【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于固体推进剂，具体涉及一种碳纳米管填充过渡金属配位聚合物复合燃速催化剂。
技术介绍
1、固体推进剂是弹道导弹、火药武器和空间飞行器等的主要动力源，是含能材料的重要组成部分，是由黏合剂、氧化剂、燃速催化剂、增塑剂、安定剂和防老剂各种功能助剂组成的。固体推进剂通过燃烧释放出本身所具有的化学潜能，通过火箭发动机转化为做功的动能，因此燃烧性能和能量水平是衡量其性能的两项主要指标,其中，燃烧性能决定了固体推进剂的能量释放速率、效率及稳定性，与火箭武器的作战效能密切相关。燃速催化剂是调节固体推进剂燃烧特性的功能性材料，主要种类包括：无机、有机的金属氧化物和金属复合物、二茂铁及其衍生物和碳基材料的金属复合物等，向推进剂配方中引入燃烧催化剂可以有效调节推进剂的燃烧性能，其在燃烧催化过程中以化学的方式改变推进剂燃速，主要作用为：降低受压力、温度影响的敏感程度；提高燃烧稳定性；提高固体推进剂的能量释放；调节推进剂燃烧速度。随着研究的深入，燃速催化剂的选择和使用成为配方研究的技术关键，也是固体推进剂配方中不可或缺的功能组分。
2、碳纳米管具有比表面积大、电子性能好、稳定性高、力学性能和热力学性能好等优点，是一种新型多孔材料。其大的空腔结构和比表面积，可以为催化反应提供大量的活性位点，具有良好的燃烧催化性能。将无机金属配合物及其氧化物等物质填充进碳纳米管中，可以有效地改善碳纳米管的传导性能、力学性能和燃速催化性能等。同时发现，过渡系列金属由于有不完全填充的d轨道，能够非常轻松的从其他分子中提供和接受电子对，是极好的催化剂，将其或
3、近年来，关于碳纳米管填充问题在燃烧催化领域得到了很多的关注和研究。许锐哲等(xur,yang l,fang h,et al.copper complexes in carbon nanotubes ascatalysts for thermal decomposition of energetic oxidizers[j].acs appliednano materials,2022,5(10):14942-14953.)将7种铜配合物cul2(cu(sal)2、cuc2o4、cu(no3)2·3h2o、cu(acac)2、[cu(tmeda)2](no3)2、[cu(mim)4](dca)2、[cu(nmim)4](dca)2)通过超声处理分别封装进碳纳米管空腔中，最终得到碳纳米管填充铜配合物纳米复合燃速催化剂。此外，还评估了这些纳米复合材料在高氯酸铵(ap)和环三亚甲基三硝铵(rdx)热分解中的燃烧催化性能，dsc结果表明，向ap中添加质量分数为5％的cu(acac)2@cnts可以使ap的表观分解热从746.53j·g-1增至2194.58j·g-1，峰值温度提前至313.8℃，ap的两个分解阶段呈现明显集中放热现象；向rdx中添加质量分数为5％的[cu(nmim)4](dca)2@cnts和[cu(tmeda)2](no3)2@cnts，可以使rdx的表观分解热分别由287.81j·g-1增至345.89j·g-1和1000.71j·g-1，热分解峰温从236.3℃分别提前到219.1℃和236.1℃。但是所合成的纳米复合燃速催化剂在提升表观放热量上与纯碳纳米管相比还有待提升。王娇等(wang j,mi z,lu c,etal.preparation of carbon nanotube-filledbismuth/tingreennanocompositesandtheir efficientcatalytic activity in the thermal decomposition of ammoniumperchlorate[j].surfaces and interfaces,2024,45:103866.)报道了一种简单的超声辅助的方法，将铋/锡化合物引入碳纳米管的内腔中得到碳纳米管填充铋/锡化合物纳米复合燃速催化剂，电化学性能研究表明铋/锡化合物的引入增加了碳纳米管的催化活性位点，有效地抑制了纳米粒子的团聚，催化ap热分解性能评价结果表明，向ap中添加质量分数为5％的bi(no3)3@cnts和dbt@cnts(dbt为二氯化二丁基锡)有明显的催化效果，使得ap的高温分解峰分别提前到了328.9℃和325.9℃，表观分解热从976.42j·g-1分别增加到了2251.2j·g-1和2452.03j·g-1。虽然引入绿色的铋/锡化合物封装进碳纳米管在一定程度上可以使得ap的表观分解热增加，但所合成的纳米复合燃速催化剂在提前分解峰温上还有待提升。
4、由此可见，碳纳米管填充金属化合物纳米复合材料因其独特的限域效应和协同催化效应在燃烧领域起到了明显的催化效果，现有技术是将简单的金属化合物溶解在溶剂中通过溶剂介质填充进入碳纳米管内腔中，而金属配位聚合物一般不溶解于常见溶剂中，无法直接填充进入碳纳米管中的空腔中。由于金属配位聚合物在类分子筛、催化、非线性光学、磁性材料以及传感器等方面具有广泛的潜在应用前景，配位聚合物的研究得到了蓬勃的发展，在火药领域，配位聚合物展现出的多功能化具有潜在的发展前景。因此，将可溶性的金属盐与配体的混合液填充进入碳纳米管内腔中再进一步在管腔中形成不可溶性的金属配位聚合物所制备的新型复合燃速催化剂在燃烧催化领域也将成为潜在的发展方向之一。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种制备简单、可大量生产的碳纳米管填充过渡金属配位聚合物复合燃速催化剂，利用超声作用将可溶性的过渡金属盐与配体的混合液填充进入碳纳米管内腔中，并且通过简单的一步溶剂热反应使其在碳纳米管管腔内部进一步生成了不可溶性的配位聚合物，最终得到所述的复合燃速催化剂。
2、本专利技术提供的碳纳米管填充过渡金属配位聚合物复合燃速催化剂由下述方法制备得到：将氧化碳纳米管加入到过渡金属硝酸盐和2-硝基对苯二甲酸、溶剂的混合液中，超声处理后抽滤洗涤至滤液无色，将所得黑色滤饼均匀分散在溶剂中，随后转入高压水热釜中进行溶剂热反应，在碳纳米管内腔中形成不可溶的配位聚合物，所得黑色沉淀经离心、抽滤洗涤、真空干燥，得到所述复合燃速催化剂。
3、进一步，上述氧化碳纳米管是混酸处理过的管径为4～6nm且两端开口的氧化碳纳米管。
4、进一步，优选上述混合液中过渡金属硝酸盐的浓度为5～15mg/ml，过渡金属硝酸盐与2-硝基对苯二甲酸的摩尔比为1：1.5～2.5，氧化碳纳米管与过渡金属硝酸盐的质量比为1:2～5。其中，所述过渡金属硝酸盐为cu(no3)2·3h2o、co(no3)2·6h2o、fe(no3)3·9h2o、ni(no3)2·6h2o中任意一种。
5、进一步，上述溶剂为n,n-二甲基甲酰胺、无水乙醇和去离子水体积比为10～20:1:1的混合物。
6、进一步，上述超声处理的温度为20～30℃、时间为5～10h、超声功率为700～800w。
7、进一步，上述本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种碳纳米管填充过渡金属配位聚合物复合燃速催化剂，其特征在于：将氧化碳纳米管加入到过渡金属硝酸盐和2-硝基对苯二甲酸、溶剂的混合液中，超声处理后抽滤洗涤至滤液无色，将所得黑色滤饼均匀分散在溶剂中，随后转入高压水热釜中进行溶剂热反应，在碳纳米管内腔中形成不可溶的配位聚合物，所得黑色沉淀经离心、抽滤洗涤、真空干燥，得到所述复合燃速催化剂。
2.根据权利要求1所述的碳纳米管填充过渡金属配位聚合物复合燃速催化剂，其特征在于：所述氧化碳纳米管是混酸处理过的管径为4～6nm且两端开口的氧化碳纳米管。
3.根据权利要求1所述的碳纳米管填充过渡金属配位聚合物复合燃速催化剂，其特征在于：所述混合液中过渡金属硝酸盐的浓度为5～15mg/mL，过渡金属硝酸盐与2-硝基对苯二甲酸的摩尔比为1:1.5～2.5。
4.根据权利要求3所述的碳纳米管填充过渡金属配位聚合物复合燃速催化剂，其特征在于：所述氧化碳纳米管与过渡金属硝酸盐的质量比为1:2～5。
5.根据权利要求1或3或4所述的碳纳米管填充过渡金属配位聚合物复合燃速催化剂，其特征在于：所述过渡金属硝酸盐
6.根据权利要求1所述的碳纳米管填充过渡金属配位聚合物复合燃速催化剂，其特征在于：所述溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、无水乙醇和去离子水体积比为10～20:1:1的混合物。
7.根据权利要求1所述的碳纳米管填充过渡金属配位聚合物复合燃速催化剂，其特征在于：所述超声处理的温度为20～30℃、时间为5～10h、超声功率为700～800W。
8.根据权利要求1所述的碳纳米管填充过渡金属配位聚合物复合燃速催化剂，其特征在于：所述溶剂热反应的温度为80～120℃、时间为5～20h。
9.根据权利要求1所述的碳纳米管填充过渡金属配位聚合物复合燃速催化剂，其特征在于：所述真空干燥的温度为60～80℃、时间为3～10h。
...【技术特征摘要】
1.一种碳纳米管填充过渡金属配位聚合物复合燃速催化剂，其特征在于：将氧化碳纳米管加入到过渡金属硝酸盐和2-硝基对苯二甲酸、溶剂的混合液中，超声处理后抽滤洗涤至滤液无色，将所得黑色滤饼均匀分散在溶剂中，随后转入高压水热釜中进行溶剂热反应，在碳纳米管内腔中形成不可溶的配位聚合物，所得黑色沉淀经离心、抽滤洗涤、真空干燥，得到所述复合燃速催化剂。
2.根据权利要求1所述的碳纳米管填充过渡金属配位聚合物复合燃速催化剂，其特征在于：所述氧化碳纳米管是混酸处理过的管径为4～6nm且两端开口的氧化碳纳米管。
3.根据权利要求1所述的碳纳米管填充过渡金属配位聚合物复合燃速催化剂，其特征在于：所述混合液中过渡金属硝酸盐的浓度为5～15mg/ml，过渡金属硝酸盐与2-硝基对苯二甲酸的摩尔比为1:1.5～2.5。
4.根据权利要求3所述的碳纳米管填充过渡金属配位聚合物复合燃速催化剂，其特征在于：所述氧化碳纳米管与过渡金属硝酸盐的质量比为1:2～5。
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【专利技术属性】
技术研发人员：张国防，王艺，韩振华，刘海龙，米之元，鲁彩红，王娇，张佳媛，刘振龙，
申请(专利权)人：陕西师范大学，
类型：发明
国别省市：
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