CN102921255A - 一种机动车尾气处理模块的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种机动车尾气处理模块的制备方法，属于材料制备和环境保护技术领域。该方法是将蜂窝状多孔陶瓷作为基材，在其孔道中填塞扭线式毛刷，并利用缚尘剂溶液对蜂窝状多孔陶瓷的孔壁和扭线式毛刷进行表面处理，便能获得一种气阻小、通量大的高效除尘模块，当含尘气流在模块中流动时会在刷毛和陶瓷孔道共同构成的复杂流道中湍流通过，其中的颗粒会被刷毛表面和陶瓷孔内表面的缚尘剂层所捕捉，而其中的VOC会被缚尘剂液层所吸收，因此该模块非常有利于去除机动车尾气当中的微细碳烟颗粒和VOC。

Description

一种机动车尾气处理模块的制备方法
技术领域
本发明涉及一种机动车尾气处理模块的制备方法，属于材料制备和环境保护技术领域。
背景技术
随着我国经济的高速发展，我国大中城市、经济发达地区和基础工业密集区域的灰霾空气污染日渐严重。随着我国对于SOx和NOx排放的限制日趋严格、相关环保技术和装置不断投入使用，我国大气环境中SOx和NOx的污染物排放总量逐年减少，然而，从目前的检测结果看，我国长三角、珠三角和京津冀各片区的灰霾污染反而日趋严重，已经严重威胁到了民众的身体健康和经济的可持续发展。
随着当前对于灰霾污染溯源研究的深入，人们已经发现，机动车尾气排放的可挥发性有机物（VOC）和NOx已经成为当前城市灰霾污染的最重要来源之一，据不完全统计，机动车排放的VOC占北京市总VOC污染的25%以上，此外，柴油车排放的碳烟离子也是造成灰霾的元凶之一，可见，我国当前亟需一种能对机动车尾气中的VOC和碳烟粒子做进一步去除的技术方案。
机动车工业作为最成熟的工业之一，已经在尾气处理方面进行了大量的研究，目前最常用的方法便是三元催化法，该方法是利用安置在尾气管路上的三元催化模块对尾气进行催化，在将VOC氧化为二氧化碳和水的同时，又利用未燃尽的VOC将发动机中产生的NOx催化还原为氮气。在三元催化模块正常工作时，机动车排放的大部分污染物都可以被降解掉，因此，很多西方国家的大城市虽然机动车保有量很大，但所导致的空气灰霾污染并不严重。然而我国目前燃油质量偏低，这导致针对正常油品设计的机动车三元催化模块不易有效工作，因此机动车排放的VOC、NOx和碳烟较多，随着我国对机动车尾气细粒子排放浓度的限制日益严格，急需一种深度去除尾气中细颗粒和VOC的方法。
对于细颗粒的去除，工业领域已经有了很多成熟方法：例如：袋式除尘、电除尘、机械除尘和湿法除尘等等。但其中能够用于机动车尾气细粒子收集的方案寥寥无几，其中袋式除尘耐温太低，而且压降太大，会严重降低机动车发动机功率；电除尘设备巨大，操作费用高，无法应用于对模块重量和体积要求苛刻的机动车领域，机械除尘对于微细颗粒效果很差；湿法除尘需携带大量液体除尘介质，无法应用于机动车。
目前还有两种比较新颖的除尘技术问世，第一是蜂窝陶瓷柴油颗粒过滤器（简称DPF陶瓷过滤器），该方法设计巧妙，是在多孔陶瓷的两侧的不同孔口上进行堵孔，迫使柴油机排放的尾气在孔内渗透通过多孔陶瓷的孔壁，从而完成其中碳烟颗粒的去除，该方法的过滤模块体积紧凑，过滤面积较大，但其过滤机理仍为膜过滤，因此其压降并不算低。
采用驻极材料捕捉气体中的微细颗粒是另一种较新颖的技术方案：该方案先对大孔道的有机过滤材料表面进行驻极处理，赋予材料永久的电极性，当含尘颗粒通过滤料时，会因为静电力的吸引而被捕捉，因此该方法可以在极低的压降要求下高效缚集微细颗粒，然而该除尘方案的本质和静电除尘很类似，需要气体中的颗粒带电，而且不易导电，不带电的颗粒不能被捕捉，而导电的颗粒即使被捕捉也会因为电性湮灭而重新回到流动的气相主体中，此外目前成熟的驻极材料都是高分子材料，难以忍受机动车尾气的高温状况。
综上所述，目前我国亟需一种气阻小、通量大、针对于机动车尾气细粒子和VOC的净化技术，这对于从源头抑制机动车对大气灰霾污染的贡献至关重要。
发明内容
本发明的目的在于通过一种简单的方法获得具有低气阻、高通量的高效除尘模块。该模块结构紧凑、制作方法简单、可耐受高温，对于机动车尾气中的碳烟、气溶胶粒子和VOC都具有一定的捕捉性能。
本发明的目的是通过如下的技术方案实现的：采用蜂窝状多孔陶瓷为基体，将扭线毛刷填塞于蜂窝状多孔陶瓷的孔道内，并利用缚尘剂溶液对蜂窝状多孔陶瓷的孔壁和扭线毛刷的刷毛表面进行浸渍处理，浸渍液浓度为缚尘剂饱和溶液浓度的2%~100%，然后烘干，获得具有低气阻和高气体通量的高效除尘模块，扭线毛刷的外径在蜂窝状多孔陶瓷孔道截面的长径和短径之间，所采用的蜂窝状多孔陶瓷是堇青石陶瓷、氧化铝陶瓷、二氧化硅陶瓷或碳化硅陶瓷，其孔径为1mm~30mm；所述方法中的缚尘剂选自溴化1-乙基-3-甲基咪唑、碘化1-乙基-3-甲基咪唑、溴化1-丙基-3-甲基咪唑、碘化1-丙基-3-甲基咪唑、氯化1-丁基-3-甲基咪唑、溴化1-丁基-3-甲基咪唑、碘化1-丁基-3-甲基咪唑、氯化1-己基-3-甲基咪唑、溴化1-己基-3-甲基咪唑、碘化1-己基-3-甲基咪唑、氯化1-辛基-3-甲基咪唑、溴化1-辛基-3-甲基咪唑、碘化1-己基-3-甲基咪唑、氯化1-癸基-3-甲基咪唑、溴化1-癸基-3-甲基咪唑、碘化1-癸基-3-甲基咪唑、氯化1-苄基-3-甲基咪唑、溴化1-苄基-3-甲基咪唑、碘化1-苄基-3-甲基咪唑、氯化1-十二烷基-3-甲基咪唑、溴化1-十二烷基-3-甲基咪唑、碘化1-十二烷基-3-甲基咪唑、氯化1-十四烷基-3-甲基咪唑、溴化1-十四烷基-3-甲基咪唑、碘化1-十四烷基-3-甲基咪唑、氯化1-十六烷基-3-甲基咪唑、溴化1-十六烷基-3-甲基咪唑、碘化1-十六烷基-3-甲基咪唑当中的一种或任意几种的混合物；所述方法中的扭线毛刷的刷毛选自钢丝、不锈钢丝、铁丝、镀铜钢丝、镀铜铁丝、镀锌钢丝、镀锌铁丝、铜丝、玻璃纤维、碳纤维和活性炭纤维。
相比于常见的除尘装置，本方法获得的除尘模块尺寸可调、对微细颗粒去除效果好、耐高温。由于避免了使用微孔或狭缝来截留细颗粒，所以其压降小、风量大。技术方案中使用的缚尘剂在尾气温度范围内会形成粘稠的液膜停留在刷毛和多孔陶瓷孔道内壁，当尾气中微细颗粒与壁面和刷毛撞击时，会被缚尘剂的液膜所捕获，不会在后续的气流冲刷中发生逃逸和二次扬尘；同时尾气当中的VOC也会因为缚尘剂良好的溶解性而部分溶解于缚尘剂液膜中，使该模块同时发挥去除细粒子和降低VOC排放的作用。当除尘模块吸附饱和时，可用水将沉积在扭线毛刷纤毛上和蜂窝状多孔陶瓷内壁上的微细颗粒和溶解于缚尘剂液膜中的VOC一并洗脱，然后重新负载缚尘剂，便可完成模块的再生。所选择的缚尘剂是一系列咪唑类离子液体，具有很好的热稳定性、溶解性和极低的挥发性，因此可有效降低尾气中VOC的含量。
附图说明
本发明的除尘模块可由说明书附图1和图2直观表示。在图1和图2中，1代表蜂窝状多孔陶瓷；2代表扭线毛刷。图1是蜂窝状多孔陶瓷的斜视图，并画出了扭线毛刷插入陶瓷孔的过程，图2是每个陶瓷孔都被插入扭线毛刷后的正视图。附图1和图2用于对本技术方案进行直观阐释，但并不对本技术方案中蜂窝状多孔陶瓷载体的外形和孔道形状构成限制，本技术方案中蜂窝状多孔陶瓷的外形可根据实际需要选择圆形、椭圆、梨形、三角形、方形、长方形和多边形，而且其孔道除了方孔外，还可选择圆孔、椭圆孔、半圆孔和长方孔。
具体实施方式
本发明提供的一种机动车尾气处理模块的制备方法，其具体技术方案是这样实现的：采用蜂窝状多孔陶瓷为基体，将扭线毛刷填塞于蜂窝状多孔陶瓷的孔道内，并利用缚尘剂溶液对蜂窝状多孔陶瓷的孔壁和扭线毛刷的刷毛表面进行浸渍处理，浸渍液浓度为缚尘剂饱和溶液浓度的2%~100%，然后烘干，获得具有低气阻和高气体通量的高效除尘模块，扭线毛刷的外径在蜂窝状多孔陶瓷孔道截面的长径和短径之间，所采用的蜂窝状多孔陶瓷是堇青石陶瓷、氧化铝陶瓷、二氧化硅陶瓷或碳化硅陶瓷陶瓷，其孔径为1mm~30mm；所述方法中的缚尘剂选自溴化1-乙基-3-甲基咪唑、碘化1-乙基-3-甲基咪唑、溴化1-丙基-3-甲基咪唑、碘化1-丙基-3-甲基咪唑、氯化1-丁基-3-甲基咪唑、溴化1-丁基-3-甲基咪唑、碘化1-丁基-3-甲基咪唑、氯化1-己基-3-甲基咪唑、溴化1-己基-3-甲基咪唑、碘化1-己基-3-甲基咪唑、氯化1-辛基-3-甲基咪唑、溴化1-辛基-3-甲基咪唑、碘化1-己基-3-甲基咪唑、氯化1-癸基-3-甲基咪唑、溴化1-癸基-3-甲基咪唑、碘化1-癸基-3-甲基咪唑、氯化1-苄基-3-甲基咪唑、溴化1-苄基-3-甲基咪唑、碘化1-苄基-3-甲基咪唑、氯化1-十二烷基-3-甲基咪唑、溴化1-十二烷基-3-甲基咪唑、碘化1-十二烷基-3-甲基咪唑、氯化1-十四烷基-3-甲基咪唑、溴化1-十四烷基-3-甲基咪唑、碘化1-十四烷基-3-甲基咪唑、氯化1-十六烷基-3-甲基咪唑、溴化1-十六烷基-3-甲基咪唑、碘化1-十六烷基-3-甲基咪唑当中的一种或任意几种的混合物；所述方法中的扭线毛刷的刷毛选自钢丝、不锈钢丝、铁丝、镀铜钢丝、镀铜铁丝、镀锌钢丝、镀锌铁丝、铜丝、玻璃纤维、碳纤维和活性炭纤维。
下面举出几个具体实施例，以进一步理解本发明：
实施例1：
取一块尺寸10cm×10cm的蜂窝状堇青石多孔陶瓷，其孔尺寸为1.5mm×1.5mm，孔数为38×38，取1444支扭线毛刷，其外径为2.1mm，刷毛材质为不锈钢丝，插入堇青石蜂窝陶瓷的孔道中，每孔插一根毛刷，用溴化1-十二烷基-3-甲基咪唑溶液（质量浓度1%）浸渍该模块，而后取出烘干，如此反复5次，获得可以高效缚尘的气体净化模块，当其径向长度为20cm时，在10000/h的空速下，压降小于900Pa，对粒径2μm的颗粒，其截留效率超过90%，并有一定的VOC去除能力。
实施例2：
取一块尺寸20cm×20cm的蜂窝状氧化铝多孔陶瓷，其孔尺寸为1.5mm×1.5mm，孔数为76×76，取5776支扭线毛刷，其外径为1.5mm，刷毛材质为玻璃纤维丝，插入该氧化铝蜂窝陶瓷的孔道中，每孔插一根毛刷，用氯化1-十六烷基-3-甲基咪唑（质量浓度50%）浸渍该模块，而后取出烘干，获得可以高效缚尘的气体净化模块，当其径向长度为30cm时，在10000/h的空速下，压降小于900Pa，对粒径2μm的颗粒，其截留效率超过93%，并有一定的VOC去除能力。
实施例3：
取一块直径10cm的圆柱形蜂窝状二氧化硅多孔陶瓷，其孔道直径为1mm，取外径为1mm的扭线毛刷，刷毛材质为碳纤维丝，插入该二氧化硅蜂窝陶瓷的孔道中，每孔插一根毛刷，用溴化1-十四烷基-3-甲基咪唑溶液（质量浓度10%）浸渍该模块，而后取出烘干，获得可以高效缚尘的气体净化模块，当其径向长度为40cm时，在10000/h的空速下，压降小于1000Pa，对粒径2μm的颗粒，其截留效率超过98%，并有一定的VOC去除能力。
实施例4：
取一块尺寸10cm×10cm的蜂窝状氧化铝多孔陶瓷，其孔尺寸为1mm×1mm，孔数为50×50，取2500支扭线毛刷，其外径为1.4mm，刷毛材质为活性炭纤维，插入该氧化铝蜂窝陶瓷的孔道中，每孔插一根毛刷，用质量浓度4%的碘化1-乙基-3-甲基咪唑溶液浸渍该模块，而后取出烘干，获得可以高效缚尘的气体净化模块，当其径向长度为25cm时，在7000/h的空速下，压降小于700Pa，对粒径2μm的颗粒，其截留效率超过96%，并有一定的VOC去除能力。
实施例5：
取一块直径50cm的圆柱形蜂窝状碳化硅多孔陶瓷，其孔道直径为50mm，取外径50mm的扭线毛刷，刷毛材质为钢丝，插入该碳化硅蜂窝陶瓷的孔道中，每孔插一根毛刷，用溴化1-辛基-3-甲基咪唑溶液（质量浓度10%）浸渍该模块，而后取出烘干，获得可以高效缚尘的气体净化模块，当其径向长度为100cm时，在10000/h的空速下，压降小于900Pa，对粒径2μm的颗粒，其截留效率超过97%，并有一定的VOC去除能力。
实施例6：
取一块尺寸10cm×10cm的蜂窝状堇青石多孔陶瓷，其孔尺寸为2mm×2mm，取外径2.5mm的扭线毛刷，其刷毛材质为铜丝，插入该堇青石蜂窝陶瓷的孔道中，每孔插一根毛刷，用质量浓度1%的氯化1-癸基-3-甲基咪唑溶液浸渍该模块，而后取出烘干，如此反复6次，获得可以高效缚尘的气体净化模块，当其径向长度为20cm 时，在7000/h的空速下，压降小于700Pa，对粒径2μm的颗粒，其截留效率超过95%，并有一定的VOC去除能力。
实施例7：
取一块尺寸10cm×10cm的蜂窝状堇青石多孔陶瓷，其孔尺寸为3mm×3mm，取外径3mm的扭线毛刷，刷毛材质为铁丝，插入该堇青石蜂窝陶瓷的孔道中，每孔插一根毛刷，用质量浓度20%的氯化1-苄基-3-甲基咪唑溶液浸渍该模块，而后取出烘干，获得可以高效缚尘的气体净化模块，当其径向长度为15cm时，在7000/h的空速下，压降小于700Pa，对粒径2μm的颗粒，其截留效率超过90%，并有一定的VOC去除能力。

Claims (3)

1.一种机动车尾气处理模块的制备方法，其特征在于本方法是通过如下的技术方案实现的：采用蜂窝状多孔陶瓷为基体，将扭线毛刷填塞于蜂窝状多孔陶瓷的孔道内，并利用缚尘剂溶液对蜂窝状多孔陶瓷的孔壁和扭线毛刷的刷毛表面进行浸渍处理，浸渍液浓度为缚尘剂饱和溶液浓度的2%~100%，然后烘干，获得具有低气阻和高气体通量的高效除尘模块，扭线毛刷的外径在蜂窝状多孔陶瓷孔道截面的长径和短径之间，所采用的蜂窝状多孔陶瓷是堇青石陶瓷、氧化铝陶瓷、二氧化硅陶瓷或碳化硅陶瓷，其孔径为1mm~30mm。
2.如权利要求1所述的一种机动车尾气处理模块的制备方法，其特征在于：方法中的缚尘剂选自溴化1-乙基-3-甲基咪唑、碘化1-乙基-3-甲基咪唑、溴化1-丙基-3-甲基咪唑、碘化1-丙基-3-甲基咪唑、氯化1-丁基-3-甲基咪唑、溴化1-丁基-3-甲基咪唑、碘化1-丁基-3-甲基咪唑、氯化1-己基-3-甲基咪唑、溴化1-己基-3-甲基咪唑、碘化1-己基-3-甲基咪唑、氯化1-辛基-3-甲基咪唑、溴化1-辛基-3-甲基咪唑、碘化1-己基-3-甲基咪唑、氯化1-癸基-3-甲基咪唑、溴化1-癸基-3-甲基咪唑、碘化1-癸基-3-甲基咪唑、氯化1-苄基-3-甲基咪唑、溴化1-苄基-3-甲基咪唑、碘化1-苄基-3-甲基咪唑、氯化1-十二烷基-3-甲基咪唑、溴化1-十二烷基-3-甲基咪唑、碘化1-十二烷基-3-甲基咪唑、氯化1-十四烷基-3-甲基咪唑、溴化1-十四烷基-3-甲基咪唑、碘化1-十四烷基-3-甲基咪唑、氯化1-十六烷基-3-甲基咪唑、溴化1-十六烷基-3-甲基咪唑、碘化1-十六烷基-3-甲基咪唑当中的一种或任意几种的混合物。
3.如权利要求1所述的一种机动车尾气处理模块的制备方法，其特征在于：方法中的扭线毛刷的刷毛选自钢丝、不锈钢丝、铁丝、镀铜钢丝、镀铜铁丝、镀锌钢丝、镀锌铁丝、铜丝、玻璃纤维、碳纤维和活性炭纤维。
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