一种高催化性能氮化钨的合成方法技术

本发明专利技术公开了一种制备纳米氮化钨的方法，属于粉末冶金制备技术领域。首先采用溶液法合成制备氧化钨前驱体，接着将氧化钨前驱物在氨气中进行氮化得到晶粒为纳米级的氮化钨粉末，粉末粒度为30～120nm。该发明专利技术解决了传统制备方法难以得到超细纳米晶粉末以及制备时间长的问题，得到的氮化钨粉末粒径可控、低成本、原料粉末利用率高、具有显著的催化性能等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种高催化性能氮化钨的合成方法
本专利技术属于粉末冶金制备
，特别提供了一种纳米晶氮化钨粉末的制备方法。
技术介绍
难熔金属钨不仅在作为单质时有着出色的表现，它的化合物氧化钨、硫化钨、氮化钨也均有着十分广泛的应用。其中氮化钨是一种新型催化材料，在加氢脱硫、加氢脱氮中有着比硫化物催化剂更加优越的性能，不仅可以避免因工业催化剂预硫化而带来的硫污染，还对杂原子环的氢解有很高的选择性，可大大降低过程中的氢耗，具有较大的工业意义。这些过程传统上使用贵金属作为催化剂。因此，使用氮化物代替贵金属的愿望推动人们研究此类催化剂的合成和催化作用。同时，目前的研究表明，当材料达到纳米尺寸的时候，其光学、热学、电学、磁学、力学乃至化学性质也就相应地发生十分显著的变化，具有一般材料所没有的优越性能。同样，氮化钨晶粒尺寸达到纳米级别的时候，其催化性能也有很大提高。另一方面由于紫钨在钨的氧化物中具有最高的氧空位缺陷，表面活性高，所以目前广泛应用于制备超细钨粉，硬质合金WC等。因此制备纳米晶的氮化钨可通过优先制备紫钨，再经过后续氮化得到。目前，纳米级氮化钨的制备方法主要是由溶胶凝胶法、喷雾热解法、回转炉煅烧法等制备氧化钨前驱体，然后再通入氨气中氮化。刘兵发(南昌大学学报:工科版,2006,28(3):235-238.)以偏钨酸铵为原料，采用喷雾造粒然后煅烧的方法，制备平均粒径为0.64μmWO3前驱体粉末，再筛选出100nm左右的颗粒在纯氨条件下氮化。该方法虽然能制备小于100nm的氮化钨粉末，但是制粉率很低。Chen(JournalofSolidStateChemistry,2011,184(2):455-462.)将钨酸与辛胺混合搅拌24h，再经过48小时反应后通入氨气，在650～800℃条件下煅烧制备WN。该方法制备出的WN为短棒状，晶粒细小，但是制备时间太长，且制备成本较高。因此，需要开发新一种具有高催化性能氮化钨的制备方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种制备纳米氮化钨的新方法，解决制备时间太长，且制备成本较高的问题。本专利技术直接采用钨酸盐偏钨酸铵为原料，具有短流程、低成本的特点，并且制备出的氮化钨的粒径大小可控，催化性能优异。本专利技术的工艺步骤如下：1、原料：所采用的原料有偏钨酸铵、硝酸铵、辅助剂和乙二胺四乙酸；2、溶液配制：将所选择原料按照一定的配比溶于水，混合均匀；3、前驱体制备：将步骤(2)得到的水溶液加热，随着水溶液的挥发，溶液在发生浓缩后鼓泡，放出大量的气体，在几十秒钟内发生剧烈氧化还原反应，生成前驱体粉末。4、氮化钨的制备：将步骤(3)得到的前驱物在650℃～900℃温度下，氨气气氛中煅烧，时间为1～2小时，得到纯净、孔隙率和粒径可控的纳米氮化钨粉末。其中步骤(2)中硝酸铵与钨源的摩尔比为12～36；辅助剂与钨源的摩尔比为5～15；乙二胺四乙酸与钨源摩尔比为0.5～1。本专利技术的优点是：1、直接采用钨酸盐偏钨酸铵为原料，短流程、低成本，工艺简便、快捷，适合规模化生产；2、可以通过控制原料的种类及配比，控制前驱体制备的反应过程，控制前驱体的粒径、孔隙结构；3、本专利技术反应过程中产生大量气体，有效的控制了反应过程中反应物与氧气的接触，对生成前驱体紫钨粉末有着重要作用；4、前驱体粉末反应活性高，可降低热处理温度，并提高热处理速度；5、可以通过氨气的氮化温度，控制所得到氮化钨的粒度、孔隙结构。从而达到提高催化性能的目的。附图说明图1为氮化钨粉末的XRD图谱；图2为氮化钨粉末扫描电镜观察照片(其中a为x2,000，b为x9,000倍)。具体实施方式实施例1按照反应计量比称取偏钨酸铵((NH4)6H2W12O40)0.01mol，硝酸铵(NH4NO3)0.24mol，尿素(CO(NH2)2)0.072mol，乙二胺四乙酸(EDTA)0.005mol。将原料粉末溶于适量的去离子水中搅拌至完全溶解后，恒温200℃加热，溶液蒸干后发生反应得到前驱物氧化钨粉末。将前驱物在氨气中650℃氮化，保温2小时得到直径为30～80nm的氮化钨。实施例2按照反应计量比称取偏钨酸铵((NH4)6H2W12O40)0.01mol，硝酸铵(NH4NO3)0.24mol，尿素(CO(NH2)2)0.072mol，乙二胺四乙酸(EDTA)0.005mol。将原料粉末溶于适量的去离子水中搅拌至完全溶解后，恒温200℃加热，溶液蒸干后发生反应得到前驱物氧化钨粉末。将前驱物在氨气中750℃氮化，保温2小时得到直径为30～100nm的氮化钨。实施例3按照反应计量比称取偏钨酸铵((NH4)6H2W12O40)0.01mol，硝酸铵(NH4NO3)0.3mol，柠檬酸(C6H8O7)0.072mol，乙二胺四乙酸(EDTA)0.005mol。将原料粉末溶于适量的去离子水中搅拌至完全溶解后，恒温200℃加热，溶液蒸干后发生反应得到前驱物氧化钨泡沫。将前驱物在氨气中900℃氮化，保温1小时得到直径为50～100nm的氮化钨。实施例4按照反应计量比称取偏钨酸铵((NH4)6H2W12O40)0.01mol，硝酸铵(NH4NO3)0.24mol，柠檬酸(C6H8O7)0.1mol，乙二胺四乙酸(EDTA)0.005mol。将原料粉末溶于适量的去离子水中搅拌至完全溶解后，恒温200℃加热，溶液蒸干后发生反应得到前驱物氧化钨粉末。将前驱物在氨气中650℃氮化，保温2小时得到直径为50～80nm的氮化钨。实施例5按照反应计量比称取偏钨酸铵((NH4)6H2W12O40)0.01mol，硝酸铵(NH4NO3)0.24mol，甘氨酸(C2H5NO2)0.072mol，乙二胺四乙酸(EDTA)0.005mol。将原料粉末溶于适量的去离子水中搅拌至完全溶解后，恒温200℃加热，溶液蒸干后发生反应得到前驱物氧化钨粉末。将前驱物在氨气中750℃氮化，保温2小时得到直径为50～100nm的氮化钨。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高催化性能氮化钨的合成方法，其特征在于具有如下步骤：(1)原料：以偏钨酸铵、硝酸铵、辅助剂和乙二胺四乙酸为原料；(2)溶液配制：将所选择原料按照一定的配比溶于水，混合均匀；硝酸铵与偏钨酸铵摩尔比为12～36；辅助剂与偏钨酸铵的摩尔比为5～15；乙二胺四乙酸与偏钨酸铵摩尔比为0.5～1；(3)前驱体制备：将步骤(2)得到的水溶液加热，随着水溶液的挥发，溶液在发生浓缩后鼓泡，放出大量的气体，在几秒钟内发生剧烈氧化还原反应，形成一种多孔的前驱体粉体；(4)氮化钨的制备：将步骤(3)得到的前驱物在氨气气氛下氮化，得到纯净、孔隙率和粒径可控的纳米氮化钨粉末。

【技术特征摘要】
1.一种高催化性能氮化钨的合成方法，其特征在于具有如下步骤：(1)原料：以偏钨酸铵、硝酸铵、辅助剂和乙二胺四乙酸为原料；(2)溶液配制：将所选择原料按照一定的配比溶于水，混合均匀；硝酸铵与偏钨酸铵摩尔比为12～36；辅助剂与偏钨酸铵的摩尔比为5～15；乙二胺四乙酸与偏钨酸铵摩尔比为0.5～1；(3)前驱体制备：将步骤(2)得到的水溶液加热，随着水溶液的挥发，溶液在发生浓缩后鼓泡...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦明礼，陈鹏起，陈铮，刘烨，鲁慧峰，王炫力，吴昊阳，贾宝瑞，曲选辉，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11