[发明专利]一种Bi2O3-SnO2/碳纳米管复合粉体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种Bi₂O₃-SnO₂/碳纳米管复合粉体及其制备方法。Bi₂O₃-SnO₂/碳纳米管复合粉体可作为固体推进剂的环境友好型燃烧催化剂。

技术背景

双基推进剂和改性双基推进剂是火箭和导弹所用的一类高能燃料，实际使用时需要加入燃烧催化剂来改善其燃烧性能。随着导弹技术的发展，研制低特征信号、环境友好型的高性能推进剂是重要发展方向，相应地需要开发无毒或低毒性、无污染、高效的新型燃速催化剂，来满足发展新型固体推进剂的需要。

碳纳米管由于具有巨大的比表面积和空腔结构，且其表面及边缘又存在结构缺陷，使其具有独特的催化性能和吸附性质，既是一种特殊的催化剂，又是一种优良的催化剂载体。作为催化剂载体，可将无毒性或低毒性金属化合物与碳纳米管复合可制备成环境友好型复合催化剂。碳纳米管起着催化剂和载体的双重作用，催化剂以纳米粒子形式高度分散在碳纳米管的管壁上，碳纳米管作为“碳骨架”，可阻止金属氧化物纳米粒子间的相互团聚，可充分发挥纳米粒子的高效催化作用。由于碳纳米管是由碳元素组成，燃烧后不会产生有毒有害气体，因此对环境不会造成污染，同时负载的金属氧化物又能与碳纳米管的催化性能“互补”，促进金属氧化物的催化作用。

铋和锡都是一种无毒的元素，对双基系推进剂的燃烧有较好的催化作用。将Bi₂O₃和SnO₂在纳米尺度上复合，它们的催化性能可“互补”，产生强的“协同效应”，可显著提高其催化效果，并可通过改变Bi₂O₃和SnO₂的比例来优化催化性能。因此，开发Bi₂O₃-SnO₂/碳纳米管负载型复合燃速催化剂可为固体推进剂提供环境友好型的高效燃烧催化剂。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种用作双基或改性双基推进剂的燃烧催化剂的Bi₂O₃-SnO₂/碳纳米管复合粉体。

本发明的另一个目的是提供Bi₂O₃-SnO₂/碳纳米管复合粉体的制备方法。

本发明提供一种Bi₂O₃-SnO₂/碳纳米管复合粉体，其主要组分为：Bi₂O₃、SnO₂和多壁碳纳米管(MWCNT)，各种组分的含量按重量百分比计算为：Bi₂O₃-SnO₂：30～70％(其中Bi₂O₃：15～55％；SnO₂：15～55％)，MWCNT：30～70％。

所述Bi₂O₃-SnO₂/碳纳米管复合粉体中：所用的多壁碳纳米管的直径为60～90nm，长度为500～3000nm；负载在碳纳米管表面的Bi₂O₃-SnO₂复合粒子的粒径为4～15nm。

本发明的Bi₂O₃-SnO₂/碳纳米管复合粉体的制备方法，按以下次序的几个步骤进行：(1)多壁碳纳米管用盐酸浸泡12～20小时进行纯化；(2)经纯化的多壁碳纳米管用混酸(浓硝酸和浓硫酸的比例为：1∶3)在70～100℃下氧化1～2小时；(3)将可溶性铋盐溶于稀硝酸中配制成溶液，将可溶性锡盐溶于稀盐酸中配制成溶液；(4)将铋盐溶液和锡盐溶液按一定的比例混合，然后加入化学计量的经纯化和氧化的多壁碳纳米管，超声分散；(5)在室温下搅拌4～6小时，再在60～80℃温度下搅拌1～3小时，然后静置1～2小时；(6)在搅拌下滴入2.5wt％氨水，调节溶液的pH值至8.5～9.5，静止3～5小时；(7)抽滤、洗涤、干燥；(8)在氮气保护下，350～450℃煅烧2小时，即可制得Bi₂O₃-SnO₂/碳纳米管复合粉体。

所述的可溶性铋盐为：硝酸铋；