RU2388689C1 - Способ получения карбида вольфрама w2c - Google Patents
Способ получения карбида вольфрама w2c Download PDFInfo
- Publication number
- RU2388689C1 RU2388689C1 RU2008150289/15A RU2008150289A RU2388689C1 RU 2388689 C1 RU2388689 C1 RU 2388689C1 RU 2008150289/15 A RU2008150289/15 A RU 2008150289/15A RU 2008150289 A RU2008150289 A RU 2008150289A RU 2388689 C1 RU2388689 C1 RU 2388689C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- carbon
- tungsten
- mixture
- tungsten carbide
- tungsten oxide
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Catalysts (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области неорганического синтеза и может быть использовано в металлургической промышленности, производстве инструментов, катализе. В барабан планетарной мельницы загружают оксид вольфрама WO3 с углеродным материалом, в качестве которого используют графит, или антрацит, или активированный уголь, или сажу, или углеродные ксерогели, или нановолокнистый углерод, или углеродные волокна из полиакрилонитрила, или их любые смеси. Смесь подвергают механохимической активации в присутствии металлов-восстановителей, в качестве которых используют кальций, или магний, или алюминий, или титан, или цирконий, или марганец, или цинк, или их любую смесь. Для удаления примесей оксидов металлов-восстановителей и металлического железа полученные материалы обрабатывают растворами кислот или щелочей. Проводят рентгенофазовый анализ. Изобретение позволяет получить наноразмерные карбиды вольфрама с низким потреблением энергии и малым временем синтеза. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к области неорганического синтеза, а именно к получению карбидов вольфрама, и может найти применение в металлургической промышленности, производстве инструментов, катализе.
Карбид вольфрама WC находит широкое применение для легирования сталей и изготовления покрытий для режущих инструментов. Известно также о применении карбидов в качестве катализаторов реакций дегидрирования циклогексана в бензол [Газиев Г.А. // ДАН СССР, 1961, т.140, в.4, с.863], гидрирования моноксида углерода [Patterson P.M., Das Т.К., Davis В.Н. // Appl. Catal.: General, 2003, v.251, p.449-455]. В последнее время много исследований посвящено применению карбидов вольфрама в качестве катализаторов электрокаталитических процессов, например, окисления водорода в топливных элементах [Наrа Y., Minami N., Itagaki Н. // Appl. Catal.: General, 2007, v.323, p.86-93; McIntyre D.R., Burshtein G.T., Vossen A. // J.Power Source, 2002, v.107, p.67-73] или восстановления нитрометана [Zheng H., Ma Ch., Wang W., Huang J. // Electrochem. Comm., 2006, v.8, p.977-981]. Преимуществами карбидов вольфрама в этих процессах перед платиновыми катализаторами являются их низкая стоимость, химическая инертность и высокая устойчивость к отравлению моноксидом углерода, который, как правило, присутствует в водороде в количествах до нескольких сотен ppm.
Карбид вольфрама (WC), используемый для легирования сталей, производят тремя методами [Косолапова Т.Я. Карбиды. М., 1968]:
- Взаимодействием вольфрама с углеродом в среде водорода при температурах 1430-1630°C.
- Взаимодействием триоксида вольфрама, вольфрамовой кислоты или паравольфрамата аммония с водородом и метаном при температурах 900-1000°C.
- Разложением карбонила вольфрама W(CO)6 при температуре 1030°C.
Еще более жесткие условия требуются для получения карбида вольфрама W2C: взаимодействие вольфрама с углеродом в среде водорода при температурах 3000-3200°C [Косолапова Т.Я. Карбиды. М., 1968].
Во всех случаях образуется грубодисперсный карбид вольфрама, малопригодный для использования в производстве инструментов и в качестве катализаторов. В работах [Patterson P.M., Das T.K., Davis В.Н. // Appl. Catal.: General, 2003, v.251, p.449-455; Hara Y., Minami N., Itagaki H. // Appl. Catal.: General, 2007, v.323, p.86-93] описаны методы получения карбидов вольфрама карбонизацией нитрида и сульфида вольфрама в среде углеродсодержащих газов (углеводороды, CO) и водорода. При таких методах, как правило, получается смесь нескольких карбидов вольфрама.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ получения композитов, содержащих карбид вольфрама, методом механохимической активации (МХА) смеси порошка вольфрама с углеродом и медью [Baikalova Yu.V., Lomovsky O.I. // Journal of Alloys and Compounds, 2000, v.297, p.87-91] или кобальтом [РФ 2120840, B22F 9/054, 27.101998]. Содержание карбидов вольфрама в получаемых композитах не более 5 мас.%.
В качестве прототипа выбран способ приготовления шихты для твердых сплавов на основе карбида вольфрама, включающий механическую обработку порошков компонентов шихты, механической обработке подвергают порошки вольфрама, углерода и кобальта в механохимическом реакторе при ускорении 40-60 g в течение 10-30 мин. [РФ 2120840, B22F 9/054, 27.101998]. Содержание карбидов вольфрама в получаемом композите не более 5 мас.%.
Недостатками известных методов приготовления являются: большой расход энергии, необходимость применения высоких температур, большое время синтеза, низкая производительность в случае применения МХА.
Задачей данного изобретения является разработка способа получения наноразмерных карбидов вольфрама с низким потреблением энергии и малым временем синтеза.
Задача получения карбида вольфрама W2C решается механохимической активацией смесей оксида вольфрама (WO3) с углеродным материалом и металлом-восстановителем. В качестве источника углерода используют графит или антрацит, или активированный уголь, или сажу, или углеродные ксерогели, или нановолокнистый углерод, или углеродные волокна из полиакрилонитрила, или их любые смеси. В качестве металлов-восстановителей используют металлы с окислительно-восстановительным потенциалом перехода металл-оксид более отрицательным, чем у вольфрама, например кальций, магний, алюминий, титан, цирконий, марганец, цинк или их любые смеси.
Соотношение оксида вольфрама WO3 и металлов-восстановителей соответствует необходимому по стехиометрии восстановления оксида вольфрама WO3 до металла W. Соотношение оксида вольфрама WO3 и углеродных материалов превышает необходимое для образования карбида вольфрама W2C на 10-50%.
Для удаления примесей оксидов металлов-восстановителей и металлического железа, образующегося при абразивном износе барабанов мельниц и мелющих тел, полученные материалы обрабатывают растворами азотной или соляной кислоты или растворами гидроксидов натрия и калия.
Технический результат : получен чистый карбид вольфрама W2C с размерами кристаллитов 13-25 нм. Высокая дисперсность позволяет повысить эффективность использования материала в качестве катализатора и изготавливать абразивные инструменты, позволяющие повысить класс обработки.
Сущность изобретения иллюстрируется следующими примерами и иллюстрациями. Пример 1.
В барабан планетарной мельницы загружают 3,8 г WO3, 1,2 г Mg, 0,5 г C (углеродный ксерогель). Смесь подвергают механохимической активации в планетарной мельнице АГО-2 при частоте вращения барабанов 10 с-1 в течение 30 мин. По данным рентгенофазового анализа в активированной смеси содержатся карбид вольфрама W2C и оксид магния (Фиг.1).
Пример 2.
В барабан планетарной мельницы загружают 4,2 г WO3, 0,8 г Al, 0,5 г C (активированный уголь БАУ). Смесь подвергают механохимической активации в планетарной мельнице АГО-2 при частоте вращения барабанов 17 с-1 в течение 10 мин. По данным рентгенофазового анализа в активированной смеси содержатся карбид вольфрама W2C и оксид алюминия (Фиг.2).
Пример 3.
В барабан планетарной мельницы загружают 4,2 г WO3, 0,66 г Mg, 0,65 г Ti 0,5 г C (активированный уголь БАУ). Смесь подвергают механохимической активации в планетарной мельнице АГО-2 при частоте вращения барабанов 17 с-1 в течение 10 мин. По данным рентгенофазового анализа в активированной смеси содержатся карбид вольфрама W2C, диоксид титана и оксид магния.
Пример 4.
Аналогичен примеру 1, в качестве металла-восстановителя используют кальций. Пример 5.
Аналогичен примеру 1, в качестве углеродного материала используют смесь активированного угля БАУ и сажи П-245, а в качестве металла-восстановителя цирконий.
Пример 6.
Образцы по примерам 1, 3 обрабатывают разбавленной азотной кислотой для удаления примесей оксидов металлов-восстановителей. Полученные продукты содержат 100% карбида вольфрама W2C.
Пример 7.
Образцы по примерам 4-5 обрабатывают соляной кислотой для удаления примесей оксидов металлов-восстановителей. Полученные продукты содержат 100% карбида вольфрама W2C.
Пример 8.
Образец по примеру 2 обрабатывают раствором гидроксида натрия для удаления примеси оксида алюминия. Полученный продукт содержит 100% карбида вольфрама W2C.
Пример 9.
Образец по примеру 2 обрабатывают раствором гидроксида калия для удаления примеси оксида алюминия. Полученный продукт содержит 100% карбида вольфрама W2C.
Пример 10.
Аналогичен примеру 1, в качестве углеродного материала используют графит, а в качестве металла-восстановителя марганец.
Пример 11.
Аналогичен примеру 1, в качестве углеродного материала используют антрацит, а в качестве металла-восстановителя цинк.
Пример 12.
Аналогичен примеру 1, в качестве углеродного материала используют нановолокнистый углерод.
Пример 13.
Аналогичен примеру 1, в качестве углеродного материала используют углеродные волокна из полиакрилонитрила.
Пример 14.
Аналогичен примеру 1, в качестве углеродного материала используют смесь активированного угля БАУ и нановолокнистого углерода, а в качестве металла-восстановителя смесь цинка и алюминия.
Пример 15.
Аналогичен примеру 1, в качестве углеродного материала используют смесь активированного угля БАУ и углеродных ксерогелей.
Пример 16.
Аналогичен примеру 1, в качестве углеродного материала используют смесь активированного угля БАУ и графита.
Пример 17.
Аналогичен примеру 1, в качестве углеродного материала используют смесь активированного угля БАУ и графита, а в качестве металла-восстановителя смесь алюминия и кальция.
Как видно из приведенных примеров и дифрактограмм, заявляемый способ позволяет получать карбид вольфрама состава W2C либо его смеси с другими компонентами, которые могут применяться для легирования сталей, изготовления абразивных инструментов, катализаторов и топливных элементов.
Claims (4)
1. Способ получения карбида вольфрама W2C механохимической активацией смесей соединений вольфрама с углеродным материалом в присутствии металлов-восстановителей, отличающийся тем, что в качестве соединения вольфрама используют оксид вольфрама WO3, в качестве углеродного материала используют графит, или антрацит, или активированный уголь, или сажу, или углеродные ксерогели, или нановолокнистый углерод, или углеродные волокна из полиакрилонитрила, или их любые смеси, а в качестве металлов-восстановителей используют кальций, или магний, или алюминий, или титан, или цирконий, или марганец, или цинк, или их любую смесь.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что соотношение оксида вольфрама WO3 и металлов-восстановителей соответствует необходимому по стехиометрии восстановления оксида вольфрама WO3 до металла W.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что соотношение оксида вольфрама WO3 и углеродных материалов превышает необходимое для образования карбида вольфрама W2C на 10-50%.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что для удаления примесей оксидов металлов-восстановителей и металлического железа полученные материалы обрабатывают растворами азотной или соляной кислоты, или растворами гидроксидов натрия и/или калия.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008150289/15A RU2388689C1 (ru) | 2008-12-18 | 2008-12-18 | Способ получения карбида вольфрама w2c |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008150289/15A RU2388689C1 (ru) | 2008-12-18 | 2008-12-18 | Способ получения карбида вольфрама w2c |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2388689C1 true RU2388689C1 (ru) | 2010-05-10 |
Family
ID=42673882
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008150289/15A RU2388689C1 (ru) | 2008-12-18 | 2008-12-18 | Способ получения карбида вольфрама w2c |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2388689C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2452784C1 (ru) * | 2011-04-18 | 2012-06-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тихоокеанский государственный университет" | Способ получения тонкодисперсного порошка карбида вольфрама |
| RU2599757C2 (ru) * | 2014-05-08 | 2016-10-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" | Способ получения карбида ванадия |
-
2008
- 2008-12-18 RU RU2008150289/15A patent/RU2388689C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2452784C1 (ru) * | 2011-04-18 | 2012-06-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тихоокеанский государственный университет" | Способ получения тонкодисперсного порошка карбида вольфрама |
| RU2599757C2 (ru) * | 2014-05-08 | 2016-10-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" | Способ получения карбида ванадия |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Li et al. | Efficient defect engineering in Co-Mn binary oxides for low-temperature propane oxidation | |
| Pudukudy et al. | Catalytic decomposition of methane over rare earth metal (Ce and La) oxides supported iron catalysts | |
| Chen et al. | Supported indium oxide as novel efficient catalysts for dehydrogenation of propane with carbon dioxide | |
| Takenaka et al. | Ni/SiO2 catalyst effective for methane decomposition into hydrogen and carbon nanofiber | |
| Zhang et al. | The nature of cobalt species in carbon nanotubes and their catalytic performance in Fischer–Tropsch reaction | |
| Zhang et al. | Low-temperature CO oxidation over CeO 2 and CeO 2@ Co 3 O 4 core–shell microspheres | |
| Tran et al. | La-doped cobalt supported on mesoporous alumina catalysts for improved methane dry reforming and coke mitigation | |
| JP6449251B2 (ja) | 酸化炭素を含まない水素およびバンブー構造カーボンナノチューブを製造するための低級炭化水素の触媒分解 | |
| Pudukudy et al. | Methane decomposition over unsupported mesoporous nickel ferrites: effect of reaction temperature on the catalytic activity and properties of the produced nanocarbon | |
| Cao et al. | Hydrothermal synthesis and catalytic properties of α-and β-MnO2 nanorods | |
| Fattahi et al. | Vanadium pentoxide catalyst over carbon-based nanomaterials for the oxidative dehydrogenation of propane | |
| Li et al. | Nanostructured molybdenum carbide on biochar for CO2 reforming of CH4 | |
| Chesnokov et al. | Morphology of carbon from methane on nickel-containing catalysts | |
| Salipira et al. | Carbon produced by the catalytic decomposition of methane on nickel: carbon yields and carbon structure as a function of catalyst properties | |
| Pudukudy et al. | Production of COx free hydrogen and nanocarbon via methane decomposition over unsupported porous nickel and iron catalysts | |
| Ochirkhuyag et al. | One-pot mechanochemical ball milling synthesis of the MnO x nanostructures as efficient catalysts for CO 2 hydrogenation reactions | |
| Adeniran et al. | Phase-structural and morphological features, dehydrogenation/re-hydrogenation performance and hydrolysis of nanocomposites prepared by ball milling of MgH2 with germanium | |
| RU2388689C1 (ru) | Способ получения карбида вольфрама w2c | |
| Cancino-Trejo et al. | Active Ni and Fe species on catalysts Ni/Al2O3 and NiFe/Al2O3 for the oxidative dehydrogenation (ODH) of ethane to ethylene assisted by CO2 | |
| Godinho et al. | Gadolinium-doped cerium oxide nanorods: novel active catalysts for ethanol reforming | |
| Mehrabi-Kalajahi et al. | Preparasion of layered V4AlC3 MAX phase for highly selective and efficient solvent-free aerobic oxidation of toluene to benzaldehyde | |
| Variava et al. | Carbon-supported gas-cleaning catalysts enable syn gas methanation at atmospheric pressure | |
| He et al. | Elucidating the layer-number impact of MoS2 on the adsorption and hydrogenation of CO | |
| RU2394761C1 (ru) | Способ получения карбида вольфрама wc | |
| Dien et al. | Facile synthesis of Co3O4@ SiO2/carbon nanocomposite catalysts from rice husk for low-temperature CO Oxidation |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20131219 |