CN104043289B - 一种含催化层的过滤材料及其生产方法和用途 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种含催化层的过滤材料及其生产方法和用途，该过滤材料是由迎尘层、催化层、中间织物增强层与非过滤面层构成，所述催化层是由附着催化剂颗粒的耐热纤维网构成，所述耐热纤维网中含有未拉伸聚苯硫醚纤维。过滤材料不仅具有对氮氧化物的去除率高、捕集效率高、使用寿命长的特点，还具有生产成本低、生产效率高的特点，可应用于烟气过滤袋的制备。

Description

一种含催化层的过滤材料及其生产方法和用途

技术领域

本发明涉及一种含催化层的过滤材料及其生产方法和用途。

背景技术

目前，催化剂附着在过滤材料的方式是将催化剂颗粒制成悬浮液浸渍在滤料上；或将催化剂颗粒铺设在常规的纤维表面，然后经过长时间的高温处理，制得过滤材料。这两种处理方式均使滤料的物性损失明显，从而影响过滤材料的使用寿命。另外一种方式是在制造纤维时添加催化剂颗粒，将内部含有催化剂颗粒的纤维再制成过滤材料，由于大量颗粒置于纤维内部，使用时烟气难以与催化剂接触，影响催化效果。

如中国专利CN102145241中公开了一种聚苯硫醚滤料上负载脱硝催化剂的制备方法，该发明是将聚苯硫醚滤料进行酸化处理形成PPSN，再充分浸渍后，在300℃～500℃的温度下煅烧5～7小时形成负载脱硝催化剂的聚苯硫醚滤料。这样长时间的高温处理会影响滤料的强度，从而降低了过滤材料的使用寿命。

又如中国专利CN101496974中公开了一种将聚四氟乙烯树脂粉末和催化剂粉体均匀混和，再加入液体经过一系列加工方法后制得薄膜再分裂成具有网状结构的聚四氟乙烯纤维催化层，再与其他迎尘层、缓冲层、聚四氟乙烯基布增强层叠合通过针刺加工，制备除尘和二恶英分解双效过滤材料。在使用过程中，由于大量的催化剂粉末存在于聚四氟乙烯纤维内部，这样减少了与烟气的接触，从而降低了过滤材料对烟气中二恶英的去除率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种对氮氧化物的去除率高、捕集效率高、使用寿命长的含催化层的过滤材料。

本发明的另一目的在于提供一种生产成本低、生产效率高的含催化层的过滤材料的生产方法。

本发明的技术解决方案如下：本发明的含催化层的过滤材料是由迎尘层、催化层、中间织物增强层与非过滤面层构成，所述催化层是由附着催化剂颗粒的耐热纤维网构成，所述耐热纤维网中含有未拉伸聚苯硫醚纤维。上述未拉伸聚苯硫醚纤维是指在纺丝过程中未经过拉伸工艺，直接切断得到的聚苯硫醚纤维，未拉伸的聚苯硫醚纤维比拉伸后的聚苯硫醚纤维的玻璃化温度低10～30℃，当催化剂颗粒热压在未拉伸聚苯硫醚纤维表面时，只需采用较低的热压温度和较短的时间，这样既不会因为高温和长时间的热压对纤维的强度造成损伤，又能降低生产成本、提高生产效率。上述催化剂颗粒是指市面能购得的一般低温脱硝催化剂颗粒，将催化剂颗粒直接均匀喷洒在耐热纤维表面或耐热纤维网的表面，使颗粒分布均匀且集中，有利于提高对氮氧化物的去除率。

构成本发明催化层的耐热纤维网中含有15～90重量%的未拉伸聚苯硫醚纤维。如果未拉伸聚苯硫醚纤维的含量低于15重量%，未拉伸聚苯硫醚纤维的含量少的话，其他耐热纤维的含量势必会多，在相同温度条件下受热变形纤维的表面积少，因而导致催化剂颗粒容易附着的纤维表面减少，催化剂颗粒附着量少，就会影响过滤材料对氮氧化物的去除率；如果未拉伸聚苯硫醚纤维的含量超过90重量%，在耐热纤维网中，由于大量的未拉伸聚苯硫醚纤维易受热变形，通过热压得到的催化层结构过于致密、孔隙小、刚度高，再与迎尘层、中间织物增强层、非过滤面层复合时，就会造成复合难度增加且过滤时的压力损失高。考虑到催化剂的附着效率能达到80%以上，以及过滤材料对氮氧化物的去除率以及压损等因素，构成本发明催化层的耐热纤维网中未拉伸聚苯硫醚纤维的含量优选20～70重量%。

构成本发明催化层的耐热纤维网中还含有10～85重量%的其他耐热纤维，上述其他耐热纤维为聚苯硫醚纤维、间位芳香族聚酰胺纤维、聚酰亚胺、聚四氟乙烯纤维、玻璃纤维、对位芳香族聚酰胺纤维中至少一种。上述其他耐热纤维优选聚苯硫醚纤维，该纤维不仅具有优秀的耐化学性能，而且还具有优秀的耐热性。聚苯硫醚纤维熔点高达285℃，常规使用温度可以达到170℃；耐化学性能方面，在200℃或200℃以下，它能对大多数的酸（如：浓盐酸、浓磷酸、稀硫酸等）、碱（如：30%NaOH）、有机溶剂保持稳定的性能；机械强度方面，对滤袋使用过程中接受到的含尘气流的冲刷、脉冲清洗及使用过程中必须克服自身的重力和附载粉尘的重力的冲击都具有极强的抵抗性。除此之外，聚苯硫醚纤维还具有优良的难燃性、耐辐射性、电气性、耐光性等性能，其价格适中，便于推广使用。这里的其他耐热纤维中的聚苯硫醚纤维是经过拉伸的聚苯硫醚纤维。

上述催化层占该过滤材料的15～60重量%，如果催化层的比重小于15重量%，难于实现对氮氧化物的高效净化；如果催化层的比重大于60重量%，生产成本就会大幅增加，同时与迎尘层、中间织物增强层、非过滤面层复合后，过量的催化剂颗粒易堵塞过滤材料的孔隙，导致透气度减小，从而影响过滤性能。优选催化层占过滤材料的20～50重量%。

本发明的含催化层的过滤材料的生产方法，包括如下步骤：

（1）迎尘层、非过滤面层的制备：采用耐热纤维经过开松、梳理、铺网、预针刺加工而成；

（2）中间织物增强层的制备：采用耐热纤维经过纺纱、热定型、织造而成；

（3）催化层的制备:将催化剂颗粒在温度为150～245℃、时间为2～20min下直接热压在未拉伸聚苯硫醚纤维表面，然后与含量为10～85重量%的其他耐热纤维进行混合，再经过开松、梳理、铺网、预针刺加工成耐热纤维网作为催化层，或者采用含量为15～90重量%的未拉伸聚苯硫醚纤维与含量为10～85重量%的其他耐热纤维混合，经过开松、梳理、铺网、预针刺加工成耐热纤维网，然后在温度为150～245℃、时间为2～20min下将催化剂颗粒热压在耐热纤维网上，形成催化层；

（4）过滤材料的制备：将上述制得的迎尘层、催化层、中间织物增强层、非过滤面层按顺序依次叠合，通过针刺加工，制得成品。

上述步骤（3）中催化剂颗粒的热压附着温度必须控制在未拉伸聚苯硫醚纤维的玻璃化温度（100℃）以上、熔点（285℃）以下。如果热压温度低于未拉伸聚苯硫醚纤维的玻璃化温度，则未拉伸聚苯硫醚纤维未受热变形，催化剂颗粒难以附着，就会影响过滤材料对氮氧化物的去除率；如果热压温度高于未拉伸聚苯硫醚纤维的熔点温度，未拉伸聚苯硫醚纤维成熔融状态，冷却后纤维网孔隙将会被堵塞，很难实施过滤，同时高温处理的话还会影响滤料的强度，从而降低了过滤材料的使用寿命，且生产成本高，生产能耗增加。热压温度优选160～220℃。如果热压时间过短，低于2min的话，会使催化剂颗粒不易附着，从而影响过滤材料的脱硝效率；如果热压时间过长，高于20min的话，会使纤维的强度大幅降低，从而影响过滤材料强度，缩短使用寿命。

本发明的含催化层的过滤材料不仅具有对氮氧化物的去除率高、捕集效率高、使用寿命长的特点，还具有生产成本低、生产效率高的特点，可应用于烟气过滤袋的制备。

具体实施方式

下面通过实施例更详细地说明本发明，但本发明不受这些实施例的限制，本发明含催化层的过滤材料各物性的测定方法如下。

【VDI3926 捕集效率】

根据VDI3926的标准测定过滤材料的性能，实验样品的尺寸是φ150mm，喂入的粉尘浓度在5g/m³，过滤风速为2m/min。实验的顺序是，初期30回+稳定化5000回+最后30回。这里的初期30回和最后30回的方法是，随着运行时间的延长，过滤材料两面的压差会渐渐升高，当到达1000Pa时，脉冲空气对过滤材料表面的粉尘进行清灰，然后进行下一个过程，该过程总共进行30回，在实验的过程中记录压力和时间的变化，同时检测没有被过滤材料捕集的粉尘的浓度。稳定化过程是指在运行的过程中，以5s为时间间隔对过滤材料进行清灰，共进行5000回。在这里所指的清灰的压力是5bar。

【去除率】

采用德图烟气自动测试仪350XL，测试过滤前、后烟气中氮氧化物的含量，从而计算出去除率。

实施例1

迎层尘和非过滤面层的制备：采用聚苯硫醚纤维经过开松、梳理、铺网、预针刺加工成纤维网分别作为迎尘层和非过滤面层；

中间织物增强层的制备：采用聚苯硫醚纤维经过纺纱、热定型、织造成平纹织物作为中间织物增强层；

催化层的制备：将含量为45重量%的未拉伸聚苯硫醚纤维与含量为55重量%的聚苯硫醚纤维混合，经过开松、梳理、铺网、预针刺加工成耐热纤维网，再在温度为180℃、时间为12min的条件下将锰盐和钴盐组成的低温催化剂颗粒热压在耐热纤维网表面，形成克重为200g/m^２的催化层；

过滤材料的制备：将上述制得的迎尘层、催化层、中间织物增强层、非过滤面层按顺序叠合，通过针刺加工，制得克重为650g/m^２、拉伸强度为1278N∕5cm的含催化层的过滤材料，测得本发明的过滤材料中催化层占30.8重量%，催化剂附着效率为92%；在温度为190℃的条件下，过滤材料对氮氧化物的去除效率达到91%，捕集效率达到99.9943%。

实施例2

迎层尘和非过滤面层的制备：采用聚苯硫醚纤维经过开松、梳理、铺网、预针刺加工成纤维网分别作为迎尘层和非过滤面层；

中间织物增强层的制备：采用聚苯硫醚纤维经过纺纱、热定型、织造成平纹织物作为中间织物增强层；

催化层的制备：将钴盐和铜盐组成的低温催化剂颗粒在温度为190℃、时间为8min的条件下直接热压在未拉伸聚苯硫醚纤维表面，再将上述附着催化剂颗粒的未拉伸聚苯硫醚纤维与聚苯硫醚纤维按重量比55：45进行混合，经过开松、梳理、铺网、预针刺加工成耐热纤维网作为催化层，该催化层的克重为250g/m^２；

过滤材料的制备：将上述制得的迎尘层、催化层、中间织物增强层、非过滤面层按顺序叠合，通过针刺加工，制得克重为600g/m^２、拉伸强度为1195N∕5cm的含催化层的过滤材料，测得本发明的过滤材料中催化层占41.7重量%，催化剂附着效率为95%；在温度为175℃的条件下，过滤材料对氮氧化物的去除效率达到95%，捕集效率达到99.9956%。

实施例3

迎尘层和非过滤面层的制备：采用聚苯硫醚纤维与间位芳香族聚酰胺纤维混合而得的纤维经过开松、梳理、铺网、预针刺加工成纤维网分别作为迎尘层和非过滤面层；

中间织物增强层的制备：采用聚苯硫醚纤维与间位芳香族聚酰胺纤维混合经过纺纱、热定型、织造成平纹织物作为中间织物增强层；

催化层的制备：将含量为35重量%的未拉伸聚苯硫醚纤维与含量为65重量%的间位芳香族聚酰胺纤维混合，经过开松、梳理、铺网、预针刺加工成耐热纤维网，再在温度为170℃、时间为14min的条件下将铈盐和铁盐组成的低温催化剂颗粒热压在耐热纤维网表面，形成克重为320g/m^２的催化层；

过滤材料的制备：将上述制得的迎尘层、催化层、中间织物增强层、非过滤面层按顺序叠合，通过针刺加工，制得克重为580g/m^２、拉伸强度为1310N∕5cm的含催化层的过滤材料，测得本发明的过滤材料中催化层占55.1重量%，催化剂附着效率为91%；在温度为180℃的条件下，过滤材料对氮氧化物的去除效率达到96%，捕集效率达到99.9621%。

实施例4

迎尘层和非过滤面层的制备：采用聚四氟乙烯纤维经过开松、梳理、铺网、预针刺加工成纤维网分别作为迎尘层和非过滤面层；

中间织物增强层的制备：采用聚四氟乙烯纤维经过纺纱、热定型、织造成平纹织物作为中间织物增强层；

催化层的制备：将锰盐、钼盐和锌盐组成的低温催化剂颗粒在温度为165℃、时间为16min的条件下直接热压在未拉伸聚苯硫醚纤维表面，再将上述附着催化剂颗粒的未拉伸聚苯硫醚纤维与聚四氟乙烯纤维按重量比60：40进行混合，经过开松、梳理、铺网、预针刺加工成纤维网作为催化层，该催化层的克重为280g/m^２；

过滤材料的制备：将上述制得的迎尘层、催化层、中间织物增强层、非过滤面层按顺序叠合，通过针刺加工，制得克重为620g/m^２、拉伸强度为1086N∕5cm的含催化层的过滤材料，测得本发明的过滤材料中催化层占45.2重量%，催化剂附着效率为93%；在温度为170℃的条件下，过滤材料对氮氧化物的去除效率达到93%，捕集效率达到99.9862%。

实施例5

迎尘层和非过滤面层的制备：采用聚苯硫醚纤维与聚酰亚胺纤维混合而得的纤维经过开松、梳理、铺网、预针刺加工成纤维网分别作为迎尘层和非过滤面层；

中间织物增强层的制备：采用聚苯硫醚纤维与聚酰亚胺纤维混合经过纺纱、热定型、织造成平纹织物作为中间织物增强层；

催化层的制备：将含量为50重量%未拉伸聚苯硫醚纤维与含量为50重量%的聚酰亚胺纤维混合，经过开松、梳理、铺网、预针刺加工成耐热纤维网，再在温度为200℃、时间为5min的条件下将钴盐和锡盐组成的低温催化剂颗粒热压在耐热纤维网表面，形成克重为160g/m^２的催化层；

过滤材料的制备：将上述制得的迎尘层、催化层、中间织物增强层、非过滤面层按顺序叠合，通过针刺加工，制得克重为630g/m^２、拉伸强度为1123N∕5cm的含催化层的过滤材料，测得本发明的过滤材料中催化层占25.4重量%，催化剂附着效率为91%；在温度为172℃的条件下，过滤材料对氮氧化物的去除效率达到88%，捕集效率达到99.9789%。

实施例6

迎尘层和非过滤面层的制备：采用聚苯硫醚纤维与玻璃纤维混合经过开松、梳理、铺网、预针刺加工成纤维网分别作为迎尘层和非过滤面层；

中间织物增强层的制备：采用聚苯硫醚纤维与玻璃纤维经过纺纱、热定型、织造成平纹织物作为中间织物增强层；

催化层的制备：将铈盐和铁盐组成的低温催化剂颗粒在温度为210℃、时间为3min的条件下直接热压在未拉伸聚苯硫醚纤维表面，再将上述附着催化剂颗粒的未拉伸聚苯硫醚纤维与玻璃纤维按重量比18：82进行混合，经过开松、梳理、铺网、预针刺加工成纤维网作为催化层，该催化层的克重为120g/m^２；

过滤材料的制备：将上述制得的迎尘层、催化层、中间织物增强层、非过滤面层按顺序叠合，通过针刺加工，制得克重为660g/m^２、拉伸强度为1336N∕5cm的含催化层的过滤材料，测得本发明的过滤材料中催化层占18.2重量%，催化剂附着效率为94%；在温度为185℃的条件下，过滤材料对氮氧化物的去除效率达到82%，捕集效率达到99.9275%。

实施例7

迎尘层和非过滤面层的制备：采用聚苯硫醚纤维经过开松、梳理、铺网、预针刺加工成纤维网分别作为迎尘层和非过滤面层；

中间织物增强层的制备：采用聚苯硫醚纤维经过纺纱、热定型、织造成平纹织物作为中间织物增强层；

催化层的制备：将含量为80重量%未拉伸聚苯硫醚纤维与含量为20重量%的聚苯硫醚纤维混合，经过开松、梳理、铺网、预针刺加工成耐热纤维网，再在温度为158℃、时间为18min的条件下将钴盐和锡盐组成的低温催化剂颗粒热压在耐热纤维网表面，形成克重为220g/m^２的催化层；

过滤材料的制备：将上述制得的迎尘层、催化层、中间织物增强层、非过滤面层按顺序叠合，通过针刺加工，制得克重为595g/m^２、拉伸强度为1061N∕5cm的含催化层的过滤材料，测得本发明的过滤材料中催化层占37.0重量%，催化剂附着效率为90%；在温度为188℃的条件下，过滤材料对氮氧化物的去除效率达到86%，捕集效率达到99.9596%。

实施例1～7中制得本发明的含催化层的过滤材料在制备烟气过滤袋的应用。

比较例1

迎层尘和非过滤面层的制备：采用聚苯硫醚纤维经过开松、梳理、铺网、预针刺加工成纤维网分别作为迎尘层和非过滤面层；

中间织物增强层的制备：采用聚苯硫醚纤维经过纺纱、热定型、织造成平纹织物作为中间织物增强层；

催化层的制备：将经过拉伸的聚苯硫醚纤维经过开松、梳理、铺网、预针刺加工成耐热纤维网，再在温度为390℃、时间为12min的条件下将锰盐和钴盐组成的低温催化剂颗粒热压在耐热纤维网表面，形成克重为200g/m^２的催化层；

过滤材料的制备：将上述制得的迎尘层、催化层、中间织物增强层、非过滤面层按顺序叠合，通过针刺加工，制得克重为650g/m^２、拉伸强度为889N∕5cm的含催化层的过滤材料，测得该过滤材料中催化层占30.8重量%，催化剂附着效率为76%；在温度为190℃的条件下，过滤材料对氮氧化物的去除效率达到78%，捕集效率达到99.9115%。

Claims (6)

1.一种含催化层的过滤材料，其特征在于：该过滤材料是由迎尘层、催化层、中间织物增强层与非过滤面层构成，所述催化层是由附着催化剂颗粒的耐热纤维网构成，所述耐热纤维网中含有未拉伸聚苯硫醚纤维，所述耐热纤维网中含有15～90重量%的未拉伸聚苯硫醚纤维。

2.根据权利要求1所述含催化层的过滤材料，其特征在于：所述耐热纤维网中还含有10～85重量%的其他耐热纤维。

3.根据权利要求2所述含催化层的过滤材料，其特征在于：所述其他耐热纤维为聚苯硫醚纤维、间位芳香族聚酰胺纤维、聚酰亚胺、聚四氟乙烯纤维、玻璃纤维、对位芳香族聚酰胺纤维中的至少一种。

4.根据权利要求1所述含催化层的过滤材料，其特征在于：所述催化层占该过滤材料的15～60重量%。

5.一种权利要求1所述含催化层的过滤材料的生产方法，包括如下步骤：

（1）迎尘层、非过滤面层的制备：采用耐热纤维经过开松、梳理、铺网、预针刺加工而成；

（2）中间织物增强层的制备：采用耐热纤维经过纺纱、热定型、织造而成；

（3）催化层的制备:将催化剂颗粒在温度为150～245℃、时间为2～20min下直接热压在未拉伸聚苯硫醚纤维表面，然后与含量为10～85重量%的其他耐热纤维进行混合，再经过开松、梳理、铺网、预针刺加工成耐热纤维网作为催化层，或者采用含量为15～90重量%的未拉伸聚苯硫醚纤维与含量为10～85重量%的其他耐热纤维混合，经过开松、梳理、铺网、预针刺加工成耐热纤维网，然后在温度为150～245℃、时间为2～20min下将催化剂颗粒热压在耐热纤维网上，形成催化层；

（4）过滤材料的制备：将上述制得的迎尘层、催化层、中间织物增强层、非过滤面层按顺序依次叠合，通过针刺加工，制得成品。

6.一种权利要求1所述含催化层的过滤材料在制备烟气过滤袋的应用。