本發(fā)明屬于航空航天催化劑，涉及一種單組元推進(jìn)劑分解催化劑長貯老化程度快速評價(jià)試驗(yàn)方法，主要用于單組元推進(jìn)劑分解催化劑中的活性金屬銥和釕的氧化率檢測。

背景技術(shù)：

1、單組元推進(jìn)系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單，響應(yīng)特性靈敏，工作可靠性高等優(yōu)勢，因此成為裝備末修動力的首選技術(shù)方案。單組元推進(jìn)技術(shù)在航空航天國防等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

2、但隨著催化劑產(chǎn)品貯存時(shí)間的延長，催化劑性能會發(fā)生一定程度的退化，甚至?xí)l(fā)生失效行為。單組元推進(jìn)劑分解催化劑是一類由固定形狀特殊功能的復(fù)合無機(jī)材料，由載體和活性金屬組成，載體主要為多孔氧化鋁，活性金屬的主要成分是ir、ru等貴金屬。活性金屬通過特殊制備方法后，呈納米級高度分散于載體表面及孔道中。不同于單質(zhì)的貴金屬，納米級分散的活性金屬其性質(zhì)較為活潑，因此體現(xiàn)出高催化活性，同時(shí)也可能導(dǎo)致長期貯存中部分貯存條件因素對其壽命造成一定的影響。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，高分散的活性金屬在長期貯存過程中，會逐漸被空氣中的氧氣氧化，導(dǎo)致催化劑中活性金屬的氧化率增加，致使活性下降。氧化率是影響催化劑活性的一個關(guān)鍵因素，需要進(jìn)行相對準(zhǔn)確的測定，從而對催化劑目前活性進(jìn)行初步的判斷。

3、目前主要的測試方法為h2-tpr測試方法，通過h2還原催化劑，測量耗h2量判斷催化劑的氧化程度，但在研究中發(fā)現(xiàn)，其重復(fù)性較差，且一部分深度氧化的金屬無法完全還原，使得其測得的氧化率偏低。本發(fā)明采用熱重，通過測量活性金屬完全氧化的增重質(zhì)量，計(jì)算得到未被氧化的金屬質(zhì)量，從而計(jì)算得到催化劑活性金屬的氧化率，其測量快速簡便、重復(fù)性好，可為催化劑的活性判定提供有效的依據(jù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測量單組元推進(jìn)劑分解催化劑中的活性金屬銥和釕的氧化率，判定催化劑活性，本發(fā)明提供了單組元推進(jìn)劑分解催化劑長貯老化程度快速評價(jià)試驗(yàn)方法。

2、為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)任務(wù)，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

3、一種單組元推進(jìn)劑分解催化劑長貯老化程度快速評價(jià)試驗(yàn)方法，包括以下步驟：

4、步驟1，根據(jù)熱重儀器量程，稱取0.1g~1g催化劑樣品至坩堝中，通入惰性氣體，流速為100ml/min~300ml/min，吹掃30min~2h，將熱重儀器中的氣氛完全置換為惰性氣氛，以2~20°c/min為升溫速率，升溫至350~550°c，恒溫10min~1h，得到惰性氣氛下的熱重試驗(yàn)結(jié)果；然后將惰性氣氛換成空氣，流速為100ml/min~300ml/min，恒溫30min~2h，得到空氣氛圍下的熱重試驗(yàn)結(jié)果。

5、進(jìn)一步的，所述的催化劑為單組元推進(jìn)劑分解催化劑，包括ir催化劑和ru催化劑。

6、步驟2，從步驟1得到的熱重試驗(yàn)結(jié)果中讀取以下數(shù)據(jù)：

7、將350°c~550°c惰性氣氛下恒溫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的最低值，將其記為ω1；

8、將350°c~550°c空氣氣氛下恒溫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的最高值，將其記為ω2。

9、所述的催化劑中未被氧化金屬的增重質(zhì)量分?jǐn)?shù)由下式進(jìn)行計(jì)算：

10、ω=（ω2-ω1）/ω1

11、式中：ω為催化劑中未被氧化金屬增重質(zhì)量分?jǐn)?shù)；ω1為350°c~550°c惰性氣氛下恒溫的最低值的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；ω2為350°c~550°c空氣氣氛下恒溫的最高值的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

12、已知催化劑中ru和ir金屬含量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，分別記為ωru和ωir。當(dāng)ir催化劑完全氧化，可認(rèn)為其全部生成iro2，ir增重質(zhì)量分?jǐn)?shù)記為ωir-o2；當(dāng)ru催化劑完全氧化，可認(rèn)為其全部生成ruo2，ru增重質(zhì)量分?jǐn)?shù)為ωru-o2。

13、所述的ir增重質(zhì)量分?jǐn)?shù)ωir-o2由下式進(jìn)行計(jì)算：

14、ωir-o2?=?ωir/mir×mo×2

15、式中：ωir-o2為ir催化劑完全氧化增重質(zhì)量分?jǐn)?shù)；ωir為ir催化劑中金屬含量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；mir為銥的原子質(zhì)量，g/mol；mo為氧的原子質(zhì)量，g/mol。

16、所述的ru增重質(zhì)量分?jǐn)?shù)ωru-o2由下式進(jìn)行計(jì)算：

17、ωru-o2?=?ωru/mru×mo×2

18、式中：ωru-o2為ru催化劑完全氧化增重質(zhì)量分?jǐn)?shù)；ωru為ru催化劑中金屬含量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；mru為銥的原子質(zhì)量，g/mol；mo為氧的原子質(zhì)量，g/mol。

19、所述的ir催化劑中金屬的氧化率通過以下方法計(jì)算：

20、x?=[（1+ω）/（1+ωir-o2）×ωir-o2?-ω）]/?[（1+ω）/（1+ωir-o2）×ωir-o2]×100%。

21、所述的ru催化劑中金屬的氧化率通過以下方法計(jì)算：

22、x?=[（1+ω）/（1+ωru-o2）×ωru-o2?-ω）]/?[（1+ω）/（1+ωru-o2）×ωru-o2]×100%。

23、對于所述的ir催化劑，氣氛為空氣時(shí)的溫度為450°c~550°c，優(yōu)選為500°c；對于所述的ru催化劑，氣氛為空氣時(shí)溫度為350°c~450°c，優(yōu)選為400°c。

24、本發(fā)明的有益效果為：

25、本發(fā)明針對單組元推進(jìn)劑分解催化劑長貯老化程度的檢測，設(shè)計(jì)了熱重快速評價(jià)方法，單個樣品測試僅需3小時(shí)左右，并可有效檢測計(jì)算出催化劑活性金屬氧化程度，可有效滿足長貯催化劑的活性及壽命的預(yù)估需求。

技術(shù)特征：

1.一種單組元推進(jìn)劑分解催化劑長貯老化程度快速評價(jià)試驗(yàn)方法，所述的催化劑為單組元推進(jìn)劑分解催化劑，包括ir催化劑和ru催化劑，其特征在于，所述的單組元推進(jìn)劑分解催化劑長貯老化程度快速評價(jià)試驗(yàn)方法包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單組元推進(jìn)劑分解催化劑長貯老化程度快速評價(jià)試驗(yàn)方法，其特征在于，所述的步驟1中，通入惰性氣體的流速為100ml/min~300ml/min，吹掃30min~2h，惰性氣氛下的升溫速率為2~20°c/min。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單組元推進(jìn)劑分解催化劑長貯老化程度快速評價(jià)試驗(yàn)方法，其特征在于，所述的步驟1中，通入空氣的流速為100ml/min~300ml/min，吹掃30min~2h。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單組元推進(jìn)劑分解催化劑長貯老化程度快速評價(jià)試驗(yàn)方法，其特征在于，對于所述的ir催化劑，氣氛為空氣時(shí)的溫度為450°c~550°c。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種單組元推進(jìn)劑分解催化劑長貯老化程度快速評價(jià)試驗(yàn)方法，其特征在于，對于所述的ir催化劑，氣氛為空氣時(shí)的溫度為500°c。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單組元推進(jìn)劑分解催化劑長貯老化程度快速評價(jià)試驗(yàn)方法，其特征在于，對于所述的ru催化劑，氣氛為空氣時(shí)溫度為350°c~450°c。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種單組元推進(jìn)劑分解催化劑長貯老化程度快速評價(jià)試驗(yàn)方法，其特征在于，對于所述的ru催化劑，氣氛為空氣時(shí)溫度為400°c。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種單組元推進(jìn)劑分解催化劑長貯老化程度快速評價(jià)試驗(yàn)方法，屬于航空航天催化劑技術(shù)領(lǐng)域，主要用于單組元推進(jìn)劑分解催化劑中的活性金屬銥和釕的氧化率檢測。本發(fā)明設(shè)計(jì)了熱重快速評價(jià)方法，通過測量活性金屬完全氧化的增重質(zhì)量，計(jì)算得到未被氧化的金屬質(zhì)量，從而計(jì)算得到催化劑活性金屬的氧化率。本發(fā)明的測量快速簡便、重復(fù)性好，單個樣品測試僅需三小時(shí)左右，能夠有效檢測計(jì)算出催化劑活性金屬氧化程度，為催化劑的活性判定提供有效的依據(jù)，有效滿足長駐催化劑的活性及壽命的預(yù)估需求。

技術(shù)研發(fā)人員：叢偉民,張萬生,王曉東,尹穎華,周源,李林,鄒展,王茜
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19