一种碳基钨涂层催化剂的制备方法
【专利摘要】本发明提供一种碳基钨涂层催化剂的制备方法，以金相砂纸处理并超声清洗载体表面，之后烘干，将载体放入双辉炉阴极上，碳靶放在源极上，抽真空通氩气，在等离子轰击下渗碳，保温一段时间后以一定速率降至室温，即在载体上获得碳层，然后继续渗钨，将制备好的涂层在1000～2000℃常压氩气气氛中高温处理，即可获得此催化剂。此法沉积速度较快，靶材和载体之间产生高密度的等离子云，载体的侧面背面都包覆了涂层，进行高温处理，碳层和钨层转化为碳化钨涂层，涂层均匀致密，不会出现裂纹，载体与涂层之间结合较好。
【专利说明】
一种碳基钨涂层催化剂的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种催化剂的制备方法，特别是涉及一种碳基钨涂层催化剂的制备方法。
【背景技术】
[0002]甲烷是天然气的主要成分，随着石油资源的日益枯竭，储量丰富的天然气资源将成为最具希望的替代能源之一。面对巨大的资源优势，天然气的利用水平还很低。因此，将天然气通过化学催化等手段转化为易于运输的液体燃料或高附加值的化工产品，已为世界范围内众多研究者所关注。甲烷分子具有类似惰性气体电子排列、立体结构非常对称的分子结构，C-H键能高达435kJ/mol，在热力学上非常稳定。如何使这样稳定的分子得到有效活化，进而实现合理转化，成为目前多相催化领域中最富挑战性的课题之一。一般来说，甲烷制合成气有三条途径:即水蒸气重整，甲烷部分氧化和二氧化碳重整。其中二氧化碳重整制合成气过程具有如下优点:(1)产生的合成气中H2/C0比约为1，可直接作为羰基合成的原料，弥补了水蒸气重整制得的合成气中碳氢比较高的不足；(2)同时利用了甲烷和二氧化碳这两种对地球危害最大的气体，改善了人类的生态环境；(3)甲烷-二氧化碳重整是具有较大反应热的可逆反应，可以作为能量储存的介质。该过程是一强吸热反应(= 248 kj/mo I )，需要较高的反应温度(800°C )。因此，研制高活性、高选择和高稳定的催化剂是甲烷催化重整实现工业应用的关键因素之一，也是该领域研究中的热点。
[0003]第VDI族过渡金属催化剂(除Os外)对甲烷与二氧化碳催化重整都有催化活性，其中贵金属催化剂，具有较高的转化活性和不易积炭的特性，但贵金属资源有限，价格昂贵。近年来有研究者发现W的碳化物有较好的反应活性和抗积炭性能，可以作为甲烷、二氧化碳催化重整制合成气的新型催化剂。目前，用于甲烷与二氧化碳催化制合成气过程的催化剂主要是负载型催化剂，较为常用的载体包括A1203、MgO、S12, T12, ZrO2、泡沫陶瓷和稀土金属氧化物以及复合氧化物等等。
[0004]申请号为200910248543.4的中国专利公开了一种高密度碳化钨耐磨涂层的制备方法，按以下步骤进行:(I)将碳化钨涂层粉末平铺烘干，平铺厚度10?30mm，烘干温度为90?110°C，烘干时间至少2h ； (2)将铁基或镍基锻造合金表面用有机溶剂清洗干净，然后采用吹砂方法去除氧化皮等杂质；(3)将铁基或镍基锻造合金固定，采用超音速火焰喷涂设备，将上述碳化钨涂层粉末喷涂到铁基或镍基锻造合金表面，获得耐磨涂层。
[0005]申请号为201210541706.X的中国专利公开了一种高含量碳化钨梯度耐磨涂层的渗透钎焊制备方法，是将含有碳化钨WC或者碳化钨-钴WC-Co、镍铬合金粉N1-Cr的数层金属丝网柔性复合布依次用环氧树脂粘结剂黏贴在金属基体上；在真空炉中进行渗透钎焊。研制的WC含量高达70%的涂层，洛氏硬度达到HRC64-70，耐磨性显著提高。
[0006]以上两种发明都可以制得碳化钨涂层，但制得的涂层容易被污染，密度纯度都较低，易形成裂纹，除此之外，晶界强度和喷涂颗粒间的结合力较差。
【发明内容】
[0007]本发明旨在克服现有技术的不足，提供一种碳基钨涂层催化剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤:
(1)用金相砂纸处理并超声清洗载体表面，之后烘干；
(2)将载体放入双辉炉阴极上，将碳靶放在双辉炉源极上，与载体之间的距离为l(T20mm，调节阴极电压至40(T500V，源极电压至85(T900V，抽真空通入氩气；
(3)以1(T50°C/min的速率升温至80(Tl00(TC，在l(T48Pa工作气压下进行渗碳，保温f3h后以f 10°C /min的速率降温至室温，取出载体；
(4)将渗过碳的载体放入双辉炉阴极上，将钨靶放在双辉炉源极上，与载体之间的距离为2(T25mm，调节阴极电压至41(T460V，源极电压至81(T860V，抽真空通入氩气；
(5)以1(T50°C/min的速率升温至75(T950°C，在l(T48Pa工作气压下进行渗钨，保温Γ3.5h后以f 10°C /min的速率降温至室温，取出载体；
(6)将制备好的涂层在100(Γ2000?，常压氩气气氛中高温处理0.l?lh。
[0008]所述的载体是A1203、MgO、S12, T12, ZrO2、泡沫陶瓷、稀土金属氧化物或复合氧化物。
[0009]本发明的优点:(1)涂层的沉积速度较快，大大提高了涂层制备的效率。(2)靶材和载体之间产生高密度的等离子云，载体的侧面背面都包覆了涂层。(3)渗碳渗钨结束后，还进行高温处理，碳层和钨层转化为碳化钨涂层，涂层均匀致密，不会出现裂纹，载体与涂层之间结合较好。
【具体实施方式】
[0010]下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定。
[0011]实施例1
一种碳基钨涂层催化剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤:
(1)用金相砂纸处理并超声清洗S12载体表面，之后烘干；
(2)将载体放入双辉炉阴极上，将碳靶放在双辉炉源极上，与载体之间的距离为20mm，调节阴极电压至500V，源极电压至900V，抽真空通入氩气；
(3)以50°C/min的速率升温至900°C，在48Pa工作气压下进行渗碳，保温3h后以10C /min的速率降温至室温，取出载体；
(4)将渗过碳的载体放入双辉炉阴极上，将钨靶放在双辉炉源极上，与载体之间的距离为25mm,调节阴极电压至460V,源极电压至860V,抽真空通入気气；
(5)以50°C/min的速率升温至950°C，在48Pa工作气压下进行渗钨，保温3.5h后以10C /min的速率降温至室温，取出载体；
(6)将制备好的涂层在2000°C，常压氩气气氛中高温处理lh。
[0012]实施例2
一种碳基钨涂层催化剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤: (1)用金相砂纸处理并超声清洗Al2O3载体表面，之后烘干；
(2)将载体放入双辉炉阴极上，将碳靶放在双辉炉源极上，与载体之间的距离为15mm，调节阴极电压至450V，源极电压至850V，抽真空通入氩气；
(3)以25°C/min的速率升温至800°C，在35Pa工作气压下进行渗碳，保温2h后以5°C /min的速率降温至室温，取出载体；
(4)将渗过碳的载体放入双辉炉阴极上，将钨靶放在双辉炉源极上，与载体之间的距离为20mm，调节阴极电压至430V，源极电压至830V，抽真空通入氩气；
(5)以25°C/min的速率升温至850°C，在35Pa工作气压下进行渗钨，保温2h后以5°C /min的速率降温至室温，取出载体；
(6)将制备好的涂层在1500°C，常压氩气气氛中高温处理0.5h。
[0013]上述仅为本发明的两个【具体实施方式】，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护的范围的行为。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何形式的简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
【权利要求】
1.一种碳基钨涂层催化剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤: (1)用金相砂纸处理并超声清洗载体表面，之后烘干； (2)将载体放入双辉炉阴极上，将碳靶放在双辉炉源极上，与载体之间的距离为l(T20mm，调节阴极电压至40(T500V，源极电压至85(T900V，抽真空通入氩气； (3)以1(T50°C/min的速率升温至80(Tl00(TC，在l(T48KPa工作气压下进行渗碳，保温f3h后以f 10°C /min的速率降温至室温，取出载体； (4)将渗过碳的载体放入双辉炉阴极上，将钨靶放在双辉炉源极上，与载体之间的距离为2(T25mm，调节阴极电压至41(T460V，源极电压至81(T860V，抽真空通入氩气； (5)以1(T50°C/min的速率升温至75(T950°C，在l(T48KPa工作气压下进行渗钨，保温Γ3.5h后以f 10°C /min的速率降温至室温，取出载体； (6)将制备好的涂层在100(Γ2000?，常压氩气气氛中高温处理0.l?lh。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的载体是A1203、MgO、S12,T12,ZrO2、泡沫陶瓷、稀土金属氧化物或复合氧化物。
【文档编号】B01J23/30GK104307511SQ201410604587
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年11月3日 优先权日:2014年11月3日
【发明者】沙李丽, 聂丽丽 申请人:太仓派欧技术咨询服务有限公司