[发明专利]一种碳膜包覆的Cu-Bi/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碳膜包覆的Cu-Bi/碳纳米管复合粉体及其制备方法。碳 膜包覆的Cu-Bi/碳纳米管复合粉体可作为双基系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。

铋是一种无毒的元素，铜是一种低毒元素，它们对双基系推进剂的燃烧都 有较好的催化作用。将Bi和Cu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Bi和Cu的比例 来优化催化性能。因此，开发Cu-Bi/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。

用聚丙烯腈包覆Cu₂O-Bi₂O₃/碳纳米管复合粉体，然后在惰性气体环境下， 在一定的温度下煅烧，聚丙烯腈经热分解在碳纳米管复合粉体表面形成碳膜， 碳膜在高温下有较强的还原性，能将Cu₂O、Bi₂O₃还原成金属Cu和金属Bi，从而 制得碳膜包覆的Cu-Bi/碳纳米管复合粉体。

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 烧催化剂的碳膜包覆的Cu-Bi/碳纳米管复合粉体。

本发明的另一个目的是提供碳膜包覆的Cu-Bi/碳纳米管复合粉体的制备方 法。

本发明提供一种碳膜包覆的Cu-Bi/碳纳米管复合粉体，其主要组分为：碳膜、 Cu、Bi和多壁碳纳米管(MWCNT)，各种组分的含量按重量百分比计算为：碳 膜：10～20％；Cu-Bi：40～55％(其中Cu：15～30％；Bi：25～40％)；MWCNT： 30～45％；

所述的碳膜包覆的Cu-Bi/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Cu-Bi复合粒子的 粒径为8～15nm。

本发明碳膜包覆的Cu-Bi/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)将一定比例的可溶性铋盐和可溶性铜盐溶于蒸馏水中并加入适 量的稀硝酸配制成透明的混合溶液；(2)在铋盐和铜盐的混合溶液中加入化学 计量的经纯化和氧化的多壁碳纳米管，搅拌加超声分散；(3)在室温下搅拌5小 时，然后静置4～5小时；(4)在搅拌下滴入2mol/L的NaOH溶液，调节溶液的pH 值至8.5，然后静置5小时；(5)抽滤、洗涤、干燥，然后在氮气保护下，300～400℃ 煅烧2小时，制得Cu₂O-Bi₂O₃/碳纳米管复合粉体；(6)将聚丙烯腈乙醇溶液加入 到Cu₂O-Bi₂O₃/碳纳米管复合粉体中，超声分散，蒸发溶剂，室温干燥；(7)在 170℃恒温固化2小时，然后研磨，在氮气保护下，400℃煅烧2小时，聚丙烯腈 热分解在粒子表面形成碳膜，Cu₂O、Bi₂O₃被碳还原成金属Cu和金属Bi，从而制 得碳膜包覆的Cu-Bi/碳纳米管复合粉体。

所述的所用可溶性铋盐为：硝酸铋；可溶性铜盐为：硝酸铜、醋酸铜；所 用的液态聚丙烯腈为：相对分子质量为106～5000。