پژوهشنامه علوم دفاعی

پژوهشنامه علوم دفاعی

سنتز نانو هیبریدهای اکسید آهن و بررسی تأثیر کاتالیستی آنها بر تجزیه حرارتی آمونیوم پرکلرات

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده
موسی نظری
استادیار، گروه مهندسی شیمی، دانشگاه جامع امام حسین (ع)- دانشکده و پژوهشکده فنی و مهندسی- مرکز علم و فناوری موسم، تهران، ایران
چکیده
در این پژوهش، نانو هیبریدهای اکسید آهن با هدف بهبود عملکرد کاتالیستی در فرآیند تجزیه حرارتی آمونیوم پرکلرات (AP) سنتز و ارزیابی شدند. نانوذرات اکسید آهن شامل  CuFe₂O₄، ZnFe₂O₄، CoFe₂O₄  و ترکیبات هیبریدی CoZnFe₂O₄ و CuCoZnFe₂O₄ به روش رسوب‌دهی شیمیایی (هم‌رسوبی) سنتز گردیدند. مشخصه‌یابی ساختاری و مورفولوژیکی نمونه‌ها با استفاده از پراش پرتو ایکس (XRD) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) انجام شد. نتایج XRD تشکیل فاز اسپینل با خلوص بالا و اندازه بلورک‌ها در محدوده ۵۰ تا ۷۰ نانومتر را تأیید نمود. تصاویر SEM نیز مورفولوژی کروی و توزیع یکنواخت ذرات را نشان دادند.
عملکرد کاتالیستی نانو هیبریدهای سنتز شده در تجزیه حرارتی AP با استفاده از آنالیز گرماسنجی روبشی تفاضلی (DSC) مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که تمامی نانو هیبریدها تأثیر چشمگیری بر کاهش دمای تجزیه حرارتی AP داشته‌اند. بیشترین کاهش دما مربوط به نمونه هیبریدی CoZnFe₂O₄ بود که دمای تجزیه مرحله دوم را از C°۴۰۳ (برای AP خالص) بهC°۳۴۷ کاهش داد. همچنین نانو هیبرید CuCoZnFe₂O₄  دمای تجزیه را به  C°۳۶۳ رساند. نانو هیبریدهای اکسید آهن تأثیری بر دمای تغییر فاز بلوری AP (مرحله اول در C°۲۴۷( نداشته و صرفاً بر مرحله تجزیه گرمازا مؤثر بودند.
بهبود عملکرد کاتالیستی نانو هیبریدها به عواملی نظیر سطح ویژه بالا، اندازه ذرات کوچک، توزیع یکنواخت و حضور هم‌زمان کاتیون‌های فلزی با اوربیتال‌های d نیمه‌پر (مانند Co²⁺، Cu²⁺، ⁺Fe3) نسبت داده می‌شود که با تسهیل انتقال الکترون از یون پرکلرات و همچنین مکانیسم انتقال پروتون، انرژی فعال‌سازی تجزیه AP را کاهش می‌دهند. بر اساس یافته‌های این پژوهش، نانو هیبریدهای اکسید آهن به ویژه نمونه‌های حاوی روی و کبالت، پتانسیل بالایی به عنوان کاتالیست‌های کارآمد برای بهبود فرآیند احتراق در پیشرانه‌های جامد دارند.
کلیدواژه‌ها
تجزیه آمونیوم پرکلرات، نانو هیبرید اکسید آهن، رسوب‌دهی شیمیایی، سنتز نانو ذرا ت