CN1297476C - 甲醇裂解制备纳米碳化钨粉的方法 - Google Patents

甲醇裂解制备纳米碳化钨粉的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种甲醇裂解低温气相碳化制备纳米WC粉的方法，以平均粒径为21nm、比表面积BET为54m2/g的WO3粉作原料，甲醇作为碳源，在Co/Fe催化剂的作用下，在450℃～950℃的温度下反应1.5～4小时，即得到纳米级的WC。采用甲醇低温催化裂解，甲醇通过液泵、流量计进预热管道，预热管温度控制在300℃～420℃，将甲醇预热汽化后，送入催化裂解器，在420℃～550℃即可使甲醇气裂解，得到所要的反应气氛CO和H2；CO和H2与纳米WO3粉反应1.5～4小时，脱去氧原子，生成纳米WC。本发明的优点在于：成本低，裂解效率高，WC粒度可控并均匀稳定。

Description

甲醇裂解制备纳米碳化钨粉的方法
技术领域
本发明属于纳米WC粉制备技术领域，特别是提供了一种甲醇裂解低温气相碳化制备纳米WC粉的方法。
背景技术
碳化钨(WC)是难熔金属碳化物的一种，是硬质合金的重要组分。硬质合金是一种重要的工业材料，被誉为“工业的牙齿”。纳米晶WC基硬质合金，是纳米材料中的一个分支，是继发现纳米晶的陶瓷材料在具有较高硬度的同时又具有高的断裂韧性和延展性后，用纳米级的WC/Co粉末作原料，生产出的具有高硬度、高耐磨性和高韧性的硬质合金材料。
以往制备粒度小于1μm的WC粉，必须先制备细颗粒钨粉，然后在1300℃以上的高温与碳黑发生固相碳化反应制成细颗粒碳化钨(WC)粉，再经长时间强化球磨破碎，方能获得平均粒度小于1μm的WC粉。七十多年来世界各国的生产实践证明，用这种工艺无法制备出WC平均粒度小于0.5μm的超细颗粒WC粉。而且强化球磨破碎的结果，又会导致粉末脏化、活性剧增及能产生剧烈氧化或爆炸的危险。
发明内容
本发明目的在于提供一种甲醇裂解低温气相碳化制备纳米WC粉的方法，能显著降低生产成本，可在较低的温度下生产平均粒径小于100nm、颗粒近球形的WC粉末。
一种甲醇裂解低温气相碳化制备纳米WC粉的方法，其特征在于：以平均粒径为21nm、比表面积BET为54m2/g的WO3粉作原料，甲醇作为碳源，采用甲醇低温催化裂解，甲醇通过液泵、流量计进预热管道，预热管温度控制在300℃～420℃，将甲醇预热汽化后，送入催化裂解器，在Co/Fe催化剂的作用下，在420℃～550℃使甲醇气裂解，裂解气经过冷凝器，再通过干燥器或分子筛脱水，得到所要的反应气氛CO和H2；具体反应如下：
裂解气经气体流量计进入管径为Φ50mm的管式反应炉，气体流量为150～600ml/分钟，纳米WO3粉的装舟量为10～35g/舟；在500℃～950℃的温度下，CO和H2与纳米WO3粉反应1.5～4小时，脱去氧原子，生成纳米WC；具体反应如下：
由于反应是在较低的温度下进行，且还原反应生成的中间产物W很快被CO碳化生成WC，防止WO3及其中间产物的长大，最终能得到小于100nm的WC粉。
相对于传统碳化制WC粉的方法，本发明具有以下优点：
(1)成本低。甲醇来源广泛且价格便宜，利用甲醇的裂解气直接参与反应，无气体分离环节，缩短了工艺流程，降低了成本。
(2)裂解效率高。采用了高活性、高选择性的Co/Fe催化剂，有效地降低了CO2含量，提高了甲醇的裂解效率。
(3)WC粒度可控。在低温下，控制反应温度和时间，能制得粒度均匀稳定的纳米WC粉。
附图说明
图1为纳米WC粉的生产工艺图。
图2为纳米WC颗粒的透射电镜TEM形貌图。
具体实施方式
实施例1：
以平均粒径为21nm、比表面积(BET)为54m2/g的WO3粉作原料。用液泵把甲醇(CH3OH)输送到预热管道，保持预热温度为320℃，甲醇汽化，送入催化裂解器，工作温度为540℃，甲醇裂解为CO和H2，CO和H2通过干燥器和分子筛脱水，干燥后送入管式反应炉，气体流量为200ml/min，纳米WO3粉的装舟量为12g/舟，在510℃下保温3.5小时，充分冷却后取出，制得纳米WC粉。
实施例2：
以平均粒径为21nm、比表面积(BET)为54m2/g的WO3粉作原料。液泵输送甲醇(CH3OH)到预热管道，在380℃预热后甲醇汽化，送入催化裂解器，在490℃甲醇裂解为CO和H2，裂解产物CO和H2通过干燥器和分子筛脱水后送入管式反应炉，控制气体流量为350ml/min，纳米WO3粉的装舟量为25g/舟，在720℃下保温2.5小时，制得纳米WC粉。
实施例3：
以平均粒径为21nm、比表面积(BET)为54m2/g的WO3粉作原料。用液泵把甲醇(CH3OH)输送到预热管道，保持预热温度为410℃，甲醇汽化，送入催化裂解器，工作温度为430℃，甲醇裂解为CO和H2，CO和H2通过干燥器和分子筛脱水，干燥后送入管式反应炉，控制气体流量为550ml/min，纳米WO3粉的装舟量为33g/舟，在940℃下保温1.5小时，制得纳米WC粉。

Claims (1)

1、一种甲醇裂解低温气相碳化制备纳米WC粉的方法，其特征在于：以平均粒径为21nm、比表面积BET为54m2/g的WO3粉作原料，甲醇作为碳源，采用甲醇低温催化裂解，甲醇通过液泵、流量计进预热管道，预热管温度控制在300℃～420℃，将甲醇预热汽化后，送入催化裂解器，在Co/Fe催化剂的作用下，在420℃～550℃使甲醇气裂解，裂解气经过冷凝器，再通过干燥器或分子筛脱水，得到所要的反应气氛CO和H2；具体反应如下：
裂解气经气体流量计进入管径为Φ50mm的管式反应炉，气体流量为150～600ml/分钟，纳米WO3粉的装舟量为10～35g/舟；在500℃～950℃的温度下，CO和H2与纳米WO3粉反应1.5～4小时，脱去氧原子，生成纳米WC；具体反应如下：
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