化热分解性能评价

第3章 碳材料对AP热分解性能的影响研究

3.1 引言

3.2 CNTs对AP热分解性能的影响研究

3.3 Graphene对AP热分解性能的影响研究

3.4 本章小结

第4章 基于碳材料的复合粒子对AP热分解性能的影响研究

4.1 引言

4.2 Co/CNTs的制备及其对AP热分解性能的研究

4.3 ZnO/Graphene复合粒子的制备及其对AP热分解性能的研究

4.4 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢