CN103252135A - 一种除尘脱硝一体化功能性滤料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种除尘脱硝一体化功能性滤料，其包括由聚四氟乙烯纤维和聚酰亚胺纤维混纺制成的迎尘层、由聚四氟乙烯纤维与聚酰亚胺纤维混纺制成的缓冲层、由含有V2O5-WO3/TiO2脱硝催化剂的聚四氟乙烯膜制成的催化分解层、由聚四氟乙烯纤维制成的基布层、以及由聚四氟乙烯纤维制成的支撑层；该基布层位于该支撑层上，该催化分解层位于该基布层上，该缓冲层位于该催化分解层上，该迎尘层位于该缓冲层上；该迎尘层、该缓冲层、该催化分解层通过针刺法勾连置于该基布层上，该支撑层通过针刺法置于该基布层之下。本发明的优点在于：既可以高温除尘又可以脱硝，同时可以提高脱硝效率。本发明还公开了该滤料的制备方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种滤料及其制备方法，尤其涉及一种除尘脱硝一体化功能性滤料及其制备方法。
背景技术
2011年7月29日，国家环境保护部和国家质量监督检验检疫总局发布了最新的《火电厂大气污染物排放标准》。《标准》中规定氮氧化物：
自2012年1月1日起，对于新建火力发电锅炉及燃气轮机机组执行100mg/m3的氮氧化物限值；自2014年7月1日起，现有的火力发电锅炉和燃气轮机机组执行100 mg/m3的氮氧化物限值；重点地区的火力发电锅炉和燃气轮机机组执行100 mg/m3的氮氧化物限值；
燃煤电厂烟气中产生的污染物包括硫氧化物、氮氧化物、粉尘等有害成分，尤其氮氧化物与空气中的水结合最终会转化成硝酸和硝酸盐，硝酸是酸雨的成因之一；它与其他污染物在一定条件下能产生光化学烟雾污染。
在目前的几种脱硝工艺中，SCR、SNCR、SCR+SNCR都存在脱硝效率不高，有一部分逃逸现象。为了进一步提高氮氧化物的脱除效率，在高温烟气进行除尘同时，本研发设计新型结构的除尘滤料，不改变烟气工况的前提下，实现氮氧化物的催化分解；其中，滤料采用三层结构：迎尘层、缓冲层和催化分解层；通过引入了表面过滤、烟气缓冲、深层分解等滤料结构的设计，提高滤料的过滤性能，增加滤料分解有害气体的功能，提高滤料的使用寿命。
发明内容
为了克服现有滤料存在的问题，本发明的目的在于提供一种除尘脱硝一体化功能性滤料及其制备方法。该制备方法简便易行，得到的滤料既可以高温除尘又可以脱硝，同时可以提高脱硝效率。
本发明是这样实现的，一种除尘脱硝一体化功能性滤料，其包括由聚四氟乙烯纤维和聚酰亚胺纤维混纺制成的迎尘层、由聚四氟乙烯纤维与聚酰亚胺纤维混纺制成的缓冲层、由含有V2O5-WO3/TiO2脱硝催化剂的聚四氟乙烯膜制成的催化分解层、由聚四氟乙烯纤维制成的基布层、以及由聚四氟乙烯纤维制成的支撑层；该基布层位于该支撑层上，该催化分解层位于该基布层上，该缓冲层位于该催化分解层上，该迎尘层位于该缓冲层上；该迎尘层、该缓冲层、该催化分解层通过针刺法勾连置于该基布层上，该支撑层通过针刺法置于该基布层之下。
作为上述方案的进一步改进，该基布层总克重为100-150克/平方米。
作为上述方案的进一步改进，该迎尘层总克重为200-300克/平方米。
作为上述方案的进一步改进，在该催化分解层中，该脱硝催化剂通过分散剂形式植入聚四氟乙烯膜中，该催化分解层的总克重为250-350克/平方米，其中，脱硝催化剂的重量比重为每平方米占60-80%。
本发明还涉及一种除尘脱硝一体化功能性滤料的制备方法，该除尘脱硝一体化功能性滤料包括由聚四氟乙烯纤维和聚酰亚胺纤维混纺制成的迎尘层、由聚四氟乙烯纤维与聚酰亚胺纤维混纺制成的缓冲层、由含有V2O5-WO3/TiO2脱硝催化剂的聚四氟乙烯膜制成的催化分解层、由聚四氟乙烯纤维制成的基布层、以及由聚四氟乙烯纤维制成的支撑层；该基布层位于该支撑层上，该催化分解层位于该基布层上，该缓冲层位于该催化分解层上，该迎尘层位于该缓冲层上；该迎尘层、该缓冲层、该催化分解层通过针刺法勾连置于该基布层上，该支撑层通过针刺法置于该基布层之下。该制备方法包括以下步骤：a、缓冲层的制备：将聚四氟乙烯纤维和聚酰亚胺纤维进行开松后，通过机械成网形成缓冲层，并经过针刺加固；b、迎尘层的制备：采用聚四氟乙烯纤维和聚酰亚胺纤维混合，经过纤维预处理、开松、梳理加工；c、基布层的制备：采用聚四氟乙烯乙烯长丝，通过经纬向交织形成基布层；d、支撑层的制备：采用聚四氟乙烯纤维，经过纤维预处理、开松、梳理加工；e、催化分解层的制备，将V2O5-WO3/TiO2脱硝催化剂植入聚四氟乙烯膜，再将该聚四氟乙烯膜和迎尘层、缓冲层进行铺网、针刺；f、除尘及脱硝一体化功能性滤料的制备：将迎尘层、缓冲层、催化分解层、基布层以及支撑层，通过针刺加工、后处理，得到除尘及脱硝一体化功能性滤料。
作为上述方案的进一步改进，在步骤c中，该基布层用纤维聚四氟乙烯纤维经机织加工而成，总克重为100-150克/平方米。
作为上述方案的进一步改进，在步骤b中，迎尘层总克重为200-300克/平方米。
作为上述方案的进一步改进，在步骤d中，根据支撑层中聚四氟乙烯纤维的性能进行不同的后处理，支撑层采用纤维为聚四氟乙烯纤维，后处理包括热定型，温度300-320℃，时间5—10分钟。
作为上述方案的进一步改进，在步骤b中，迎尘层用聚四氟乙烯纤维细度为2~10分特，长度35~90毫米，预处理采用表面活性剂OP-10，与纤维重量比为1：300~1：800，喷洒到纤维表面，密闭24~72小时。
作为上述方案的进一步改进，该催化分解层中脱硝催化剂的含重量为60-80%，通过分散剂形式植入聚四氟乙烯膜中；该催化分解层总克重为250-350克/平方米，该滤料总克重为1500-2000克/平方米。
本发明的脱硝催化功能性滤料的性能特点：是在制备传统除尘滤料的同时，将V2O5-WO3/TiO2脱硝催化剂植入PTFE膜中，在将植入脱硝催化剂的PTFE膜载体同迎尘层、缓冲层一同针刺，形成针刺毡滤料。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：
1）本发明中采用聚四氟乙烯纤维和聚酰亚胺纤维混纺形成迎尘面，同时聚酰亚胺纤维由于其异型截面，对于微细粉尘的捕捉能力大大增强，提高滤料过滤的高效性；比常规的覆膜产品具有运行阻力低、安装使用要求低等优势；
2）本发明中采用将V2O5-WO3/TiO2催化剂植入聚四氟乙烯膜中，提高附着牢度，相比通过后处理方式加入催化剂的方法，具有分散均匀、脱硝效率高的优势。
附图说明
图1为本发明较佳实施方式提供的除尘脱硝一体化功能性滤料的剖视图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明的除尘脱硝一体化功能性滤料包括由聚四氟乙烯纤维和聚酰亚胺纤维混纺制成的迎尘层1、由聚四氟乙烯纤维与聚酰亚胺纤维混纺制成的缓冲层2、由含有V2O5-WO3/TiO2脱硝催化剂的聚四氟乙烯膜制成的催化分解层3、由聚四氟乙烯纤维制成的基布层4、以及由聚四氟乙烯纤维制成的支撑层5。
该基布层4位于该支撑层5上，该催化分解层3位于该基布层4上，该缓冲层2位于该催化分解层3上，该迎尘层1位于该缓冲层2上。该迎尘层1、该缓冲层2、该催化分解层3通过针刺法勾连置于该基布层4上，该支撑层5通过针刺法置于该基布层4之下。
迎尘层1：涂层技术引入到迎尘层1的加工中，产生表层过滤效果。与覆PTFE微孔膜的表面过滤技术相比，对滤料透气量的影响显著降低；与非织造布深层过滤比较，提高了阻挡微细尘粒能力，同时表面易清灰。迎尘层的主要作用是截留烟尘中的飞灰。
缓冲层2：纤维层内纤维错综排列，形成无数网格。气流在纤维层内穿过时，要经过多次激烈的转弯。当微粒质量较大或者气流速度较大时，在转弯处，微粒或气流由于惯性来不及绕过纤维，而是向纤维不断靠近，微粒在纤维上沉积下来，气流速度被减缓。
催化分解层3：催化分解层3主要在160-220℃的温度范围内，在少量O2存在的条件下，通过催化剂与氮氧化物接触，进行催化分解。
该除尘脱硝一体化功能性滤料在制备时，包括以下步骤：
a、缓冲层1的制备：将聚四氟乙烯纤维和聚酰亚胺纤维进行开松后，通过机械成网形成缓冲层，并经过针刺加固；
b、迎尘层2的制备：采用聚四氟乙烯纤维和聚酰亚胺纤维混合，经过纤维预处理、开松、梳理加工；
c、基布层4的制备：采用聚四氟乙烯乙烯长丝，通过经纬向交织形成基布层；
d、支撑层5的制备：采用聚四氟乙烯纤维，经过纤维预处理、开松、梳理加工；
e、催化分解层3的制备，将V2O5-WO3/TiO2脱硝催化剂植入聚四氟乙烯膜，再将该聚四氟乙烯膜和迎尘层1、缓冲层2进行铺网、针刺；
f、除尘及脱硝一体化功能性滤料的制备：将迎尘层1、缓冲层2、催化分解层3、基布层4以及支撑层5，通过针刺加工、后处理，得到除尘及脱硝一体化功能性滤料。
除了催化分解层3的制备有次序限制之外，其余结构层的制备没有特殊限制，如缓冲层1的制备、迎尘层2的制备、基布层4的制备、支撑层5的制备没有特殊限制，而催化分解层3的制备需要在迎尘层1、缓冲层2制备好之后进行。
在步骤c中，该基布层4可用纤维聚四氟乙烯纤维经机织加工而成，总克重为100-150克/平方米。
在步骤b中，迎尘层1总克重可为200-300克/平方米；迎尘层1可用聚四氟乙烯纤维细度为2~10分特，长度35~90毫米，预处理采用表面活性剂OP-10，与纤维重量比为1：300~1：800，喷洒到纤维表面，密闭24~72小时。
在步骤d中，根据支撑层5中聚四氟乙烯纤维的性能进行不同的后处理，支撑层5可采用纤维为聚四氟乙烯纤维，后处理包括热定型，温度300-320℃，时间5—10分钟。
该催化分解层3中脱硝催化剂的含重量为60-80%，通过分散剂形式植入聚四氟乙烯膜中；该滤料总克重为1500-2000克/平方米时，该催化分解层3总克重可为250-350克/平方米。
接下去对本发明的除尘脱硝一体化功能性滤料的制备方法进行详细举例说明。
除尘脱硝一体化功能性滤料的制备方法是将V2O5-WO3/TiO2脱硝催化剂分散在聚四氟乙烯膜中，再将含有脱硝催化剂的聚四氟乙烯膜通过针刺法成网，以聚四氟乙烯纤维和聚酰亚胺纤维混纺作为迎尘层，将多种结构进行叠层，通过针刺、后处理等工艺加工而成。
该除尘脱硝一体化功能性滤料的制备方法包括以下步骤。
a、缓冲层2的制备：将聚四氟乙烯纤维和聚酰亚胺纤维进行开松后，通过机械成网形成缓冲层，并经过针刺加固。
b、迎尘层1的制备：采用聚四氟乙烯纤维和聚酰亚胺纤维混合，经过纤维预处理、开松、梳理加工。迎尘层1总克重为200-300克/平方米，迎尘层1用聚四氟乙烯纤维细度为2~10分特，长度35~90毫米，预处理采用表面活性剂OP-10，与纤维重量比为1：300~1：800，喷洒到纤维表面，密闭24~72小时。
c、催化分解层3的制备，将V2O5-WO3/TiO2植入聚四氟乙烯膜，再将该聚四氟乙烯膜和迎尘层1、缓冲层2进行铺网、针刺。催化分解层3中V2O5-WO3/TiO2的含重量为60%，通过分散剂形式植入聚四氟乙烯膜中；总克重为250-350克/平方米。
d、基布层4的制备：采用聚四氟乙烯乙烯长丝，通过经纬向交织形成基布层。基布层4用纤维聚四氟乙烯纤维经机织加工而成，总克重为100-150克/平方米。
e、支撑层5的制备：采用聚四氟乙烯纤维，经过纤维预处理、开松、梳理加工。根据支撑层中聚四氟乙烯纤维的性能进行不同的后处理，支撑层采用纤维为聚四氟乙烯纤维，后处理包括热定型，温度300-320℃，时间5—10分钟。
f、除尘及脱硝一体化功能性滤料的制备：将迎尘层1、缓冲层2、催化分解层3、基布层4以及支撑层5，通过针刺加工、后处理，得到除尘及脱硝一体化功能性滤料。滤料总克重为1500克/平方米。
通过上述方法得到2000克/平方米的除尘及脱硝一体化功能性滤料，在200℃对氮氧化物的去除率95%，对PM2.5颗粒去除效率达90%，运行阻力为1000Pa；在210℃对氮氧化物的去除率99.5%，对PM2.5颗粒去除效率达99.8%，运行阻力为1600Pa。
总结起来，本发明主要具备以下优点：
1、具有除尘和脱硝的双重功效
该滤料是在原有滤料中复合了具有催化分解氮氧化物的功能滤料，因此，在高效除尘的同时可以将氮氧化物在高温下同步分解，降低了氮氧化物的排放浓度；
2、温度匹配性好
PTFE纤维和P84纤维都可在260℃以下长期运行，而催化剂的有效分解温度为150-220℃，因此在温度上匹配性较好；
3、催化分解效率高
纤维中使用粉体状催化剂，并且采用PTFE超细微孔膜作为载体，提高了催化剂的附着效果，比目前块状（蜂窝煤状）的比较，增大废气与催化剂的接触面积，提高了对废气的分解效率；
4、环境适应性好
可以在高湿度、高氧化、高酸碱腐蚀的环境中保持良好的分解效率和使用寿命；
5、造价成本低
无需增加新的除尘设备和改造，由于该新型滤料与普通滤料差异很小，可以直接在现有的袋式除尘器上使用，因此没有任何设备改造等费用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种除尘脱硝一体化功能性滤料，其特征在于，其包括由聚四氟乙烯纤维和聚酰亚胺纤维混纺制成的迎尘层、由聚四氟乙烯纤维与聚酰亚胺纤维混纺制成的缓冲层、由含有V2O5-WO3/TiO2脱硝催化剂的聚四氟乙烯膜制成的催化分解层、由聚四氟乙烯纤维制成的基布层、以及由聚四氟乙烯纤维制成的支撑层；
该基布层位于该支撑层上，该催化分解层位于该基布层上，该缓冲层位于该催化分解层上，该迎尘层位于该缓冲层上；该迎尘层、该缓冲层、该催化分解层通过针刺法勾连置于该基布层上，该支撑层通过针刺法置于该基布层之下。
2.根据权利要求1所述的除尘脱硝一体化功能性滤料，其特征在于：该基布层总克重为100-150克/平方米。
3.根据权利要求1所述的除尘脱硝一体化功能性滤料，其特征在于：该迎尘层总克重为200-300克/平方米。
4.根据权利要求1所述的除尘脱硝一体化功能性滤料，其特征在于：在该催化分解层中，该脱硝催化剂通过分散剂形式植入聚四氟乙烯膜中，该催化分解层的总克重为250-350克/平方米，其中，脱硝催化剂的重量比重为每平方米占60-80%。
5.一种如权利要求1所述的除尘脱硝一体化功能性滤料的制备方法，其特征在于：该制备方法包括以下步骤：
a、缓冲层的制备：将聚四氟乙烯纤维和聚酰亚胺纤维进行开松后，通过机械成网形成缓冲层，并经过针刺加固；
b、迎尘层的制备：采用聚四氟乙烯纤维和聚酰亚胺纤维混合，经过纤维预处理、开松、梳理加工；
c、基布层的制备：采用聚四氟乙烯乙烯长丝，通过经纬向交织形成基布层；
d、支撑层的制备：采用聚四氟乙烯纤维，经过纤维预处理、开松、梳理加工；
e、催化分解层的制备，将V2O5-WO3/TiO2脱硝催化剂植入聚四氟乙烯膜，再将该聚四氟乙烯膜和迎尘层、缓冲层进行铺网、针刺；
f、除尘及脱硝一体化功能性滤料的制备：将迎尘层、缓冲层、催化分解层、基布层以及支撑层，通过针刺加工、后处理，得到除尘及脱硝一体化功能性滤料。
6.根据权利要求5所述的除尘脱硝一体化功能性滤料的制备方法，其特征在于：在步骤c中，该基布层用纤维聚四氟乙烯纤维经机织加工而成，总克重为100-150克/平方米。
7.根据权利要求5所述的除尘脱硝一体化功能性滤料的制备方法，其特征在于：在步骤b中，迎尘层总克重为200-300克/平方米。
8.根据权利要求5所述的除尘脱硝一体化功能性滤料的制备方法，其特征在于：在步骤d中，根据支撑层中聚四氟乙烯纤维的性能进行不同的后处理，支撑层采用纤维为聚四氟乙烯纤维，后处理包括热定型，温度300-320℃，时间5—10分钟。
9.根据权利要求5所述的除尘脱硝一体化功能性滤料的制备方法，其特征在于：在步骤b中，迎尘层用聚四氟乙烯纤维细度为2~10分特，长度35~90毫米，预处理采用表面活性剂OP-10，与纤维重量比为1：300~1：800，喷洒到纤维表面，密闭24~72小时。
10.根据权利要求5所述的除尘脱硝一体化功能性滤料的制备方法，其特征在于：该催化分解层中脱硝催化剂的含重量为60-80%，通过分散剂形式植入聚四氟乙烯膜中；该催化分解层总克重为250-350克/平方米，该滤料总克重为1500-2000克/平方米。
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Denomination of invention: Dedusting and denitration integrated functional filter material and preparation method thereof Effective date of registration: 20181228 Granted publication date: 20150812 Pledgee: Hefei Xingtai financing guarantee Group Limited Pledgor: ANHUI YUANCHEN ENVIRONMENT PROTECTION TECHNOLOGY CO., LTD. Registration number: 2018340000796 |