[发明专利]一种碳基钨涂层催化剂的制备方法

说明书

技术领域

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

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/CO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(⊿H = 248 kJ/mo l ), 需要较高的反应温度( 800℃ )。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。

第Ⅷ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Al₂O₃、MgO、SiO₂、TiO₂、ZrO₂、泡沫陶瓷和稀土金属氧化物以及复合氧化物等等。

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：(1)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℃，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。

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Ni-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。 

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

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10~20mm，调节阴极电压至400~500V，源极电压至850~900V，抽真空通入氩气；

（3）以10~50℃/min的速率升温至800~1000℃，在10~48Pa工作气压下进行渗碳，保温1~3h后以1~10℃/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20~25mm，调节阴极电压至410~460V，源极电压至810~860V，抽真空通入氩气；

（5）以10~50℃/min的速率升温至750~950℃，在10~48Pa工作气压下进行渗钨，保温1~3.5h后以1~10℃/min的速率降温至室温，取出载体；

（6）将制备好的涂层在1000~2000℃，常压氩气气氛中高温处理0.1~1h。

所述的载体是Al₂O₃、MgO、SiO₂、TiO₂、ZrO₂、泡沫陶瓷、稀土金属氧化物或复合氧化物。