一種碳基鎢塗層催化劑的製備方法
2023-06-01 17:27:36 1
一種碳基鎢塗層催化劑的製備方法
【專利摘要】本發明提供一種碳基鎢塗層催化劑的製備方法，以金相砂紙處理並超聲清洗載體表面，之後烘乾，將載體放入雙輝爐陰極上，碳靶放在源極上，抽真空通氬氣，在等離子轟擊下滲碳，保溫一段時間後以一定速率降至室溫，即在載體上獲得碳層，然後繼續滲鎢，將製備好的塗層在1000～2000℃常壓氬氣氣氛中高溫處理，即可獲得此催化劑。此法沉積速度較快，靶材和載體之間產生高密度的等離子云，載體的側面背面都包覆了塗層，進行高溫處理，碳層和鎢層轉化為碳化鎢塗層，塗層均勻緻密，不會出現裂紋，載體與塗層之間結合較好。
【專利說明】
一種碳基鎢塗層催化劑的製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種催化劑的製備方法，特別是涉及一種碳基鎢塗層催化劑的製備方法。
【背景技術】
[0002]甲烷是天然氣的主要成分，隨著石油資源的日益枯竭，儲量豐富的天然氣資源將成為最具希望的替代能源之一。面對巨大的資源優勢，天然氣的利用水平還很低。因此，將天然氣通過化學催化等手段轉化為易於運輸的液體燃料或高附加值的化工產品，已為世界範圍內眾多研究者所關注。甲烷分子具有類似惰性氣體電子排列、立體結構非常對稱的分子結構，C-H鍵能高達435kJ/mol，在熱力學上非常穩定。如何使這樣穩定的分子得到有效活化，進而實現合理轉化，成為目前多相催化領域中最富挑戰性的課題之一。一般來說，甲烷制合成氣有三條途徑:即水蒸氣重整，甲烷部分氧化和二氧化碳重整。其中二氧化碳重整制合成氣過程具有如下優點:(1)產生的合成氣中H2/C0比約為1，可直接作為羰基合成的原料，彌補了水蒸氣重整製得的合成氣中碳氫比較高的不足；(2)同時利用了甲烷和二氧化碳這兩種對地球危害最大的氣體，改善了人類的生態環境；(3)甲烷-二氧化碳重整是具有較大反應熱的可逆反應，可以作為能量儲存的介質。該過程是一強吸熱反應(= 248 kj/mo I )，需要較高的反應溫度(800°C )。因此，研製高活性、高選擇和高穩定的催化劑是甲烷催化重整實現工業應用的關鍵因素之一，也是該領域研究中的熱點。
[0003]第VDI族過渡金屬催化劑(除Os外)對甲烷與二氧化碳催化重整都有催化活性，其中貴金屬催化劑，具有較高的轉化活性和不易積炭的特性，但貴金屬資源有限，價格昂貴。近年來有研究者發現W的碳化物有較好的反應活性和抗積炭性能，可以作為甲烷、二氧化碳催化重整制合成氣的新型催化劑。目前，用於甲烷與二氧化碳催化制合成氣過程的催化劑主要是負載型催化劑，較為常用的載體包括A1203、MgO、S12, T12, ZrO2、泡沫陶瓷和稀土金屬氧化物以及複合氧化物等等。
[0004]申請號為200910248543.4的中國專利公開了一種高密度碳化鎢耐磨塗層的製備方法，按以下步驟進行:(I)將碳化鎢塗層粉末平鋪烘乾，平鋪厚度10?30mm，烘乾溫度為90?110°C，烘乾時間至少2h ； (2)將鐵基或鎳基鍛造合金表面用有機溶劑清洗乾淨，然後採用吹砂方法去除氧化皮等雜質；(3)將鐵基或鎳基鍛造合金固定，採用超音速火焰噴塗設備，將上述碳化鎢塗層粉末噴塗到鐵基或鎳基鍛造合金表面，獲得耐磨塗層。
[0005]申請號為201210541706.X的中國專利公開了一種高含量碳化鎢梯度耐磨塗層的滲透釺焊製備方法，是將含有碳化鎢WC或者碳化鎢-鈷WC-Co、鎳鉻合金粉N1-Cr的數層金屬絲網柔性複合布依次用環氧樹脂粘結劑黏貼在金屬基體上；在真空爐中進行滲透釺焊。研製的WC含量高達70%的塗層，洛氏硬度達到HRC64-70，耐磨性顯著提高。
[0006]以上兩種發明都可以製得碳化鎢塗層，但製得的塗層容易被汙染，密度純度都較低，易形成裂紋，除此之外，晶界強度和噴塗顆粒間的結合力較差。
【發明內容】
[0007]本發明旨在克服現有技術的不足，提供一種碳基鎢塗層催化劑的製備方法，其特徵在於包括以下步驟:
(1)用金相砂紙處理並超聲清洗載體表面，之後烘乾；
(2)將載體放入雙輝爐陰極上，將碳靶放在雙輝爐源極上，與載體之間的距離為l(T20mm，調節陰極電壓至40(T500V，源極電壓至85(T900V，抽真空通入氬氣；
(3)以1(T50°C/min的速率升溫至80(Tl00(TC，在l(T48Pa工作氣壓下進行滲碳，保溫f3h後以f 10°C /min的速率降溫至室溫，取出載體；
(4)將滲過碳的載體放入雙輝爐陰極上，將鎢靶放在雙輝爐源極上，與載體之間的距離為2(T25mm，調節陰極電壓至41(T460V，源極電壓至81(T860V，抽真空通入氬氣；
(5)以1(T50°C/min的速率升溫至75(T950°C，在l(T48Pa工作氣壓下進行滲鎢，保溫Γ3.5h後以f 10°C /min的速率降溫至室溫，取出載體；
(6)將製備好的塗層在100(Γ2000?，常壓氬氣氣氛中高溫處理0.l?lh。
[0008]所述的載體是A1203、MgO、S12, T12, ZrO2、泡沫陶瓷、稀土金屬氧化物或複合氧化物。
[0009]本發明的優點:(1)塗層的沉積速度較快，大大提高了塗層製備的效率。(2)靶材和載體之間產生高密度的等離子云，載體的側面背面都包覆了塗層。(3)滲碳滲鎢結束後，還進行高溫處理，碳層和鎢層轉化為碳化鎢塗層，塗層均勻緻密，不會出現裂紋，載體與塗層之間結合較好。
【具體實施方式】
[0010]下面結合具體實施例，進一步闡明本發明，應理解這些實施例僅用於說明本發明而不用於限制本發明的範圍，在閱讀了本發明之後，本領域技術人員對本發明的各種等價形式的修改均落於本申請所附權利要求所限定。
[0011]實施例1
一種碳基鎢塗層催化劑的製備方法，其特徵在於包括以下步驟:
(1)用金相砂紙處理並超聲清洗S12載體表面，之後烘乾；
(2)將載體放入雙輝爐陰極上，將碳靶放在雙輝爐源極上，與載體之間的距離為20mm，調節陰極電壓至500V，源極電壓至900V，抽真空通入氬氣；
(3)以50°C/min的速率升溫至900°C，在48Pa工作氣壓下進行滲碳，保溫3h後以10C /min的速率降溫至室溫，取出載體；
(4)將滲過碳的載體放入雙輝爐陰極上，將鎢靶放在雙輝爐源極上，與載體之間的距離為25mm,調節陰極電壓至460V,源極電壓至860V,抽真空通入気氣；
(5)以50°C/min的速率升溫至950°C，在48Pa工作氣壓下進行滲鎢，保溫3.5h後以10C /min的速率降溫至室溫，取出載體；
(6)將製備好的塗層在2000°C，常壓氬氣氣氛中高溫處理lh。
[0012]實施例2
一種碳基鎢塗層催化劑的製備方法，其特徵在於包括以下步驟: (1)用金相砂紙處理並超聲清洗Al2O3載體表面，之後烘乾；
(2)將載體放入雙輝爐陰極上，將碳靶放在雙輝爐源極上，與載體之間的距離為15mm，調節陰極電壓至450V，源極電壓至850V，抽真空通入氬氣；
(3)以25°C/min的速率升溫至800°C，在35Pa工作氣壓下進行滲碳，保溫2h後以5°C /min的速率降溫至室溫，取出載體；
(4)將滲過碳的載體放入雙輝爐陰極上，將鎢靶放在雙輝爐源極上，與載體之間的距離為20mm，調節陰極電壓至430V，源極電壓至830V，抽真空通入氬氣；
(5)以25°C/min的速率升溫至850°C，在35Pa工作氣壓下進行滲鎢，保溫2h後以5°C /min的速率降溫至室溫，取出載體；
(6)將製備好的塗層在1500°C，常壓氬氣氣氛中高溫處理0.5h。
[0013]上述僅為本發明的兩個【具體實施方式】，但本發明的設計構思並不局限於此，凡利用此構思對本發明進行非實質性的改動，均應屬於侵犯本發明保護的範圍的行為。但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何形式的簡單修改、等同變化與改型，仍屬於本發明技術方案的保護範圍。
【權利要求】
1.一種碳基鎢塗層催化劑的製備方法，其特徵在於包括以下步驟: (1)用金相砂紙處理並超聲清洗載體表面，之後烘乾； (2)將載體放入雙輝爐陰極上，將碳靶放在雙輝爐源極上，與載體之間的距離為l(T20mm，調節陰極電壓至40(T500V，源極電壓至85(T900V，抽真空通入氬氣； (3)以1(T50°C/min的速率升溫至80(Tl00(TC，在l(T48KPa工作氣壓下進行滲碳，保溫f3h後以f 10°C /min的速率降溫至室溫，取出載體； (4)將滲過碳的載體放入雙輝爐陰極上，將鎢靶放在雙輝爐源極上，與載體之間的距離為2(T25mm，調節陰極電壓至41(T460V，源極電壓至81(T860V，抽真空通入氬氣； (5)以1(T50°C/min的速率升溫至75(T950°C，在l(T48KPa工作氣壓下進行滲鎢，保溫Γ3.5h後以f 10°C /min的速率降溫至室溫，取出載體； (6)將製備好的塗層在100(Γ2000?，常壓氬氣氣氛中高溫處理0.l?lh。
2.根據權利要求1所述的製備方法，其特徵在於所述的載體是A1203、MgO、S12,T12,ZrO2、泡沫陶瓷、稀土金屬氧化物或複合氧化物。
【文檔編號】B01J23/30GK104307511SQ201410604587
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年11月3日 優先權日:2014年11月3日
【發明者】沙李麗, 聶麗麗 申請人:太倉派歐技術諮詢服務有限公司