介孔泡沫結構WO3 SCR脫硝催化劑

高活性和高穩定性的催化劑是SCR煙氣脫硝的核心技術,SCR催化劑按成分可以分為貴金屬、金屬氧化物和分子篩催化劑。目前廣泛應用的是金屬氧化物催化劑,尤其以釩基催化劑V2O5/TiO2、V2O5-WO3/TiO2活性最好。
 
介孔結構陶瓷
 
介孔泡沫材料具有較大的比表面,可以提高活性組分和助劑的負載量;同時由於介孔泡沫材料具有較大的孔道,煙氣的吸附和脫附都將有利於進行,從而提高催化劑的機械穩定性。本文提供原位合成法制備工藝簡單、成本低廉的新型高分散的三氧化鎢SCR煙氣脫硝催化劑;同時該催化劑具有抗燒結能力強,並保證活性組分的高分散性,提高脫硝活性等優勢。
 
步驟:
1.取一定量的聚乙二醇-聚丙二醇-聚乙二醇的三嵌段化合物(平均分子量為5800)溶0. 5-3 mol/L的鹽酸溶液中,攪拌2~4h;
2.將一定量的1,3,5-三甲苯加入步驟1得到的溶液中,攪拌;
3.往步驟2得到的溶液加入一定量的正矽酸乙酯溶液和0. 5-3mol/L的氯化鋁溶液,攪拌30分鐘後加入0.05~3mol/L的鎢酸鈉溶液,然後加入一定量的偏釩酸銨的草酸溶液;
4.步驟3得到的溶液在磁力攪拌器下反應大於4小時,然後置於80~100°C的水熱48小時,反應液完後冷卻至室溫,再進行分離,洗滌所得到的沉澱物,並烘乾;
5.煆燒步驟4得到的乾燥的沉澱物,其中煆燒溫度為500-800°C,煆燒時間為5-8小時,最終得到V2O5-WO3-Al2O3-SW2介孔泡沫結構催化劑。
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不同工藝下鎢銅材料的熱學性能與電導率對比

除了硬度、密度以及微觀結構的檢測外,對於鎢銅材料來說,常作為EDM電極、高壓放電管以及電子封裝熱沉材料,其熱學性能(熱導率、熱膨脹係數)和電導率也是必不可少的檢測項目。以下是對三種測試樣熱導率與電導率的測試結果:

不同工藝下鎢銅材料的熱學性能與電導率對比

從表中我們可以較為清晰地看出在三種工藝下鎢銅複合粉末通過注射成型後的熱導率最高,可達217W/(m·k),而相比之下,採用模壓和滲銅工藝的樣品熱導率水準較低。結合之前三者的微觀結構分析,研究人員總結出了幾個主要原因:

1.模壓工藝下的鎢銅複合材料雖然內部W、Cu兩相分佈較為均勻,但是存在一定的孔隙缺陷,這會嚴重地影響鎢銅複合材料的熱導率;

2.在最佳的滲銅工藝下,滲銅樣品雖然內部基本不會產生孔洞,但是其中的Cu相無法成為一個連通的網路,W與Cu兩相分佈不均勻,在導熱的過程中,有部分的熱導率傳遞是通過W相進行的,這也是其導熱率較低的一個關鍵因素;

3.而相對來說,採用注射成型工藝能夠有效避免這兩種缺陷,不僅提高了鎢銅產品的緻密度,而且使W與Cu兩相分佈均勻,因而其具有較高的熱導率。

從理論上說,固體材料的發生熱膨脹是由於原子作熱振動中心偏離平衡位置,即晶體振動的非諧效應。當燒結溫度升高,原子振動也加劇,原子振動能量越大,使得微觀上原子晶胞參數增大,而在宏觀上則表現為固體材料的熱膨脹。對於單相材料來說,其熱膨脹會隨著溫度的升高而升高。而對於鎢銅W-Cu兩相電子封裝複合材料具有較低的熱膨脹係數,其熱膨脹行為比單相材料複雜得多。通過實驗發現,在溫度較低時,鎢銅複合材料所表現出的是負膨脹,而當溫度超過一定值時才表現為正膨脹。注射成型與模壓成型工藝下的鎢銅樣品熱膨脹係數比滲銅樣品更為穩定,變化幅度更小。這是由於相變、磁致伸縮以及內部組織的原因,材料受熱膨脹會表現出一些特殊規律。通過加大W相在溫度升高時對Cu相膨脹的制約程度,從而降低鎢銅複合材料的熱膨脹係數。此外,由於材料之間熱膨脹係數不同,鎢銅複合材料內部會產生複雜的應力,而這些複雜應力分佈又會對組分的熱膨脹行為產生一定的約束和抑制作用。

而對於電導率則採用渦流法進行測定。當截有交變電流的線圈(也稱探頭)接近導電材料表面時,由於線圈交變磁場的作用,在材料表面和近表面感應出旋渦狀電流,此電流即為渦流。材料中的渦流又產生自己的磁場反作用於線圈,這種反作用的大小與材料表面和近表面的導電率有關。通過渦流導電儀可直接檢測出非鐵磁性導電材料的電導率。經檢測發現,注射成型的鎢銅樣品具有最高的導電率,可達37.43%IACS,遠高於模壓樣的29.85%IACS與滲銅樣的33.18%IACS。而主要原因也是由於注射成型的鎢銅產品緻密度高,內部孔隙少,且內部的Cu相形成連續網路,因而導電率高。

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硬質合金襯套

硬質合金襯套是由難熔金屬的硬質化合物和粘結金屬通過粉末冶金工藝製成的一種合金材料。硬質合金具有硬度高、耐磨、强度和韌性較好、耐熱、耐腐蝕等一系列優良效能,特別是它的高硬度和耐磨性,即使在500℃的溫度下也基本保持不變,在1000℃時仍有很高的硬度。硬質合金廣泛用做刀具資料,如車刀、銑刀、刨刀、鑽頭、鏜刀等,用於切削鑄鐵、有色金屬、塑膠、化纖、石墨、玻璃、石材和普通鋼材,也可以用來切削耐熱鋼、不銹鋼、高錳鋼、工具鋼等難加工的資料。現在新型硬質合金刀具的切削速度等於碳素鋼的數百倍。
 
硬質合金襯套簡介:
-採用先進的成型科技,可以製作各種複雜形狀的硬質合金產品;可以根據用戶的圖紙組織生產。
-變形小,精度非常高。
-無需進行機加工或者僅需要少量加工。
 
隨著石油開採量的提高,淺表面的石油减少,為了保證石油的使用量人們逐漸的向大深井,大斜度井發展,但開採石油的難度逐漸新增,故開採石油的零部件要求具有良好的耐磨性,耐腐蝕性或耐衝擊性等。
 
硬質合金襯套作為石油機械井中的耐磨部件,具有硬度高,耐磨性好,光潔度高等效能,在現代社會的應用已經越來越廣泛,滿足於日用和特殊效能的需要。部分企業採用噴焊工藝來提高硬質合金襯套的耐用度和使用壽命。
 
經過噴焊的硬質合金襯套硬度可達HRC60,耐磨性更好,可滿足石油機械行業的使用要求,但噴焊後的硬質合金襯套需進行車削加工,以便於保證圖紙的尺寸要求和精度要求。
 
現時,常見的刀具資料有硬質合金刀具,陶瓷刀具和立方氮化硼刀具,但從硬質合金襯套的硬度上就可排除硬質合金刀具,陶瓷刀具雖然適合加工高硬度工件,但只適合小餘量的精加工工序。故現時最適合加工硬質合金襯套的刀具資料非立方氮化硼刀具莫屬。
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紫外光照對CsxWO3薄膜的近紅外遮蔽性能的影響

圖為檸檬酸濃度為0.55 mol/I 的前驅液中反應3 d所合成的CsxWO3薄膜的透射光譜。由圖可見,CsxWO3薄膜在可見光區具有較高的透過率,在紫外區和短波近紅外區具有低的透過率,表現出良好的紫外遮蔽和近紅外遮蔽的趨勢,並且經過紫外等照射後,近紅外遮蔽趨勢進一步明顯,表現出更加優異的近紅外遮蔽性能。另外其薄膜經過紫外光照射後,顏色加深,說明CsxWO3薄膜發生了光致變色現象,並且CsxWO3薄膜的透射光譜的吸收邊向短波方向移動。根據Drude自由電子氣模型,自由載流子可以激發等離子體振動,而等離子體吸收邊頻率的平方與自由載流子濃度呈正比關係,如式(2)所示:
 
紫外光照射0和30min後CsxWO3薄膜的透射光譜
 
式(2)中:n為自由載流子濃度,e為電子的電荷,ε為介電常數,mx為自由載流子的有效品質。當入射光的頻率小於等離子體吸收邊頻率時,光被強烈地反射,而當入射光頻率大於等離子體吸收邊頻率時,發生自由載流子吸收。可以推斷,經過紫外光照射後,CsxWO3體系中的自由載流子濃度提高,等離子體的吸收邊頻率向短波高頻方向移動,最終在光的吸收和反射的共同作用下,CsxWO3薄膜透射光譜的吸收邊向短波方向移動。
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活化燒結法制備熔鹽電解稀土用鎢電極

熔鹽電解稀土用鎢電極

熔鹽電解法生產稀土金屬過程中,需要採用難熔和抗腐蝕金屬的陰極,陰極材料的選擇通常鎢電極或者鉬電極。熔鹽電解法用於生產稀土金屬工作溫度較高,且過程中要求陰極具有一定的抗腐蝕性能,鎢、鉬電極具有良好的高溫性能和抗腐蝕性能,因此成為了陰極材料的首選。但是,鉬電極相較於鎢電極抗腐蝕性能較差,且消耗快,被腐蝕的鉬進入制得的稀土金屬導致雜質含量超標,因此逐漸被鎢電極取代。

鎢電極的製備通常採用粉末冶金法,使用該方法製備鎢電極的關鍵工序是燒結,對直徑小於20mm的細鎢條,可採用垂熔爐直接燒結,對大於20mm的鎢棒材,則要採用中頻爐燒結再進行鍛造。但是這兩種方法對燒結設備的要求較高,且焊接困難。因此,大多數廠家選擇活化燒結技術,該方法是採用物理或化學方法,使燒結溫度降低,燒結速度加快,從而提高電極的密度和相關性能。

活化燒結法制備熔鹽電解稀土用鎢電極的製備過程如下所示:
1.混粉:將小量的活化劑鎳鹽溶解於無水乙醇中,然後將該溶液倒入鎢粉中混合均勻。

2.壓制:混合好的鎢粉在氫氣的保護下進行乾燥後,鎳包覆在鎢顆粒表面。然後採用冷等靜壓將鎢粉壓制成坯。
3.燒結:鎢粉壓制成坯後經燒結、燒結後就可以得到鎢電極。

經實驗發現,鎳包覆鎢粉經活化燒結生產的鎢電極用於稀土電解的陰極,較傳統的鎢鉬電極具有更強的抗腐蝕性能。

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多孔二氧化鈦V2O5-WO3脫硝催化劑

目前,SCR脫硝催化劑是消除固定源NOx污染的主要技術,具有高效性、高選擇性和經濟型等特點,是脫硝反應的關鍵。經過多年的工業實踐經驗發現,以銳鈦礦型二氧化鈦為載體的釩基脫硝催化劑所表現出的活性、選擇性和穩定性都較高;並且在添加三氧化鎢等助催化劑的情況下,其表現出對煙氣中二氧化硫、飛灰、鹼金屬和砷的抗毒害作用很強,是一類理想的脫硝催化劑而被廣泛使用。

多孔二氧化鈦
 
單位品質的工業級二氧化鈦載體表面所能負載的活性組分是有限的,但是,如果降低載體的比表面積,就能夠在品質一定的情況下,極大的提升其負載能力。為了提高二氧化鈦的比表面積,國內外學者都在不斷的進行研究,有使用溶膠-凝膠、超臨界乾燥、超臨界萃取等方法,然而,缺因操作複雜、成本高等因素而無法大規模生產。文章提出氨水滴定硫酸氧鈦沉澱法制備多孔二氧化鈦,並通過浸漬法制備SCR脫硝催化劑。
 
1.將硫酸氧鈦完全溶於水中,充分攪拌後滴入適量氨水,產生大量沉澱後在室溫中靜置10小時;
2.過濾、洗淨,烘乾10小時,再放入馬弗爐中於550°C焙燒3小時,製備出多孔二氧化鈦,磨碎;
3.將鎢酸氨和偏鎢酸銨按照一定的比例溶解於含草酸品質分數5%的溶液中;
4.充分溶解後將二氧化鈦載體浸漬在配好的溶液中,機械攪拌1小時,陳化1小時,烘乾,置於馬弗爐中於550°C焙燒6小時,取出製成20~30目的顆粒,即得到多孔二氧化鈦V2O5-WO3SCR脫硝催化劑。
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氧化鋁改良三氧化鎢SCR脫硝催化劑

載體在負載型催化劑(SCR脫硝催化劑)中對催化劑的性能產生著重要的影響。目前,氧化鋁、氧化矽、分子篩等是最常用的催化劑載體,二氧化鈦由於本身酸度較強,一直備受關注。然而,單一載體難以滿足現代工業的所有需求,為此,人們開始對複合載體進行研究,其目的是希望集兩種載體的優點於一身,另外期待能發現兩種載體相互作用產生新的性能。
 
在二氧化鈦-氧化鋁複合載體上負載三氧化鎢、五氧化二釩等活性組分,可進一步調變SCR脫硝催化劑的活性或者選擇性。二氧化鈦-氧化鋁複合載體可以通過共沉澱法、浸漬法、嫁接法、吸附法等不同方法製備得到,且不同的製備方法很大的影響著二氧化鈦在氧化鋁上的分散狀態。
 
釩系SCR脫硝催化劑中加入三氧化鎢能有效的提高其脫硝性能,並提升催化劑的水熱穩定性,是一種非常好的SCR助催化劑。進一步的,若採用納米技術,催化劑粉體將擁有更大的比面積,極大的提升催化劑活性,從而具有更強的催化還原作用。
 
有實驗研究證明隨著五氧化二釩-三氧化鎢/二氧化鈦基催化劑中鋁含量的增加,SCR脫硝催化劑的反應活性逐漸增強。這說明二氧化鈦和三氧化鋁的協同作用提升了催化劑的活性。尤其在鋁含量為10%的催化劑在380°C時,脫硝催化劑活性達到了98.6%,其活性明顯高於單一二氧化鈦載體的催化劑。故而,氧化鋁對三氧化鎢SCR脫硝催化劑有改良作用。
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硬質合金交錯刃銑刀

硬質合金交錯刃銑刀是由通常是由碳化鎢+鈷以及其餘一些添加劑通過壓制燒結而成的。硬質合金類的銑刀有著廣泛的適用範圍,如數控加工、CNC雕刻機以及一些普通的銑床上加工材質較硬形狀簡單的熱處理材料。按照其刃形分類又可細分為整體硬質合金銑刀、圓柱形硬質合金銑刀、硬質合金面銑刀、直柄槽硬質合金銑刀、螺旋硬質合金銑刀、硬質合金交錯刃銑刀、硬質合金三面刃、硬質合金立銑刀、鋸片硬質合金銑刀、硬質合金角度銑刀等等。通常來說,交錯刃銑刀常見於硬質合金立銑刀,其用於加工溝槽和臺階面等工件,刀齒位於圓周和端面上,工作時不能沿軸向進給,只有當立銑刀上又通過中心的端齒時才可進行軸向的進給。這就使得立銑刀刃形的設計重點轉向了如何減少刀具在切削加工過程中產生的軸向分力,以抑制分層、撕裂和毛刺等缺陷的產生。

從硬質合金銑刀對於工件的進給方向和旋轉方向上看,主要包括兩種銑削方式,一種是順銑,另一種則是逆銑。所謂的順銑是指銑刀的旋轉方向和切削的進給方向是相同的,在開始銑削時銑刀就咬住工件直至最後;而逆銑則銑刀的旋轉和切削的進給方向相反,銑刀在開始銑削之前必須在工件上滑移一段,切削厚度從零開始直至結束時切削厚度達到最大。通常情況下,順銑由於切削力將工件壓向工作臺,所以有更好的切削效果是首先選擇的,除非機床本身存在螺紋間隙或者其他問題是才考慮逆銑。以此為基礎,相關研究人員提出了交錯刃硬質合金銑刀的設想。與傳統的右旋刃立銑刀相比,硬質合金交錯刃銑刀的近端部右旋、近柄部左旋交錯設計,其最初的設計思路是為了適用於新型碳纖維複合材料。其具體設計的示意圖如下所示:

硬質合金交錯刃銑刀



從上圖我們不難看出硬質合金交錯刃銑刀的切削刃分為上、下兩個部分,工件材料進行加工時應處於上、下兩切削刃的中間區域。由於切削刃採用的是近端部刃右旋、近柄部刃左旋的交錯設計,立銑刀的下段右旋切削刃可對工件的下表面進行銑削,而與此同時下表面還受到了向上的切削分力;反過來,立銑刀上端左旋切削刃用於銑削工件的上表面並對其產生了向下的切削分力。整個切削的過程銑刀都是緊密壓住工件進行進給,因此材料的上下表面的纖維層都較為容易被切斷,有效地避免了工件上下表面發生撕裂、毛刺等加工缺陷。此外,由於工件上下表面所受到的垂直切削分力相反,軸向合力減小且總切削力方向適中指向工件內側,這有利於整個切削過程的平穩進行,還有效抑制了工件內部分分層現象的產生,能夠在一定程度上提高碳纖維複合材料的加工品質。最後在銑削試驗中還發現,在相同的切削條件下,磨粒磨損是硬質合金交錯刃銑刀的主要磨損形式,其相比于傳統的硬質合金立銑刀有更好的耐磨性和使用壽命(約為1.6倍)。

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影響三氧化鎢SCR脫硝催化劑性能的因素

SCR脫硝催化劑有多種形式,按其活性組分不同可分為金屬氧化物、碳基催化劑、離子交換分子篩、貴金屬和碳鈦礦複合氧化物。燃煤電廠中多數是以金屬氧化物催化劑為主,如三氧化鎢;碳基催化劑用於煙氣同時脫硫脫氮技術也得到發展。平板狀和蜂窩狀催化劑是燃煤電廠SCR技術中常用的催化劑形狀。
 
三氧化鎢SCR脫硝催化劑的活性會受多種因數的影響,其中影響較大的有反應溫度、活性組分的劑量、氨的注入量等。三氧化鎢SCR脫硝催化劑在250~450°C具有最佳活性,通常脫硝反應都設定在這個溫度範圍內,尤其以350~400°C為最佳。催化劑對反應溫度的依賴性由催化劑的各種活性成分的含量以及比例所決定。當反應溫度脫離這個溫度範圍內時,催化劑的性能將被降低。尤其是在高溫區域使用時,催化劑的表面由於溫度過高而燒結,催化劑部分或全部失活,致使催化劑的壽命減短。然而,隨著脫硝裝置適用範圍不斷擴大,三氧化鎢SCR脫硝催化劑的使用溫度範圍也被要求擴張。
 
通過選擇適當的三氧化鎢SCR脫硝催化劑活性金屬組分,可以製造各種用途且具有最佳特性的催化劑。其劑量是根據脫硝裝置的設置能力和操作要求來決定的,活性組分的量增加,催化劑的脫硝性能得以提高。
 
氨氣作為還原劑,在脫硝反應過程中,它與排放氣體中的NOx的物質的量的比幾乎要求達到1:1。增加氨氣的量可以提高三氧化鎢SCR脫硝催化劑的脫硝效率,同時也帶來氨氣洩露量增大的嚴重問題,因此,在氨濃度和催化劑決定上,必須考慮脫硝裝置後部機器的影響。
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含三氧化鎢脫硝催化劑活性母液的製備

電廠脫硝系統目前煙氣淨化處理過程中除塵、脫硫、脫硝都是分開進行的,例如火電廠近零排放的技術路線一般是SCR脫硝協同未靜電除塵濕法脫硫(石灰石-石膏法)一一濕式電除塵。現在被廣泛使用的SCR脫硝催化劑大部分採用二氧化鈦、沸石、氧化鋁的蜂窩陶瓷或活性炭為載體,以五氧化二釩和三氧化鎢為主要活性組分。在SCR脫硝催化劑使用過程中,催化劑容易受到毒害或者粉塵堆積、堵塞而失效。故而,如何延長催化劑使用壽命,提高設備的脫硝效率,降低整體環保投入成為重要話題。有發明指出一種二氧化鈦-二氧化矽/三氧化鎢脫硝催化劑母液的製備,該母液可以應用於陶瓷管除塵器實現脫硝、除塵一體化。
 
製備步驟如下:
1.分別將偏鎢酸銨和偏釩酸銨溶解於草酸溶液中;
2.往含偏鎢酸銨的草酸溶液加入活性的二氧化鈦和二氧化矽混合粉末,攪拌均勻形成二氧化鈦-二氧化矽的混合溶液;
3.乾燥二氧化鈦-二氧化矽混合溶液並煆燒,得到二氧化鈦-二氧化矽/三氧化鎢混合粉末;其中乾燥溫度為100〜130°C,時間3〜6小時;煆燒溫度500〜550°C,時間4〜6小時;
4.往含偏釩酸銨的草酸溶液加入二氧化鈦-二氧化矽/三氧化鎢混合粉末,攪拌均勻形成混合漿液;
5.往二氧化鈦-二氧化矽/三氧化鎢粉末的混合漿液加入粘結劑,攪拌3~5小時,形成二氧化鈦-二氧化矽/三氧化鎢脫硝催化劑活性母液。
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