镁铜合金储氢材料的制备及对高氯酸铵热分解过程的影响

采用置换-扩散法制备了镁铜合金储氢材料(Mg2Cu-H), 并对其结构进行了表征. 结果表明, Mg2Cu经过氢化得到的镁铜合金储氢材料不是单一晶相, 而是MgCu2和MgH2的混合物. 用热分析法(DSC)研究了镁铜合金储氢材料对固体火箭推进剂常用氧化剂——高氯酸铵(AP)热分解过程的影响. 结果表明, 镁铜合金储氢材料可以显著促进AP的热分解过程, 加快热分解速率, 降低高温热分解温度, 使DSC表观分解热明显增大. Mg2Cu-H对AP热分解过程的促进作用明显强于Mg2Cu. 随着加入量增加, 镁铜合金储氢材料对AP热分解的催化促进作用增强. 探讨了镁铜合金储氢材料促进AP热分解过程的作用机制.     

纳米铜粉对高氯酸铵热分解的影响

The decomposition behaviour of ammonium perchlorate (AP) has been investigated in the presence of Cu nanopowder by DTA. The results show that nanometer Cu powder decreased the first and second thermal decomposition temperature of AP by 35.1 ℃ and 130.2 ℃, respectively, and the DTA heat release of AP in the presence of Cu nanopowders increased to 1.20 kJ·g^-1, showing good catalytic effect on the thermal decomposition of AP. The catalytic effect of Cu micron-size powder on the thermal decomposition of AP was less than that of Cu nanopowder. With the increase in content, Cu nanopowder enhanced its catalytic effect on the high temperature decomposition of AP, however, it weakened its catalytic effect on the low temperature decomposition of AP. The mechanism of catalysis for the thermal decomposition of AP is as follows: (1) metal oxider acts as the intermedium in the process of election tranfer, (2) Cu nanopowder reacts with the decomposed product of AP, (3) Cu nanopowder has special surface effect.     

纳米NdCoO3催化高氯酸铵热分解的DSC/TG-MS研究

采用微乳液法制备了立方晶系的NdCoO3纳米晶.利用DSC/TG-MS研究了NdCoO3对AP热分解的催化作用.结果表明,在NdCoO3的催化作用下,AP的热分解反应峰值温度下降了113℃,表观分解反应热从655 J·g-1增加到1 363 J·g-1,分解的气相产物主要有NH3,H2O,O2,HCl,N2O,NO,NO2和Cl2.在金属氧化物表面吸附生成超氧化离子(O2-)和氧离子(O-,O2-),这是加速AP分解反应的主要原因.加入NdCoO3催化AP热分解,由于对氨的氧化深度不同而导致分解放热量的增加.     

纳米金属粉对高氯酸铵热分解特性的影响

催化性能;纳米金属粉对高氯酸铵热分解特性的影响     

铝粉粒度对高氯酸铵热分解动力学的影响

采用热重-差示扫描量热(TG-DSC)联合技术研究了10.7 μm, 2.6 μm和40 nm铝粉对高氯酸铵(AP)热分解的影响. 结果表明, 铝粉的加入对AP的低温放热峰有抑制作用, 对高温放热分解反应有促进作用, 并且随铝含量的增加和铝粒径的减小这种作用更强烈. 采用多元非线性拟合技术对不同升温速率下TG-DSC实验数据进行拟合, 结果表明, 质量分数为40%的不同粒径铝粉的加入对AP的热分解三阶段(A→B→C→D)反应模型无影响, 但反应机理函数发生了改变. 纯AP, AP/Al(10.7 μm), AP/Al(2.6 μm)及AP/Al(40 nm)的反应机理函数组合分别为C1/D1/D1, C1/D1/D3, C1/D1/D4和C1/D1/F2.     

纳米Co3O4的制备及其对高氯酸铵热分解的催化性能

 选用CoCl2·6H2O分别与NaOH, H2C2O4·2H2O, Na2CO3·10H2O及Na2C2O4组成四个反应体系,通过室温固相反应制备了不同平均粒径的纳米Co3O4, 并用X射线衍射和透射电镜对Co3O4的物相、形貌和粒径大小进行了表征. 结果表明, Co3O4的平均粒径分别为23, 30, 35和150 nm, 大小均匀,分散性好. 还用差热分析法考察了纳米Co3O4对高氯酸铵热分解的催化性能,并与微米Co3O4进行了比较. 结果表明,纳米Co3O4可使高氯酸铵的低温放热峰消失,高温放热峰温度降至323.5 ℃, 降低了128.5 ℃, 表观分解热增加了750 J/g, 达 1265 J/g, 纳米Co3O4对高氯酸铵热分解的催化性能明显好于微米Co3O4.     

草酸铜原位催化高氯酸铵热分解的研究

通过TG-DTA-MS联用技术研究了草酸铜对高氯酸铵的催化过程。研究发现,草酸铜分解生成的氧化铜对高氯酸铵有较强的催化作用,添加2%的草酸铜使高氯酸铵的高温分解温度提前112℃。分解的气相产物主要有H2O,NH3,O2,HCl,Cl2,HNO,NO,N2O和NO2。在草酸铜原位分解生成的CuO表面吸附生成氧的过氧化离子(O2-)和氧离子(O-,O2-)是加速AP热分解反应的主要原因。     

纳米金属粉对高氯酸铵热分解动力学的影响

The thermal decomposition characteristics of general ammonium perchlorate (g-AP) influenced by the addition of aluminum, nickel with different particle sizes (general and nano) are studied by TG and DSC. The results show that aluminum powders (both general and nano size) are nearly uninfluenced. Nano nickel powders have the greatest influence on the decomposition properties of g-AP among metal powders. Such accelerating effects of nanonickel powders are more apparent on the stage of high temperature decomposition than low temperature decomposition of g-AP and will be weakened with the decrease of the content of nanonickel. Nanonickel powders are also more effective than super fine nickel powders on accelerating the thermal decomposition of superfine AP (s-AP). The kinetic parameters of the thermal decomposition of s-AP and mixture of s-AP and nano nickel powders are obtained from the TG-DTG curves bythe integral method based on the Coats-Red fern equation. Nanonickel powders reduce the apparent activation energy of the thermal decomposition of s-AP from 157.9 kJ/mol to 134.9 kJ/mol. The most probable mechanism functions of the thermal decomposition reaction for s-AP and mixture of s-AP and nano nickel powders both belong to systems of Avrami-Erofeev equations. The mechanism of such accelerating effects has been discussed.     

多孔纳米CoFe2O4的制备及其对高氯酸铵的热分解催化性能

采用胶晶模板法制备出具有三维多孔结构的纳米CoFe₂O₄。利用X射线衍射仪(XRD)、傅里叶变换红外(FT-IR)光谱仪、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和N₂吸附-脱附对样品的晶型和形貌结构等进行表征,采用差示扫描量热法(DSC)对比研究多孔纳米CoFe₂O₄和球形纳米CoFe₂O₄对高氯酸铵(AP)的热分解性能的影响,并考察这两种催化剂对AP催化热分解的动力学参数。结果显示,制备出的多孔纳米CoFe₂O₄样品具有典型的尖晶石结构,孔径约200 nm;比表面积明显高于40 nm球形CoFe₂O₄,达到55.646 m²·g^-1。DSC测试结果表明：多孔纳米CoFe₂O₄的加入促进了AP的热分解,最高使AP的高温分解峰温降低91.46℃,能量释放最高达1120.88 J·g^-1,是纯AP分解放热量的2.3倍;多孔纳米CoFe₂O₄具有较高的比表面积,能提高催化反应的接触面积,使AP的高温分解峰温度更低,反应活化能较小,从而表现出比球形纳米CoFe₂O₄更高的催化活性。此外,对多孔纳米CoFe₂O₄催化AP的热分解机理进行初步探索,纳米多孔催化剂对气态中间产物的作用促进了AP的热分解。     

纳米Cu2O的制备及其对高氯酸铵热分解的催化性能

 以Cu(NO3)2和NaOH为原料,以水合肼为还原剂,通过沉淀法在室温下制备了纳米Cu2O. 采用X射线衍射、透射电镜和X射线光电子能谱等手段对产物进行了表征,并用热分析法考察了不同形貌的纳米Cu2O对高氯酸铵热分解的催化作用. 结果表明,通过改变NaOH溶液的加入量可分别得到长针形和多边形的纳米Cu2O. 通过调节反应物浓度可以将纳米Cu2O粒径控制在19～68 nm. 不同形貌的纳米Cu2O均能强烈催化高氯酸铵的热分解,其中分散性良好的多边形纳米Cu2O的催化活性较高,添加2%的多边形纳米Cu2O可使高氯酸铵的高温分解温度降低103 ℃,分解放热量由590 J/g增至1350 J/g.     

Effects of Aluminum on Thermal Decomposition of Hexogen/Ammonium Perchlorate

Thermogravimetry-differential scanning calorimetry-mass spectrometry-Fourier transform infrared spectrometry（TG-DSC-MS-FTIR） simultaneous analysis was used to study the effects of 10.7 μm and 40 nm Al on the thermal decomposition of the Hexogen/ammonium perchlorate（RDX/AP,1/2,mass ratio） mixture.TG-DSC results show that there are two mass loss processes for the thermal decomposition of RDX/AP/Al.The first one is mainly ascribed to the thermal decomposition of RDX.The reaction rate of RDX/AP/10.7 μm Al is so fast that the apparent activation energy,calculated by model-free Friedman method,is negative,which is the same as that of RDX/AP.30％（mass fraction） 40 nm Al added in RDX/AP change the activation energy from negative to positive value.The second mass loss process of the RDX/AP/A1 mixture is ascribed to the thermal decomposition of AP.This process can be divided into three stages for RDX/AP with and without Al.The kinetics model is not changed in the presence of micro-sized Al,while it is changed from CnB/D1/D1 to CnB/D1/D4 after the addition of 40 nm Al to RDX/AP.The reaction rate constant of the first stage and the end temperature of the second stage decrease,while the end temperatures of the third stage increase in the presence of 40 nm Al.The MS-FTIR results show there is a competition between the formation reactions of HNCO,N2O and NO2 during the second mass loss process.     

干燥方式对高氯酸铵/石墨烯复合材料的结构和热分解行为的影响

通过溶胶-凝胶法制备了石墨烯水凝胶, 并将其与高氯酸铵(AP)复合, 然后分别采用自然干燥、冷冻干燥和超临界CO₂干燥三种干燥方式制备了AP/石墨烯复合材料, 并通过扫描电镜(SEM)、元素分析、X射线衍射(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)和热重-红外联用技术(TG-FTIR)研究了不同干燥方式对其结构和热分解行为的影响. 结果表明, 干燥方式对AP/石墨烯复合材料的形貌具有明显影响, 其中通过超临界CO₂干燥制备的AP/石墨烯复合材料基本能保持与石墨烯气凝胶相似的外观和多孔结构. 通过自然干燥、冷冻干燥和超临界CO₂干燥制备的AP/石墨烯复合材料中AP的质量分数分别为89.97%、92.41%和94.40%, 其中通过超临界CO₂干燥制备的复合材料中AP的粒径尺寸为69 nm. DSC测试结果表明, 石墨烯对AP的热分解过程具有明显的促进作用, 能使AP的低温分解过程大大减弱, 高温分解峰温明显降低. 三种干燥方式相比, 通过超临界CO₂干燥制备的AP/石墨烯复合材料中石墨烯的促进作用最明显. 与纯AP相比, 其高温分解峰温降低了83.7℃, 表观分解热提高到2110 J·g^-1. TG-FTIR分析结果表明, AP/石墨烯复合材料的热分解过程中, AP分解产生的氧化性产物与石墨烯发生了氧化反应, 生成了CO₂.     

双核茂铁四氮唑的合成及对高氯酸铵热分解的催化作用

首先以二茂铁为原料合成丙基桥联的双聚二茂铁(DFP), 经甲酰化得到丙基桥联的双聚二茂铁甲醛(DFP-CHO, 1), 再与NH₂OH·5HCl进行缩合反应得到双核二茂铁肟(2), 然后脱水得到丙基桥联双聚二茂铁甲腈(3), 最后在(n-C₄H₉)₃SnCl 的催化作用下与NaN₃进行[2+3]环加成反应, 生成目标产物丙基桥联双聚二茂铁四唑(4); 通过¹H NMR, FTIR和ESI-MS对目标产物的结构进行了表征. 利用差示扫描量热分析(DSC)和热重(TG)分析研究了这2个双聚二茂铁氮杂衍生物的燃速催化性能, 结果表明, 通过添加质量分数为5%的丙基桥联双聚二茂铁氮杂化合物3和4均使高氯酸铵(AP)的热分解温度降至100℃左右.     

溶剂热合成Cu2O微球及其对高氯酸铵热分解的催化作用

以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为添加剂,利用溶剂热法合成了Cu2O微球.考察了PVP用量以及反应温度对产物形貌的影响,并在反应时间为2.5与4.5h时分别合成了直径为100-200nm和1μm的Cu2O微球.同时,利用差热分析(DTA)技术考察了不同直径的Cu2O微球对高氯酸铵(AP)热分解的催化效果,结果表明:添加2%(w)的直径为100-200nm和1μm的Cu2O微球使得AP的高温分解温度分别降低了116和118°C,AP在低温阶段的分解量也明显提高.     

纳米Fe2O3和Fe3O4的制备及其催化高氯酸铵热分解性能的研究——一个仪器分析综合实验

介绍一个仪器分析综合实验——纳米Fe_2O_3和Fe_3O_4的制备及其催化高氯酸铵热分解性能的研究。采用水热法合成纳米Fe_3O_4,进而煅烧得到纳米Fe_2O_3。使用X射线粉末衍射(XRD)对制得的样品结构进行表征,通过透射电镜(TEM)可以发现其为球形颗粒,粒径在10–20 nm范围内。将制得的纳米Fe_2O_3和纳米Fe_3O_4按不同比例加入高氯酸铵(AP)中,通过对混合物进行热分析(TG-DSC),发现纳米Fe_2O_3和纳米Fe_3O_4可以明显促进AP的分解,且Fe_2O_3的催化效果优于Fe_3O_4的催化效果,并对催化机理进行了简单讨论。通过该实验,可以让学生学习水热反应的方法,掌握利用XRD、热分析等多种手段对化合物结构及性能进行表征的技能。