專利名稱：一種劍麻狀CuO-ZnO復(fù)合氧化物的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無機功能材料制備技術(shù)及高能固體推進劑技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種劍麻狀CuO-ZnO復(fù)合氧化物的制備方法。
背景技術(shù)：
固體推進劑是固體火箭發(fā)動機的動力源用材料，在導(dǎo)彈和航天技術(shù)發(fā)展中起著重要的作用。高氯酸銨(AP)作為復(fù)合固體推進劑的高能組分，含量占609Γ 80%的比例，其熱分解特性與推進劑燃燒特性密切相關(guān)。為提高固體推進劑的燃燒性能，通常需要加入過渡金屬氧化物、金屬單質(zhì)、金屬配位化合物及鹽類等催化劑提高AP的燃速。其中過渡金屬氧化物具有催化活性高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點，所以實用性最好。氧化銅由于價廉、無毒且化學(xué)穩(wěn)定性強，并且對AP具有顯著的催化作用，是一種重要的燃速催化劑。由于材料的結(jié)構(gòu)和形貌對其性能有很大影響，許多學(xué)者開展了不同形貌氧化銅的制備方法及催化性能的研究，制備出了花狀、針狀、棒狀及梭狀等不同形貌的氧化銅。最近文獻報道的一種錐形的氧化鋅催化劑也對AP具有很好的催化效果。相對于單一 金屬氧化物，復(fù)合金屬氧化物更容易展現(xiàn)出優(yōu)異的催化性能。通過制備復(fù)合催化材料實現(xiàn)催化劑形貌的多樣化及其性能的提升，已經(jīng)成為催化領(lǐng)域的發(fā)展方向之一。本發(fā)明通過氧化銅和氧化鋅催化劑優(yōu)點的有機結(jié)合，制備了劍麻狀CuO-ZnO復(fù)合氧化物催化劑，提高了催化活性，大大降低了 AP的高溫?zé)岱纸夥磻?yīng)溫度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于制備出結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、價格低廉、性能優(yōu)異并且應(yīng)用前景廣闊的AP用催化材料，并提供一種工藝簡單、條件溫和、流程短的劍麻狀CuO-ZnO復(fù)合氧化物催化劑的制備方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是:首先向可溶性銅鹽和鋅鹽的水溶液中加入胺類螯合劑制得螯合物溶液，通過攪拌使金屬離子與螯合劑充分螯合，然后向反應(yīng)體系中加入堿金屬氫氧化物溶液，通過控制反應(yīng)溫度得到氧化物沉淀。經(jīng)過過濾，水洗，干燥制得CuO-ZnO復(fù)合氧化物。通過調(diào)節(jié)初始溶液中銅離子和鋅離子的比例，可以制得不同銅鋅比的CuO-ZnO復(fù)合氧化物。具體制備步驟為:
常溫下配制濃度為0.5 lmol/L的可溶性銅鹽和鋅鹽的混合溶液,磁力攪拌5 30 min,在攪拌條件下加入胺類螯合劑，繼續(xù)攪拌5 30 min,再加入堿金屬氫氧化物溶液，使反應(yīng)體系的PH值為12 14，攪拌l 2h，在溫度為4(Γ100 ，保溫l_3h，過濾洗滌，然后在60°C下干燥12h后得到的CuO-ZnO復(fù)合氧化物；其中，銅離子和鋅離子的摩爾比為廣3:廣3，螯合劑與總金屬離子(銅離子和鋅離子的總和)的摩爾比為0.2^5:1，堿金屬氫氧化物溶液濃度為
0.5 7 mol/L。所述的可溶性銅鹽、鋅鹽包括:銅、鋅的硝酸鹽、氯化物、硫酸鹽、磷酸鹽、中的一種或幾種，其中優(yōu)選硝酸鹽。所述的胺類包括:乙二胺、1，3_丙二胺、1，4_ 丁二胺中的一種，其中優(yōu)選乙二胺。所述的堿金屬氫氧化物包括:氫氧化鈉，氫氧化鉀中的一種，其中優(yōu)選氫氧化鈉。本發(fā)明的優(yōu)點在于:(1)制備出了一種可用于AP催化的CuO-ZnO復(fù)合氧化物；(2)用本發(fā)明提供的方法制備的CuO-ZnO復(fù)合氧化物，結(jié)構(gòu)新穎(劍麻狀)且性能優(yōu)異(高溫分解溫度降低逾120°C); (3)用本發(fā)明提供的方法反應(yīng)工藝簡單、條件溫和、流程短，適合工業(yè)化生產(chǎn)。


圖1為本發(fā)明實施案例I得到的CuO-ZnO復(fù)合氧化物的掃描電鏡照片。圖2為本發(fā)明實施案例I得到的CuO-ZnO復(fù)合氧化物的X射線衍射圖。圖3為本發(fā)明實施案例I得到的CuO-ZnO復(fù)合氧化物對AP催化的DTG圖。
具體實施例方式下面結(jié)合具體的實施方式對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步說明。實施案例I
常溫下配制8ml濃度為0.75mol/L硝酸銅和硝酸鋅的混合溶液，其中銅離子和鋅離子的摩爾比為2:1，在攪拌條件下加入0.0089mol的乙二胺，繼續(xù)攪拌10 min，再加入30ml濃度為0.8 mol/L的氫氧化鈉溶液，攪拌10 min，然后將溫度控制在60°C保持lh，過濾洗滌，然后在60°C下干燥12h后得到最終產(chǎn)物CuO-ZnO復(fù)合氧化物，產(chǎn)物的掃描照片、X射線衍射圖及對AP催化的DTG圖如圖1-3所示。如圖1所示，所得氧化物為三維劍麻形結(jié)構(gòu)，基本結(jié)構(gòu)單元為納米棒,納米棒的長度在2 4μ m，直徑在30(T600nm。X射線衍射圖顯示產(chǎn)物為銅鋅的復(fù)合氧化物。DTG圖顯示，純AP受熱表現(xiàn)為兩段分解，第一段分解最大分解溫度在441 °C，第一段分解最大分解溫度在312°C ;加入所得CuO-ZnO復(fù)合氧化物后，混合物的DTG曲線上只有一個分解峰(278°C )，分解峰提前了 163°C。實施案例2
常溫下配制8ml濃度為0.75mol/L硝酸銅和硝酸鋅的混合溶液，其中銅離子和鋅離子的摩爾比為1:1，在攪拌條件下加入0.0089mol的乙二胺，繼續(xù)攪拌10 min，再加入48ml濃度為0.8 mol/L的氫氧化鈉溶液，攪拌10 min，然后將溫度控制在60°C保持lh，過濾洗滌，然后在60°C下干燥12h后得到最終產(chǎn)物CuO-ZnO復(fù)合氧化物。實施案例3
常溫下配制8ml濃度為0.75mol/L硝酸銅和硝酸鋅的混合溶液，其中銅離子和鋅離子的摩爾比為1:2，在攪拌條件下加入0.008911101的乙二胺，繼續(xù)攪拌10 min，再加入30ml濃度為0.8 mol/L的氫氧化鈉溶液，攪拌10 min，然后將溫度控制在60°C保持lh，過濾洗滌，然后在60°C下干燥12h后得到最終產(chǎn)物CuO-ZnO復(fù)合氧化物。實施案例4
常溫下配制8ml濃度為0.75mol/L硝酸銅和硝酸鋅的混合溶液，其中銅離子和鋅離子的摩爾比為1:3，在攪拌條件下加入0.008911101的乙二胺，繼續(xù)攪拌10 min，再加入30ml濃度為0.8 mol/L的氫氧化鈉溶液，攪拌10 min，然后將溫度控制在60°C保持lh，過濾洗滌，然后在60°C下干燥12h后得到最終產(chǎn)物CuO-ZnO復(fù)合氧化物。實施案例5
常溫下配制8ml濃度為0.75mol/L硝酸銅和硝酸鋅的混合溶液，其中銅離子和鋅離子的摩爾比為3:1，在攪拌條件下加入0.0089mol的乙二胺，繼續(xù)攪拌10 min，再加入30ml濃度為0.8 mol/L的氫氧化鈉溶液，攪拌10 min，然后將溫度控制在60°C保持lh，過濾洗滌，然后在60°C下干燥12h后得到最終產(chǎn)物CuO-ZnO復(fù)合氧化物。
權(quán)利要求
1.一種劍麻狀CuO-ZnO復(fù)合氧化物的制備方法，其特征在于:包括如下步驟: 常溫下配制濃度為0.5 lmol/L的可溶性銅鹽和鋅鹽的混合溶液,磁力攪拌5 30 min,在攪拌條件下加入胺類螯合劑，繼續(xù)攪拌5 30 min,再加入堿金屬氫氧化物溶液，使反應(yīng)體系的PH值為12 14，攪拌l 2h，在溫度為4(Γ100 ，保溫l_3h，過濾洗滌，然后在60°C下干燥12h后得到的CuO-ZnO復(fù)合氧化物；其中，可溶性銅鹽和鋅鹽的混合溶液中銅離子和鋅離子的摩爾比為廣3:廣3，胺類螯合劑與總金屬離子的摩爾比為0.2飛:1，堿金屬氫氧化物溶液濃度為0.5 7 mol/L。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的劍麻狀CuO-ZnO復(fù)合氧化物的制備方法，其特征在于:所述的可溶性銅鹽、鋅鹽包括:銅、鋅的硝酸鹽、氯化物、硫酸鹽、磷酸鹽、中的一種或幾種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的劍麻狀CuO-ZnO復(fù)合氧化物的制備方法，其特征在于:所述的可溶性銅鹽、鋅鹽為硝酸鹽。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的劍麻狀CuO-ZnO復(fù)合氧化物的制備方法，其特征在于:所述的胺類螯合劑包括:乙二胺、1，3-丙二胺、1，4- 丁二胺中的一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的劍麻狀CuO-ZnO復(fù)合氧化物的制備方法，其特征在于:所述的胺類螯合劑為乙二胺。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的劍麻狀CuO-ZnO復(fù)合氧化物的制備方法，其特征在于:所述的堿金屬氫氧化物包括:氫氧化鈉，氫氧化鉀中的一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的劍麻狀CuO-ZnO復(fù)合氧化物的制備方法，其特征在于:所述的堿金屬氫氧化物為氫氧 化鈉。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種劍麻狀CuO-ZnO復(fù)合氧化物的制備方法，屬于無機功能材料制備技術(shù)及高能固體推進劑技術(shù)領(lǐng)域。其制備方法是先向可溶性銅鹽和鋅鹽的混合溶液加入胺類螯合劑形成螯合物溶液，通過攪拌使金屬離子與螯合劑充分螯合，然后向反應(yīng)體系中加入堿金屬氫氧化物溶液，通過控制反應(yīng)溫度得到復(fù)合氧化物沉淀。經(jīng)過過濾，水洗，干燥制得劍麻形結(jié)構(gòu)的CuO-ZnO復(fù)合氧化物。本發(fā)明的優(yōu)點在于1.制備了一種可用于AP催化的CuO-ZnO復(fù)合氧化物；2.用本發(fā)明提供的方法制備的CuO-ZnO復(fù)合氧化物，結(jié)構(gòu)新穎為劍麻狀，且高溫分解溫度降低逾120℃，性能優(yōu)異；3.用本發(fā)明提供的方法反應(yīng)工藝簡單、條件溫和、流程短，適合工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號B01J35/02GK103191748SQ20131012531
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月11日
發(fā)明者王戈, 阿南, 高鴻毅, 欒奕, 譚僖, 楊穆, 禹杰 申請人:北京科技大學(xué)