廢鎢再造微納米碳化鎢纖維

碳化鎢(WC)為黑色六方晶體，有金屬光澤，硬度與金剛石相近，是一種重要的硬質合金材料。在新科技領域，碳化鎢具有類鉑(Pt)的催化效應。

由於純碳化鎢的催化活性還遠低於金屬催化劑的催化活性，因此為得到具有 較大比表面積的微納米級碳化鎢(納米顆粒、納米纖維、納米管等)，研究者做出了大量的研究。目前，唯一一種可以製備連續納米碳纖維的方法是靜電紡絲法，利用高壓(幾 千伏～幾十千伏)靜電場作用於高分子聚合物溶液或熔融液體，從而獲得微納米量級(50～500nm)聚合物納米纖維絲。以六氯化鎢(WCl6)為原料，採用溶液靜電紡絲法製備碳化鎢連續納米纖維的方法已有報導，但該方法目前僅處於實驗室研究階段，同樣存在對原料要求高，成本高等問題。

為解決上述問題，本文介紹一種利用鎢廢料製造微納米碳化鎢纖維的方法，其包括以下步驟：(1)取鎢廢料制得偏鎢酸銨水溶液；(2)採用靜電紡絲法制得微納米聚丙烯腈 原纖維；(3)將微納米聚丙烯腈原纖維預氧化；(4)取步驟(1)中制得的偏鎢 酸銨水溶液浸漬步驟(3)中經過預氧化的微納米聚丙烯腈原纖維，制得偏鎢酸銨/納米聚丙烯腈原纖維初級複合纖維；(5)將偏鎢酸銨/微納米聚丙烯腈原纖維 初級複合纖維置於裝有還原性氣體的還原爐中碳化，制得微納米碳化鎢纖維。方案舉例如下：

(1)鎢廢料取自鎢浸出渣。經測定其主要成分為3.4％WO₃、20.6％Fe、 12％Mn和2.1％CaO。取500g所述鎢浸出渣置於630℃焙燒8h。焙燒料冷卻後粉碎，過60目篩。隨後用18.5％(按品質分數計)的氨水浸出，浸出溫度為85 ℃，浸出至其中的氧化鎢全部溶解為止，時間為8h。過濾，取濾出液蒸發濃縮， 調節pH值為6.3，溫度降到13℃，保溫4h，制得仲鎢酸銨晶體。取試樣檢測， 測得其中所含三氧化鎢的含量為88％，即合格。將仲鎢酸銨晶體加熱4h，加熱 溫度為255℃。然後加入去離子水，浸出熱離解產物，液固比為8∶1。在攪拌條件下於90℃煮沸4h，過程中要始終使溶液的pH值保持為3.5。待料液冷卻、 澄清，得到透明的上清液，再過濾除去不溶渣，得偏鎢酸銨水溶液。偏鎢酸銨 水溶液經濃縮結晶、過濾和乾燥後得偏鎢酸銨固體。

(2)將9mg的聚丙烯腈(PAN)粉末(分子量為23000)與10ml的N， N-甲基甲醯胺混合，密封後放在磁力攪拌機上常溫攪拌到溶 液均勻透明為止，使得聚合物充分溶解於有機溶劑中。取約4ml配製好的聚丙 烯腈溶液倒入塑膠注射器中，並配以內徑為0.45nm的金屬針頭。在15kv的電 壓下進行紡絲，採用鋁片收集裝置接收微納米聚丙烯腈原纖維。微納米聚丙烯腈原纖維直徑為100～500nm。

(3)取上述聚丙烯腈原纖維加熱至300℃並保溫25分鐘，完成預氧化過程。

(4)將335mg偏鎢酸銨固體(WO₃的含量為88％)溶于10mL水中制得偏鎢酸銨水溶液。將步驟(3)中預氧化後的納米聚丙烯腈原纖維浸入偏鎢酸銨水 溶液中，直到範本全部被偏鎢酸銨水溶液浸濕，制得偏鎢酸銨/微納米聚丙烯腈 原纖維初級複合纖維，隨後自然晾乾18h。

(5)將偏鎢酸銨/微納米聚丙烯腈原纖維初級複合纖維置於裝有H₂與C₂H₂ 的混合氣體(H₂與C₂H₂的體積比為1∶5)的還原爐中碳化，以4℃/min的升溫 速度將碳化溫度升至950℃，並保溫2個小時，制得微納米碳化鎢纖維。

本方法利用鎢廢料作為原料，製備的產品碳化鎢纖維直徑為微納米級，比表面積大，大大降低了生產成本，在獲得較好經濟效益的同時也促進了鎢廢料的迴圈利用。

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