三氧化钨脱硝催化剂——超低排放“实力战将”

SCR三氧化钨脱硝催化剂超低排放,是指火电厂燃煤锅炉在发电运行、末端治理等过程中,采用多种污染物高效协同脱除集成系统技术,使其大气污染物排放浓度基本符合燃气机组排放限值,即烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放浓度(基准含氧量6%)分别不超过5 mg/m³、35 mg/m³、50 mg/m³,是燃煤发电机组清洁生产水平的新标杆。
 
近日,山西省太原市呈现蔚蓝天空,悠悠白云的“高颜值”大气环境,令人难以想象这里是“煤都”。据悉,这里已经开始享受超低排放改造电价支持政策。2015年12月9日,国家发改委、环保部、国家能源局三部门便联合下发了《关于实行燃煤电厂超低排放电价支持政策有关问题的通知》,指明自2016年1月1日起对完成超低排放改造的燃煤发电企业给予上网电价补贴。这一政策极大地支持了火电厂的超低排放改造。
 
三氧化钨是一种非常重要的功能材料,在显示器件、建筑调光、有机反应的催化剂以及电池阴极材料等领域均得到广泛应用,常被用于催化剂的制备。它通常可以使用钨酸铵法、强热分解钨酸铵、在钨酸铵溶液中加入硝酸得到沉淀后干燥制得。从外形上看,三氧化钨SCR脱硝催化剂一般分为蜂窝式、板式和波纹板式三种形式,由于其脱硝率高、选择性好、成熟可靠等优点,作为一种最好的脱硝技术被广泛应用于燃煤电厂,是实现超低排放的“实力战将”。
 
随着国家政策的支持,超低排放的不断深入开展,三氧化钨脱硝催化剂的不断改进和应用,我们的生活环境将变得越来越美好。
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三氧化钨光触媒提取贵金属

三氧化钨和黄金

贵金属主要指金、银和铂族金属(钌、铑、钯、锇、铱、铂)等8种金属元素。这些金属大多数拥有美丽的色泽,对化学药品的抵抗力相当大,在一般条件下不易引起化学反应。当今,贵金属已经不限制于制造装饰品和在经济金融上发挥作用,而是广泛应用于微电子、航空、导弹、火箭、轻工、石油、环保、军工及医药等多方面,多种贵金属及其合金、化合物已经在催化、电子、致癌、精细化工等高新技术领域显示出重要的技术功能。因而,贵金属又被誉为现代工业的维他命。
 
目前工业上贵金属提炼方法主要有火法冶金、湿法冶金、生物技术冶金三种。其中,从废旧家电中火法提取贵金属工艺技术是一项重要的贵金属回收技术,是利用冶金炉高温加热剥离非金属物质,贵金属熔融于其他金属熔炼物料或熔盐中,再加以分离。湿法冶金工艺是利用贵金属能溶解在硝酸、王水或其它苛性酸中的特点,将其从废旧家电中脱除并从液相中予以回收。
 
工业上可以利用光催化使金属离子沉积以实现贵金属的提取。在三氧化钨和二氧化钛光触媒的光催化还原Hg2+的实验研究表明,Hg2+在三氧化钨上吸附极强,且其吸附量随着pH的增大而增大。再者,光照强度增大后,单位时间内光触媒吸收的光子数会增加,能够明显加快贵金属的析出速度;此外,光触媒提起单质银的实验表明,回收银的量和催化剂的用量之比高达3:1。
 
光催化反应(三氧化钨光触媒等)提取贵金属的突出优点在于,它适用常规方法所不适用的极稀溶液,能够以较为简便的方法使得贵金属富集在催化剂表面,而后通过其它方法收集起来加工回收。更重要的是,光触媒甚至可以用于混合离子的分离,由于各种金属的氧化还原电位不同,当条件控制得当,它们将选择性地顺序析出。
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锌修饰氧化钨薄膜电极

为了提高氧化钨的光电化学性能,通常从以下几个方面出发:
(1)在WO3上负载贵金属单质,如Pt,Ag,Au等。把WO3涂在嵌有Ag网格的FTO上,测得的光电流密度是没有嵌Ag网格时的2倍;
(2)在WO3体内掺杂适量的金属离子或非金属离子,用Ta5+离子掺杂WO3光电极,实验表明Ta5+掺杂后的WO3比纯的WO3的光电转换效率更高;
(3)将WO3与其他无机半导体材料复合,采用浸渍法制备得到CuO/WO3复合材料,光催化实验表明,可见光下CuO/WO3比TiO2表现出更高的光催化降解乙醛活性。
(4)将WO3与有机材料进行复合。可通过电化学方法分别合成制备出PBrT/WO3和PMOT/WO3复合材料,通过电化学测试表明这两种复合材料与单纯的WO3、PBrT以及PMOT相比,电化学活性均得到显著提高。

锌修饰氧化钨薄膜电极工作原理

本文主要研究Zn离子对电沉积纳米WO3薄膜光电极的光电化学性能影响。采用简单的阴极电沉积-浸渍法,在空气中经450℃热处理3h后制备得到锌修饰氧化钨(记作Zn-WO3)薄膜光电极。经过光电化学和光电催化活性测试,发现适量的Zn修饰WO3光电极,其光电流和光电催化活性与纯的WO3相比,均有显著提高。

制备方法:
(1)Pt电极为对电极,饱和的甘汞电极(SEC)为参比电极,清洗干净的氧化铟锡导电玻璃为工作电极。电沉积在室温条件下进行,所加电压为-0.6V,沉积时间为1h,得到蓝色无定形的WO3-x·nH2O薄膜。
(2)在空气中晾干后,将无定形的WO3-x·nH2O薄膜置于马弗炉中,在450℃下退火3h,升温速率约为2℃·min-1,最后得到WO3薄膜光电极。
(3)Zn修饰WO3电极(记作Zn-WO3)制备采用电沉积-浸渍法,即将上述电沉积得到的无定形WO3-x·nH2O薄膜置于5mM的Zn(NO3)2溶液中浸渍。在空气中晾干后,将含有Zn的WO3薄膜置于马弗炉中在上述相同条件下退火,最后得到锌修饰氧化钨薄膜电极。

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影响钨铜触头材料裂纹的主要因素

钨铜合金材料因其具有钨高硬度、高密度、高强度、低热膨胀系数以及优良的耐磨耐蚀性,还具有铜优良的可塑性以及导电导热性,在高压开关、断路器以及仪器仪表中担负着负载电流以及电路的连通与断开的重要角色。由于原材料以及生产工艺中存在着一定的缺陷,使得材料的机械性能和物理性能受到一定的影响,从而在电弧侵蚀过程中发生熔化和飞溅并在热力作用下产生裂纹或扩展,最终整个电触头发生工作失效,电气设备发生故障。因此,分析钨铜触头材料裂纹产生的主要因素,在实际生产中有着十分重要的意义。

通常来说,钨铜触头的主要生产工艺包括固相烧结-复压-复烧、液相烧结-复压-复烧、熔渗-机加工以及预烧W骨架-熔融浸渍-机加工等。这几种工艺在电弧作用以前也会存在一定的显微缺陷, 如闭孔、W颗粒内部裂纹、W/Cu界面等。而通过实验发现,预烧W骨架的工艺对材料的机械和力学性能最为有利。因为此时的W颗粒不再是单独分散的粒子,而是经过高温烧结作用形成的骨架,这样的结构对于抵抗机械冲击以及抵抗裂纹扩展都是十分有效的。在电弧燃烧的过程中钨铜触头内部因存在一定的孔隙缺陷而形成裂纹的起源以及裂纹的扩展。常温下,孔隙中的气体相对稳定,但是在电弧高温作用下,气体压力大幅增加,对已存在的微裂纹产生撕裂力,促使其发生扩展。另外,W粉的在烧结作用也不能忽视。当钨和铜所形成的毛细管中的Cu在电弧作用下飞溅或蒸发,表面的某些W粒子会裸露与介质中并发生在烧结的现象。表面效应使得W粒子球化或表面转移,不可避免地会产生W骨架之间的裂纹,并逐渐深入至触头内部。

钨铜触头

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超细钨粉制备工艺——高能球磨和熔盐电解法

这里介绍两种制备超细钨粉的生产工艺。
 
用机械法制取超细粉具有成本低、工艺简单等优点,使它在粉末生产中有重要地位。Wagner的实验结果表明,用高能球磨方法可制备出平均晶粒尺寸为5nm的钨粉。张彩霞通过实验在球磨时间70h、球料比30:1、球磨转速750r/min的条件下,制得的平均粒度为0.807μm的细钨粉。刘维平等还通过正交试验方差分析确定了制备金属纳米钨粉的最佳球磨时间、球磨介质和球料比,并确定了各因素对球磨过程的影响程度。
 
但是利用机械球磨工艺来将粉末磨至亚微米级甚至纳米级超细粉体,球磨时间往往需要数十小时或更长。随着球磨时间的延长,球耗、能耗等成本相应增加,磨机生产能力下降。在球磨过程中容易导致杂质夹带掺入,影响粉末的纯度,而且所得到的粉末易于团聚且不易分散。用于工业上生产微粉或超细粉的机械粉碎设备有四类:高速回转式粉碎机、球磨机、搅拌式球磨机、气流喷射磨机。
 
熔盐电解法是利用电解原理将氧化钨在电解槽中先以离子形式电解,再利用阴极沉积的方法来制备钨粉。在NaCl-KCl-Na2WO4-WO3熔体中,用熔盐电解法在电解温度为720℃,阴极电流密度为250mA/cm2的条件下,得到平均粒度为1.2μm的细钨粉,这种钨粉的形状为非球形,其长径比为1.6.由于采用熔盐电解法所制备的粉末团聚严重,且生产成本较高,该制备工艺在工业生产中很少应用。

钨粉
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