高氯酸锂非均相催化分解实验研究

发布时间：2019-10-23 14:55

【摘要】：高氯酸锂(LiClCO4)的氧含量很高,并且其分解的气相产物中只存在氧气,所以氧气纯度很高,因而是一种非常有前途的产氧剂和推进剂的氧化剂。但是LiClO4的分解温度要比AP和NaClO3更高,即其热稳定性要更好,这一点反而成为限制LiClO4应用的一个重要原因。高氯酸锂的分解过程中主要有以下两个反应：主反应：LiC1O4→△LiCl+2O2副反应：4LiClO4 →△ 2Li2O+7O2+2Cl2通常情况下.LiClO4的分解产生氧气和LiCl,但是当分解温度偏高时就会发生副反应,生成氯气。在实际应用中,LiClO4与有机物摩擦碰撞也很容易引起燃烧和爆炸,因此本文重点在于研究LiC104分解反应的能量特性和催化分解过程,并且通过制备多种催化剂来降低LiC104的分解温度同时提高其分解速度。利用热力学计算软件FactSage从热力学角度探讨了反应温度和压力对LiC104分解及其副反应的影响。计算结果表明,在研究的温度和压力范围内LiC104分解反应自发放热进行并且几乎都可以达到100%的分解。在设定的温度范围内副反应进行的程度非常小因而在实验中可以忽略副反应。采用TG-DSC实验研究LiC104的分解过程,发现LiC104的热稳定性较高,当温度低于420℃时,LiC104分解反应非常缓慢。动力学计算表明,LiC104的分解过程可以分为两个阶段,前一阶段为均相体系,生成物LiCl溶于L1ClO4,后一阶段为异相体系,LiCl晶体析出。以上研究表明,纯LiClO4的分解效率非常低,因而在实际的工业应用中,需要通过添加催化剂来加速LiC104的分解过程。在接下来的章节中,我们制备了多种促进LiCl04分解反应的催化剂。制备了五种不同铈铜摩尔比的铈铜催化剂(CeXCu(1-x)O(1+x)),采用BET、XRD、SEM、 XPS和TPR等手段对催化剂进行表征,发现在CuO催化剂中添加Ce02可以大大增加样品比表面积并且减小催化剂晶粒的粒径大小；复合催化剂中可以形成更多的氧空位并强化了氧的迁移能力,同时表现出更强的氧化还原特性和抗钝化能力。在所有的表征实验中,催化剂gel Ce2-Cu表现出了最佳的表征结果。催化机理研究表明,铈铜系催化剂中表面氧空位以及氧的迁移能力是LiClO4催化分解的关键。催化剂的活性评价实验表明,铈铜系催化剂表现出了非常明显的催化效果,但是该催化剂在低温下的催化效果较低。制备了五种不同铬铜摩尔比的铬铜催化剂,采用BET、XRD、SEM、XPS和TPR等手段对催化剂进行表征,结果发现在CuO中添加Cr203同样可以增加催化剂的比表面积并减小其晶粒的粒径大小；与铈铜系催化剂不同,铬铜系二元催化剂中出现了Cu0活性位,并且表现出更佳的抗钝化能力。在所有的表证实验中,样品gel Cr2-Cu都表现出了优良的性能。催化机理研究表明,铬铜催化剂中Cu0是高氯酸根分解的氧的活性受位。催化剂的活性评价实验表明,铬铜系催化剂表现出了良好的催化效果。并且其在低温下也有比较好的催化效果,但是其高温催化效果低于铈铜催化剂。在gel Ce2-Cu催化剂基础上制备了四种铈铜系三元催化剂,采用BET、XRD、TEM、 XPS和TPR等手段对四种催化剂进行了表征。表征结果发现三元催化剂的比表面积和孔体积均小于载体样品,载基NiO和Fe203在载体中均匀分布；三元催化剂中的Ni2+和Fe3+离子进入到铈铜固溶体中形成晶格的缺陷造成更多的氧空位,特别是gel Ni/Ce2-Cu催化剂具有最佳的效果。催化机理研究表明,三元催化剂中会形成更多的氧空位并强化了其在低温下的活性,从而提高了催化剂的催化活性特别是在低温下的催化活性。在gel Cr2-Cu催化剂基础上制备了四种铈铜系三元催化剂,采用BET、XRD、TEM、 XPS和TPR等手段对四种催化剂进行了表征。表征结果证明三元催化剂的比表面积和孔体积均小于载体样品,载基NiO和Fe203在载体中均匀分布；溶胶凝胶法催化剂可以在催化剂中形成更多的Cu0活性位,但是浸渍法催化剂会大大减少催化剂中的Cu0活性位。其由gel Fe/Ce2-Cu催化剂表现出了最多的Cu0活性位。催化剂的活性评价实验表明溶胶凝胶法催化剂的催化活性高于载体gel Cr2-Cu样品,而两种浸渍法催化剂的催化活性则低于载体gel Cr2-Cu催化剂。比较铈铜系和铬铜系催化剂催化活性分析,我们认为Cu0活性位在低温下的催化活性高于氧空位以及氧迁移能力,但是当温度继续升高超过390℃时,氧空位以及氧的迁移能力则占了主要地位。
【图文】：

成的一类推进剂。国１．１中给出了固体火箭发动机内的结构布置示意图，其中氧化剂在逡逑进剂中的含量在７０邋％Ｗ上，是复合推进剂的主要组成部分，提供燃娩化学反应所需要逡逑氧。一般而言，可用于园体推进剂氧化剂的物质主要有王类：高氯酸盐、硝酸盐和含能逡逑机结晶化合物。逡逑

图１．３无水高氯酸堘逡逑
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ131.11;O643.32

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本文编号：2552146