بررسی فعالیت کاتالیستی نانو پوشش اگزالات مس بر روی پارامترهای ترمودینامیکی تجزیه حرارتی آمونیم پرکلرات

فرآیندهای نوین در مهندسی مواد

مقاله 11، دوره 11، شماره 4 - شماره پیاپی 43، اسفند 1396، صفحه 121-132   

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

مرجان تحریری^{* 1}؛ محمد مهدوی²؛ حسین فرخ پور³

¹دانشجو /دانشگاه صنعتی مالک اشتر

²استاد / دانشگاه صنعتی مالک اشتر

³استاد/دانشگاه صنعتی اصفهان

چکیده

برای بهبود فرایند تجزیه حرارتی آمونیوم پرکلرات (جهت اصلاح و بهبود سرعت سوزش پیشرانه ها)، نانو اگزالات مس بر روی آمونیوم پرکلرات به روش سل- ژل پوشش داده شد. برای بررسی فرایند پوشش دهی اگزالات مس بر روی آمونیوم پرکلرات و تغییرات رفتار تجزیه حرارتی آمونیوم پرکلرات در حضور نانو ذرات اگزالات مس به ترتیب از تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و آنالیز حرارتی (TG/DSC) استفاده شد. نتایج بدست آمده از آنالیزهای حرارتی نشان داد که، پوشش دادن نانو ذرات اگزالات مس بر روی آمونیوم پرکلرات علاوه بر کاهش دمای تجزیه حرارتی از C º 422 به C º299 ، سبب ادغام پیک های تجزیه آمونیوم پرکلرات(در مقایسه با آمونیوم پرکلرات خالص) شده است. همچنین برای بررسی اثر نانو کاتالیست بر روی پارامترهای سینتیکی و ترمودینامیکی تجزیه حرارتی آمونیم پرکلرات، از روش مستقل از مدل به نام اوزاوا-فلاین-وال (OFW) استفاده شد. ازاینرو، مشاهده شد این نانو کاتالیست سبب کاهش مقادیر انرژی فعالسازی، عامل فاکتور فرکانس و پارامترهای ترمودینامیکی در درجات تبدیل مختلف به ترتیب 2/0، 4/0، 6/0 و 8/0شده است، همچنین موجب کاهش پارامترهای ترمودینامیکی در فرایند تجزیه حرارتی آمونیوم پرکلرات می شود.

کلیدواژه‌ها

اگزالات مس؛ آمونیم پرکلرات؛ پوشش دهی

مراجع

 

[1]    P. N. Kadiresh & B. T. N. Sridhar, “Experimental study on ballistic behaviour of an aluminised AP/HTPB propellant during accelerated aging”, Journal Thermal Analysis and Calorimetry, Vol. 100, pp. 331-335, 2010.

 

[2]    John & J. Christopher, “Chemistry of pyrotechnics basic principles and theory”, Chromatographia, Vol. 75, pp. 79-80, 2012.

 

[3]    J. P. Agrawal, “High Energy Materials: Propellants, Explosives and Pyrotechnics”, Wiley-Vch Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, Vol. 5, pp. 464-494, 2010.

 

[4]    V. V. Boldyrev, “Review: Thermal Decomposition of Ammonium Perchlorate”, Thermochimica Acta, Vol. 443, pp. 1-36, 2006.

 

[5]    S. Chaturvedi & P. N. Dave, “A review on the use of nanometals as catalysts for the thermal decomposition of ammonium perchlorate”, Journal of Saudi Chemical Society, Vol. 17, pp. 135-149, 2013.

 

[6]    E. Alizadeh-Gheshlaghi, B. Shaabani, A. Khodayari, Y. Azizian-Kalandaragh & R. Rahimi, “Investigation of the catalytic activity of nano-sized CuO, Co₃O₄ and CuCo₂O₄ powders on thermal decomposition of ammonium perchlorate”, Powder Technology, Vol. 217, pp. 330-339, 2012.

 

[7]    Sh. Chaturvedi, P. N. Dave & N. Patel, “Nano-alloys: Potential catalyst for thermaldecomposition of Ammounium Perchlorate, Synthesis and Reactivity in Inorganic”, Metal-Organic and Nano-MetalChemistry, Vol. 10, pp. 1080-1091, 2013.

 

[8]    M. Zou, X. Jiang, L. Lu & X. Wang, “Nano or micro? A mechanism on thermal decomposition of ammonium perchlorate catalyzed by cobalt oxalate”, Journal of Hazardous Materials, Vol. 225, pp. 124-130, 2012.

 

[9]    E. Ayoman & S. Gh. Hosseini, “Synthesis of CuO nanopowders by high-energy ball-milling method and investigation of their catalytic activity on thermal decomposition of ammonium perchlorate particlesˮ, J Therm Anal Calorim, Vol. 123, pp. 1213–1224, 2016.

 

[10] Eslami, S. G. Hosseini & M. Bazrgary, “Improvement of thermal decompositionproperties ofammonium perchlorate particles using some polymer coatingagents”, Journal Thermal Analysis and Calorimetry, Vol. 113, pp. 721-730, 2013.

 

[11] Zh. Zhoua, Sh. Tian, D. Zeng, G. Tang & Ch. Xie, “MOX (M = Zn, Co, Fe)/AP shell–core nanocomposites for self-catalytical decomposition of ammonium perchlorate”, Journal of Alloys and Compounds, Vol.513, pp. 213-219, 2012.

 

[12] L. J. Chen, G. S. Li & L. P. Li, “CuO Nanocrystals in thermal decomposition of Ammonium Perchorate Stabilization, structural characterization and catalytic activities”, Journal Thermal Analysis and Calorimetry, Vol. 2, pp. 581-587, 2008. 

 

[13] W. Jun, H. Shanshan, L. Zhanshuang, J. Xiaoyan, Z. Milin & J. Zhaohua, “Self-assembled CuO nanoarchitectures and their catalytic activity in the thermal decomposition of ammonium perchlorate”, Colloid Polymer Science, Vol. 20, pp. 853-858, 2009.

[14] N. B. Singh & A. K. Ojha, “Co-precipitation of a mixture of CuO and Cr₂0₃ through NaN0₃-KN0₃ eutectic mixture and its catalytic activity”, Indian Journal of Chemistry, Vol. 6, pp. 2475-2479, 2002.

 

[15] S. Satyawati, L. Joshi, R. Prajakta, L. Patil & V. N. Krishnamurthy, “Thermal Decomposition of Ammonium Perchlorate in thePresence of Nanosized Ferric Oxideˮ, Defence science journal, Vol. 58, pp. 721-727, 2008.

 

[16] Said, M. M. Abd, E. L. Wahab, S. A. Soliman & M. N. Goda, “Synthesis and Characterization of Nano CuO-NiO Mixed Oxides”, Nuclear Science and Engineering, Vol. 2, pp. 17-28, 2014.

 

[17] G. Singh, I. P. Kapoor, S. Dubey & R. P. Srivastava, “Preparation, characterization and catalytic behavior of CdFe2O4 and Cd nanocrystals on AP, HTPB and composite solid propellants”, Thermochimica Acta, Vol. 511, pp. 112-118, 2010.

[18] N. Christensen, B. Lebech, N. H. Andersenc & J. C. Griveld, “The crystal structure of paramagnetic copper(II) oxalate (CuC₂O₄): formation and thermal decomposition of randomly stacked anisotropic nano-sized crystallites”, Dalton Transactions, Vol. 43, pp. 154-167, 2014.

 

[19] H. Schmittler, Zentralinstitut F. Phys. Chemie, Dt. Akad. Wiss. Berlin, Germany, Private Communication, 1969.

 

[20] S. K. Zaware & S. S.Jadhav, “Kinetics and mechanism of thermal decomposition of binary mixture of barium oxalate and copper oxalate in the (1:2) mole ratio”, Research Journal of Pharmaceutical, Biological and Chemical Sciences, Vol. 4, pp. 760-776, 2013.

 

[21] Y. Zongxue, C. Lifen, L. Lude, Y. Xujie & W. Xin, “DSC/TG-MS Study on in situ catalytic thermal decomposition of ammonium perchlorate over CoC2O4”, Chinese Journal of Catalysis, Vol. 30, pp. 19-23, 2009.

 

[22]    ا. ایومن، م. تحریری و م. تحریری، "بررسی فعالیت کاتالیزوری نانو ذرات اکسید سریم بر تجزیه گرمایی آمونیم پرکلرات"، فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، در دست چاپ.

 

[23] M. W. Evans, R. B. Beyer & L. Mc Culley, “Initiation of deflagration waves at surfaces of ammonium perchlorate–copper chromite–carbon pellets”, Journal of Chemical Physics, Vol. 40, pp. 2431-2438, 1964.

 

[24] Sh. Zhao & D. Ma, “Preparation of CoFe₂O₄ nanocrystallites by solvothermal process and its catalytic activity on the thermal decomposition of ammonium perchlorate”, Journal of Nuclear Materials, Vol. 3, pp. 5-12, 2010.

 

[25] Y. Wang, X. Xia, J. Zhu, Y. Li, X. Wang & X. Hu, “Catalytic activity of nanometer-sized CuO/Fe₂O₃ on thermal decomposition of AP and combustion of AP-based propellant”, Combustion Science and Technology, Vol. 183, pp. 154-162, 2011.

 

[26] Sh. Chaturvedi & P. N. Dave, “Nano-metal oxide: potential catalyst on thermal decomposition of ammonium perchlorate”, Defence science journal, Vol. 11, pp. 1-27, 2011.

 

[27] B. Jankovi, “Kinetic analysis of the nonisothermal decomposition of potassium metabisulfite using the model-fitting and isoconversional (model-free) methods”, Chemical Engineering Journal, Vol. 139, pp. 128-135, 2008.

 

[28] N. Sbirrazzuoli, L. Vincent, A. Mija & N. Guigo, “Integral, Differential and Advanced Isoconversional Methods ComplexMechanisms and Isothermal Predicted Conversion–Time Curves”, Chemometrics and Intelligent Laboratory, Vol. 96, pp. 219-226, 2009.

 

[29] S. Vyazovkin & C. A. Wight, “Isothermal and Nonisothermal Kinetics of Reactions of Solids”, Journal Physical Chemistry, Vol. 17, pp. 407-433, 1998.

 

[30] Eslami, S. G. Hosseini & V. Asadi, “The effect of microencapsulation with nitrocellulose on thermal properties of sodium azide particles”, progress in organic coating, Vol. 65, pp.65, 2009.

 

[31] P. S. Low, J. L. Bada & G. N. Somero, “Temperature Adaptation of enzymes: roles of the free energy, the enthalpy, and the entropy of activation”, Proceedings of the National Academy of Sciences, Vol. 70, pp. 430-432, 1973.

 

[32] H. Zarrok, A. Zarrouk, R. Salghi, M. Assouag, B. Hammouti, H. Oudda1, S. Boukhris, S. S. Deyab & I. Warad “Inhibitive properties and thermodynamic characterization of quinoxaline derivative on carbon steel corrosion in acidic medium”,Der Pharmacia Lettre, Vol. 5, pp. 43-53, 2013.

 

[33] K. J. Laidler, “Chemical Kinetics”, 1987.

 

[34]P. W. Atkins & J. D. Paula, Physical Chemistry, 8th Ed., Freeman, New York, 2006.