CN104226020A - 一种具有催化功能的复合型纳米滤料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有催化功能的复合型纳米滤料，包括依次叠合的迎尘层、缓冲层、催化过滤层和支撑层；各层均含有交联成网状的纤维，其中所述迎尘层和支撑层的纤维直径大于3μm，所述缓冲层的纤维直径为1～3μm，所述催化过滤层的纤维直径小于1μm，所述迎尘层、缓冲层和支撑层的总克重均为25～500克/平方米，催化过滤层的总克重为10～250克/平方米；所述催化过滤层包括纳米纤维载体和负载在该纳米纤维载体上的活性组分。本发明的纳米滤料脱除效率高、使用寿命长。本发明还公开了所述具有催化功能的复合型纳米滤料的制备方法，通过原位引入催化活性组分，解决了催化滤料中催化剂与纤维滤料结合较差、催化剂颗粒易脱落等问题。

Description

一种具有催化功能的复合型纳米滤料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及尾气处理技术领域，特别是涉及一种具有催化功能的复合型纳米滤料及其制备方法和应用。

背景技术

我国是一个能源消费大国，一次能源消费结构以煤炭为主，煤燃烧生成的SO₂、NO_x、汞、挥发性有机物(VOCs)和二噁英等污染物使我国成为世界上大气污染最为严重的国家之一。为了改善大气污染状况，环保部颁布并实施了新的《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)，设定了全世界最严格的污染物排放限值并首次规定了汞的排放限值(0.03mg/m³)。国务院办公厅2010年在《关于推进大气污染联防联控工作指导意见》中首次正式地从国家层面提出开展挥发性有机物污染防治工作，将其列为大气污染联防联控的重点污染物。我国对焚烧后烟气中二噁英的排放量也进行了严格的控制，《危险废物焚烧污染控制标准》(GB18484-2001)中规定二噁英的排放限值为0.5ng/Nm³。因此，如何高效经济地减少汞、挥发性有机物(VOCs)和二噁英等气态污染物的排放已成为治理我国大气污染的当务之急。

在VOCs、二噁英、零价汞等气态污染物的控制技术中，引入催化剂后的催化氧化方法由于具有可以在低浓度下进行、脱除效率较高、适用范围广、操作简单易行等显著的优点，因而成为目前最具有应用前景的脱除方法之一。然而由于大气污染物的成分复杂、各类污染物之间存在相互影响和耦合作用，因此设计制备一种兼顾催化氧化和过滤除尘功能的新型催化滤料，实现VOCs、二噁英、零价汞等气态污染物和粉尘的高效脱除，对改善我国目前严重的大气污染问题具有重要的意义。

现有技术中，基本是采用多层滤料叠置，并在其中一层滤料上负载上催化剂，以达到同时除尘和催化去除有害气体的目的。例如公开号为CN103446805A的中国专利文献公开了一种除尘脱汞双效功能滤料，其特征在于，包括依次连接的支撑层、基布层、催化分解层、缓冲层和迎尘层，所述支撑层、基布层、催化分解层、缓冲层和迎尘层相互通过针刺勾连；所述迎尘层由聚四氟乙烯纤维和聚酰亚胺纤维按质量比1:1～1:2混纺制成，缓冲层由聚四氟乙烯纤维与聚酰亚胺纤维按质量比1:1～1:2混纺制成，催化分解层由含有脱汞催化剂的聚四氟乙烯膜制成，基布层由聚四氟乙烯纤维制成，支撑层由聚四氟乙烯纤维制成。该专利文献公开的技术方案，负载催化剂的方式是将催化剂与聚四氟乙烯混合制备成薄膜，再将薄膜采用针刺的方式制作出过气孔。

公开号为CN101496974A的中国专利文献公开了一种除二噁英分解双效过滤的制备方法。该材料包括五层结构，一是将聚四氟乙烯纤维梳理加工成迎尘层，二是将细旦聚四氟乙烯纤维预针刺加工成缓冲层，三是通过裂膜方法将负载催化剂的聚四氟乙烯加工成网状结构的纤维，并多层叠合成催化层，四是聚四氟乙烯基布增强层，将上述四层叠合，再在基布增强层上叠合迎尘层，最后通过针刺加工而成。该专利文献公开的方案是先将催化剂和聚四氟乙烯树脂混合添加液体石蜡做成薄膜，再采用开纤机将负载有催化剂的薄膜分裂成具有网状结构的纤维化层，其不足之处在于该纤维化层孔隙率低，而且部分催化剂被包覆在聚四氟乙烯树脂内起不到催化作用，催化剂与气体的接触面积小。

现有技术中另外一种制备同时除尘和除污染废气的滤料的方法是，将催化剂负载到滤料表面的，增大催化剂与处理气体的接触面积，例如公开号为CN103212245A的中国专利文献公开了一种含有MnO₂催化剂的除尘滤料及其制备方法和应用，其中催化层的制备方法是：(1)将蒸馏提纯后的吡咯单体溶解在丙酮中，吡咯的浓度为0.1～0.5mol/L；(2)将滤料浸入步骤(1)的吡咯-丙酮溶液中，浸渍时间为1～24h，然后取出在室温下干燥0.5～24h；(3)将高锰酸钾和浓硫酸溶于水中，控制高锰酸钾的浓度为0.005～0.5mol/L，硫酸的浓度为0.05～5mol/L；(4)将步骤(2)干燥后的滤料浸入步骤(3)的酸性高锰酸钾溶液中反应0.5～24h；(5)将步骤(4)中得到的滤料用水和乙醇冲洗几遍后在110℃干燥1～24h，即得到所述的含有MnO₂催化剂的除尘滤料。该专利文献公开的技术中，催化层制备主要是通过浸渍法在聚苯硫醚(PPS)表面吸附催化剂，虽然增大了催化剂与气体的接触面积，但是催化剂极易脱落。

另一方面，研究表明，当颗粒粒径介于0.1～0.5μm时，由于颗粒粒径太小而很难通过电除尘或者惯性碰撞和拦截作用被普通袋式除尘器所捕集，现有滤料由于空隙较大也无法阻挡该尺寸的颗粒。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种具有催化功能的复合型纳米滤料，空隙小、孔隙率高，负载在催化层的催化剂不易脱落，具备同时过滤除尘和脱除VOCs、二噁英或零价汞等气态污染物的功能。

本发明解决问题的技术方案为：一种具有催化功能的复合型纳米滤料，包括依次叠合的迎尘层、缓冲层、催化过滤层和支撑层；各层均含有若干交错的纤维，其中所述迎尘层和支撑层的纤维直径大于3μm，所述缓冲层的纤维直径为1～3μm，所述催化过滤层的纤维直径小于1μm，所述迎尘层、缓冲层和支撑层的总克重均为25～500克/平方米，催化过滤层的总克重为10～250克/平方米；所述催化过滤层包括纳米纤维载体和负载在该纳米纤维载体上的活性组分。

作为优选，所述迎尘层和支撑层的纤维直径为3～10μm，缓冲层的纤维直径为1～3μm，催化过滤层的纤维直径为0.2～1μm。

作为优选，所述复合型纳米催化滤料的四层结构中，迎尘层、缓冲层和支撑层的纳米纤维的材质可选聚四氟乙烯(PTFE)、聚酰亚胺(PI)、聚苯硫醚(PPS)、聚对苯撑苯并二恶唑(PBO)或活性炭。

作为优选，其中纳米纤维载体为SiO₂纳米纤维、TiO₂纳米纤维或者SiO₂-TiO₂复合纳米纤维；活性组分为贵金属或者过渡金属氧化物。

作为优选，所述贵金属为Pt、Pd、Rh和Ag中的一种或者几种；所述过度金属氧化物为V₂O₅、Co₃O₄、MnO₂和Cr₂O₃中的一种或者几种。

所述具有催化功能的复合型纳米催化滤料能够有效去除含尘气体中的颗粒物并兼具催化脱除VOCs、二噁英或零价汞等气态污染物的功能，核心是催化过滤层，主要对污染气体起催化分解作用，迎尘层、缓冲层和支撑层则可以增加催化过滤层的机械强度，其中迎尘层和缓冲层还可以实现对含尘气体的初步过滤，提高催化过滤层中纳米催化滤料的使用寿命。

本发明还提供了一种具有催化功能的复合型纳米滤料的制备方法，首先对纤维毡进行预处理、开松和梳理，加工成迎尘层、缓冲层和支撑层，催化过滤层则通过静电纺丝技术制备出纳米纤维后，通过溶剂热合成方法在纳米纤维上负载催化活性组分，再将各层按顺序叠置；

所述的催化过滤层的制备过程包括以下步骤：

(1)静电纺丝法制备纳米纤维

取聚乙烯吡咯烷酮加入无水乙醇中，搅拌至完全溶解，加入钛前驱体、硅前驱体和水解抑制剂，室温下搅拌得到纺丝的前驱体溶液；以包裹在滚筒上的铝箔作为纳米纤维的接受器，接收距离为10～25cm，施加的静电电压为5～30kV，滚筒转速为50～100r/min，注射器灌注速度为0.5～3mL/min，通过静电纺丝得到SiO₂或TiO₂纳米纤维及SiO₂-TiO₂复合纳米纤维；

(2)煅烧形成纳米纤维载体

对纺丝后得到的纳米纤维进行煅烧，以除去纳米纤维中的有机成分，煅烧参数是以1～10℃/min的升温速率从室温加热到400～600℃并保持3～5h，最后自然冷却，得到纳米纤维载体；

(3)负载活性组分

取煅烧后的纳米纤维、活性组分前驱体、PVP以及DMF加入聚四氟乙烯内胆中，搅拌均匀后放入水热反应釜内进行溶剂热反应，反应后自然冷却至室温，固液分离得到并用去离子水洗涤，真空干燥，得到负载有活性组分的TiO₂纳米纤维。

制备过程中原位引入催化活性组分，活性组分与纤维结合力强。

其中，所述聚乙烯吡咯烷酮的摩尔质量为45000～55000g/mol。

所述钛前驱体选自钛酸四丁酯、钛酸异丙酯、四氯化钛、硫酸钛或硫酸氧钛；所述硅前驱体选自正硅酸乙酯、聚碳硅烷或聚硅氮烷；所述水解抑制剂选自冰醋酸、盐酸、三乙醇胺、丙烯酸、领苯二酚、乙酰乙酸烯丙酯、乙酰丙酮、硫酸、硝酸或磷酸；所诉活性组分前驱体选自贵金属的盐或者过渡金属氧化物。

作为优选，所述步骤(2)得到的纳米纤维载体在负载活性组分之前还进行了预处理，所述的预处理是采用碱液去除纳米纤维载体中的SiO₂。

所述采用碱液预处理的目的在于去除复合纤维中的SiO₂组分，得到具有较大比表面积的多孔TiO₂纳米纤维载体，之后再进行溶剂热反应使活性组分负载在纤维表面，从而提高催化反应活性。

所述碱液为强碱性溶液，例如氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、氢氧化钙溶液和氢氧化钡等。所述碱液优选为氢氧化钠溶液。

作为优选，步骤(1)中所述硅前驱体和钛前驱体的摩尔比为0～0.5:1。

由步骤(2)制得的纳米纤维载体含有TiO₂和SiO₂，SiO₂会被碱液蚀刻掉，得到具有高比表面的只含TiO₂的纳米纤维载体，若制备纳米纤维载体时未添加硅前驱体，则不用蚀刻，得到的TiO₂的纳米纤维载体相对来说孔隙率较小，比表面积小，硅前驱体添加过多则造成蚀刻后的TiO₂的纳米纤维载体空洞过大，也对催化不利。

作为优选，步骤(1)中所述硅前驱体和钛前驱体的摩尔比为0.1～0.3:1。其中硅前驱体和钛前驱体的摩尔比为0.1：1左右时，制备的负载有活性组分的TiO₂纳米纤维的催化活性可达到最高值。

本发明还提供了采用上述具有催化功能的复合型纳米滤料制备的一种布袋除尘器。

本发明的有益效果在于：具有催化功能的复合型纳米滤料的通道和空隙结构与颗粒尺寸相匹配，可以有效拦截气体中的颗粒。且该滤料制备工艺简单，脱除效率高、使用寿命长、适用性广、工艺简单，可以单独使用或者与布袋除尘器相结合，克服了现有技术中尾部烟气净化体统复杂和治理成本高等缺点。特别是在具有过滤作用的纳米纤维的制备过程中原位引入催化活性组分，成功解决了传统催化滤料中催化剂与纤维滤料结合较差、催化剂颗粒易脱落等问题，极大地节省了场地空间和处理成本，开拓了新型催化过滤材料的制备方法和应用领域，具有较强的经济性和良好的应用前景。

附图说明

图1是本发明的结构以及过滤催化原理的示意图。

图2是本发明实施例2中静电纺丝后得到的SiO₂-TiO₂复合纳米纤维的扫描电镜图像。

图3是本发明实施例2中溶剂热合成后得到的Ag/TiO₂纳米纤维的扫描电镜图像。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

迎尘层、缓冲层和支撑层的纳米纤维的材质可选聚四氟乙烯(PTFE)、聚酰亚胺(PI)、聚苯硫醚(PPS)、聚对苯撑苯并二恶唑(PBO)或活性炭。与上述材质对应的聚四氟乙烯(PTFE)纳米纤维、聚酰亚胺(PI)纳米纤维、聚苯硫醚(PPS)纳米纤维、聚对苯撑苯并二恶唑(PBO)纳米纤维或炭纳米纤维经过预处理、开松和梳理后，加工成迎尘层、缓冲层和支撑层。

下面进一步说明催化过滤层的制备方法。

实施例1

催化过滤层的制备

(1)静电纺丝法制备纳米纤维

取PVP(摩尔质量45000～55000g/mol)加入无水乙醇中，磁力搅拌30min至PVP完全溶解，加入钛酸四丁酯和冰醋酸，配成Ti的前驱体溶液，室温下磁力搅拌18h得到前驱体溶液；塑料注射器取9mL前驱体溶液，固定在距离滚筒中心15cm的位置，滚筒上包裹铝箔作为纳米纤维的接受装置；在不锈钢针头处加高压电源15kV，滚筒转速50r/min，注射器灌注速度为1mL/min，得到TiO₂纳米纤维；

(2)煅烧形成纳米纤维载体

纺丝结束后，取下铝箔在室温环境中放置12h，使纳米纤维充分水解；将放置后的铝箔装在坩埚中，放入马弗炉进行煅烧，以除去纳米纤维中的有机成分；以1.5℃/min的升温速度，从室温加热到500℃并保持4h，自然冷却，得到纳米纤维载体；

(3)负载活性组分

将煅烧后的纳米纤维放入2.5mol/L的NaOH溶液中，室温下磁力搅拌24h，使NaOH与SiO₂-TiO₂复合纳米纤维中的SiO₂充分反应；反应后溶液进行离心分离，并用去离子水洗涤3次，60℃真空干燥8h；称取45mg干燥后的TiO₂、51mgAgNO₃和16mgPVP，加入含有60mLDMF溶液的100mL聚四氟乙烯内胆中，搅拌均匀，放入水热反应釜内；在120℃下反应2h后，自然冷却至室温，离心分离并用去离子水洗涤3次，60℃真空干燥8h，得到Ag/TiO₂纳米纤维催化剂。

实施例2

催化过滤层的制备

(1)静电纺丝法制备纳米纤维

取PVP(摩尔质量45000～55000g/mol)加入无水乙醇中，磁力搅拌30min至PVP完全溶解，加入钛酸四丁酯、正硅酸乙酯和冰醋酸，配成Si/Ti摩尔比为1:9的前驱体溶液，室温下磁力搅拌18h；塑料注射器取9mL前驱体溶液，固定在距离滚筒中心15cm的位置，滚筒上包裹铝箔作为纳米纤维的接受装置；在不锈钢针头处加高压电源15kV，滚筒转速50r/min，注射器灌注速度为1mL/min，SiO₂-TiO₂复合纳米纤维；

(2)煅烧形成纳米纤维载体

纺丝结束后，取下铝箔在室温环境中放置12h，使纳米纤维充分水解；将放置后的铝箔装在坩埚中，放入马弗炉进行煅烧，以除去纳米纤维中的有机成分；以1.5℃/min的升温速度，从室温加热到500℃并保持4h，自然冷却，得到纳米纤维载体；

(3)负载活性组分

将步骤(2)煅烧后的纳米纤维放入NaOH溶液中，室温下磁力搅拌24h，使NaOH与SiO₂-TiO₂复合纳米纤维中的SiO₂充分反应；反应后溶液进行离心分离，并用去离子水洗涤3次，60℃真空干燥8h；称取45mg干燥后的TiO₂、51mgAgNO₃和16mgPVP，加入含有60mLDMF溶液的100mL聚四氟乙烯内胆中，搅拌均匀，放入水热反应釜内；在120℃下反应2h，自然冷却至室温，离心分离并用去离子水洗涤3次，60℃真空干燥8h，得到Ag/TiO₂纳米纤维催化剂。

实施例3

催化过滤层的制备

(1)静电纺丝法制备纳米纤维

取PVP(摩尔质量45000～55000g/mol)加入无水乙醇中，磁力搅拌30min至PVP完全溶解，加入钛酸四丁酯、正硅酸乙酯和冰醋酸，配成Si/Ti摩尔比为1:4的前驱体溶液，室温下磁力搅拌18h；塑料注射器取9mL前驱体溶液，固定在距离滚筒中心15cm的位置，滚筒上包裹铝箔作为纳米纤维的接受装置；在不锈钢针头处加高压电源15kV，滚筒转速50r/min，注射器灌注速度为1mL/min，SiO₂-TiO₂复合纳米纤维；

(2)煅烧形成纳米纤维载体

纺丝结束后，取下铝箔在室温环境中放置12h，使纳米纤维充分水解；将放置后的铝箔装在坩埚中，放入马弗炉进行煅烧，以除去纳米纤维中的有机成分；以1.5℃/min的升温速度，从室温加热到500℃并保持4h，自然冷却，得到纳米纤维载体；

(3)负载活性组分

将步骤(2)煅烧后的纳米纤维放入NaOH溶液中，室温下磁力搅拌24h，使NaOH与SiO₂-TiO₂复合纳米纤维中的SiO₂充分反应；反应后溶液进行离心分离，并用去离子水洗涤3次，60℃真空干燥8h；称取45mg干燥后的TiO₂、51mgAgNO₃和16mgPVP，加入含有60mLDMF溶液的100mL聚四氟乙烯内胆中，搅拌均匀，放入水热反应釜内；在120℃下反应2h，自然冷却至室温，离心分离并用去离子水洗涤3次，60℃真空干燥8h，得到Ag/TiO₂纳米纤维催化剂。

实施例4

(1)静电纺丝法制备纳米纤维

取PVP(摩尔质量45000～55000g/mol)加入无水乙醇中，磁力搅拌30min至PVP完全溶解，加入钛酸四丁酯、正硅酸乙酯和冰醋酸，配成Si/Ti摩尔比为3:7的前驱体溶液，室温下磁力搅拌18h；塑料注射器取9mL前驱体溶液，固定在距离滚筒中心15cm的位置，滚筒上包裹铝箔作为纳米纤维的接受装置；在不锈钢针头处加高压电源15kV，滚筒转速50r/min，注射器灌注速度为1mL/min，SiO₂-TiO₂复合纳米纤维；

(2)煅烧形成纳米纤维载体

纺丝结束后，取下铝箔在室温环境中放置12h，使纳米纤维充分水解；将放置后的铝箔装在坩埚中，放入马弗炉进行煅烧，以除去纳米纤维中的有机成分；以1.5℃/min的升温速度，从室温加热到500℃并保持4h，自然冷却，得到纳米纤维载体；

(3)负载活性组分

将步骤(2)煅烧后的纳米纤维放入NaOH溶液中，室温下磁力搅拌24h，使NaOH与SiO₂-TiO₂复合纳米纤维中的SiO₂充分反应；反应后溶液进行离心分离，并用去离子水洗涤3次，60℃真空干燥8h；称取45mg干燥后的TiO₂、51mgAgNO₃和16mgPVP，加入含有60mLDMF溶液的100mL聚四氟乙烯内胆中，搅拌均匀，放入水热反应釜内；在120℃下反应2h，自然冷却至室温，离心分离并用去离子水洗涤3次，60℃真空干燥8h，得到Ag/TiO₂纳米纤维催化剂。

催化过滤层的催化性能测试

研磨过筛，取40-60目大小的颗粒在VOCs脱除率测试实验装置中进行VOCs脱除性能测试。

取50mg的纳米纤维催化剂放在反应器的中央，原料气体总气流量为115ml/min，对应气时空速(GHSV)为40000h^-1，原料气体包含500ppm丙酮和5％O₂，N₂作为平衡气。

为了保证实验的安全性和可靠性，空白实验用碎石英砂(40-60目)，在相同的原料气条件中，280℃以下没有发现丙酮的热分解。

催化床和管式加热炉的温度用E型热电偶自动测量，入口和出口的丙酮浓度在60℃下用在线气相色谱仪(Agilent789A,USA)和氢火焰离子化检测器(FID)进行测量。丙酮脱除效率的计算公式如下：

${\mathrm{\η}}_{\mathrm{acetone}}(\%)=\frac{c_{\mathrm{in}}-c_{\mathrm{out}}}{c_{\mathrm{in}}}\×100\%$

式中：η_acetone—丙酮转化率

c_in—进口处PM_1.0的浓度，

c_out—出口处丙酮的浓度。

表1：各实施例纳米纤维催化剂在275℃时对丙酮的脱除效率

纳米纤维催化剂	丙酮脱除效率
		实施例1	96％
实施例2	100％
		实施例3	90％
实施例4	87％

从测试结果可以看出，实施例2的纳米纤维催化剂表现出较高的反应活性，在丙酮浓度500ppm、空速40000h^-1的条件下，275℃时的脱除效率可以达到100％，而实施例4的纳米纤维催化剂的脱除效率仅为87％。这是由于实施例2中的Ag/TiO₂纳米纤维催化剂具有较大的比表面积，在催化氧化反应中可以促进对反应物和生成物的扩散、吸附、解吸附等传质过程，同时有助于活性组分在催化剂表面的高度分散、增加反应的活性位点，因而具有良好的催化反应活性。

具有催化功能的复合型滤料的除尘和催化综合性能测试

点烟作为颗粒物的发生源，通过风机引风得到含有大量颗粒物的烟气，与包含500ppm丙酮和5％O₂、N₂作为平衡气的原料气体均匀混合后，通过实施例1中制备得到的Ag/TiO₂纳米滤膜。

对于PM_1.0的颗粒物脱除效率的计算公式如下：

${\mathrm{\η}}_{\mathrm{dust}}(\%)=\frac{c_{\mathrm{in}}-c_{\mathrm{out}}}{c_{\mathrm{in}}}\×100\%$

式中：η_dust—PM_1.0脱除效率，

c_in—进口处PM_1.0的浓度，

c_out—出口处PM_1.0的浓度。

对于丙酮的脱除效率的计算公式如下：

${\mathrm{\η}}_{\mathrm{acetone}}(\%)=\frac{c_{\mathrm{in}}-c_{\mathrm{out}}}{c_{\mathrm{in}}}\×100\%$

式中：η_acetone—丙酮转化率，

c_in—进口处PM_1.0的浓度，

c_out—出口处丙酮的浓度。

通过测试结果可以看出，滤膜对PM_1.0的脱除效率可以达到99％以上，对于丙酮的脱除效率可以达到80％，可见该催化滤料对细颗粒物和挥发性有机物都具有良好的脱除效果。

图1中1为迎尘层，2为缓冲层，3为催化过滤层，4为支撑层。

图2是实施例2中静电纺丝后得到的SiO₂-TiO₂复合纳米纤维的扫描电镜图像，从图2像中可以看到，SiO₂-TiO₂复合纳米纤维表面光滑。

图3是本发明实施例2中溶剂热合成后得到的Ag/TiO₂纳米纤维的扫描电镜图像，从图3可以看到纳米纤维表面尽管负载了活性组分，仍然能看到较为明显的凹凸状的粗糙表面，部分区域还具有较深的凹坑，这是经过NaOH溶液蚀刻后去除SiO₂留下的凹坑，这种粗糙的表面可以增大空气与催化剂的接触面积；从图3可以看到负载到纳米纤维表面的活性组分，并不是松散堆砌，而是较为紧密的附着在纳米纤维表面，因此活性组分不易脱落。

Claims (10)

1.一种具有催化功能的复合型纳米滤料，其特征在于：包括依次叠合的迎尘层、缓冲层、催化过滤层和支撑层；各层均含有若干交错的纤维，其中所述迎尘层和支撑层的纤维直径大于3μm，所述缓冲层的纤维直径为1～3μm，所述催化过滤层的纤维直径小于1μm，所述迎尘层、缓冲层和支撑层的总克重均为25～500克/平方米，催化过滤层的总克重为10～250克/平方米；所述催化过滤层包括纳米纤维载体和负载在该纳米纤维载体上的活性组分。

2.如权利要求1所述的具有催化功能的复合型纳米滤料，其特征在于：所述迎尘层和支撑层的纤维直径为3～10μm，缓冲层的纤维直径为1～3μm，催化过滤层的纤维直径为0.2～1μm。

3.如权利要求1所述的具有催化功能的复合型纳米滤料，其特征在于：其中纳米纤维载体为SiO₂纳米纤维、TiO₂纳米纤维或者SiO₂-TiO₂复合纳米纤维；活性组分为贵金属或者过渡金属氧化物。

4.如权利要求3所述的具有催化功能的复合型纳米滤料，其特征在于：所述贵金属为Pt、Pd、Rh和Ag中的一种或者几种；所述过度金属氧化物为V₂O₅、Co₃O₄、MnO₂和Cr₂O₃中的一种或者几种。

5.一种如权利要求1所述的具有催化功能的复合型纳米滤料的制备方法，其特征在于：

首先取纤维毡进行预处理、开松和梳理，加工成迎尘层、缓冲层和支撑层，催化过滤层则通过静电纺丝技术制备出纳米纤维后，通过溶剂热合成方法在纳米纤维上负载催化活性组分，再将各层按顺序叠置；

所述的催化过滤层的制备过程包括以下步骤：

(1)静电纺丝法制备纳米纤维

取聚乙烯吡咯烷酮加入无水乙醇中，搅拌至完全溶解，加入钛前驱体、硅前驱体和水解抑制剂，室温下搅拌得到纺丝的前驱体溶液；以包裹在滚筒上的铝箔作为纳米纤维的接受器，接收距离为10～25cm，施加的静电电压为5～30kV，滚筒转速为50～100r/min，注射器灌注速度为0.5～3mL/min，通过静电纺丝得到SiO₂纳米纤维、TiO₂纳米纤维及SiO₂-TiO₂复合纳米纤维；

(2)煅烧形成纳米纤维载体

对纺丝后得到的纳米纤维进行煅烧，以除去纳米纤维中的有机成分，煅烧参数是以1～10℃/min的升温速率从室温加热到400～600℃并保持3～5h，最后自然冷却，得到纳米纤维载体；

(3)负载活性组分

取活性组分前驱体、PVP、DMF以及步骤(2)煅烧后得到的纳米纤维载体加入聚四氟乙烯内胆中，搅拌均匀后放入水热反应釜内进行溶剂热反应，反应后自然冷却至室温，固液分离得到固体产物，并用去离子水对固体进行洗涤，最后真空干燥，得到负载有活性组分的TiO₂纳米纤维。

6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述钛前驱体选自钛酸四丁酯、钛酸异丙酯、四氯化钛、硫酸钛或硫酸氧钛；所述硅前驱体选自正硅酸乙酯、聚碳硅烷或聚硅氮烷；所述水解抑制剂选自冰醋酸、盐酸、三乙醇胺、丙烯酸、领苯二酚、乙酰乙酸烯丙酯、乙酰丙酮、硫酸、硝酸或磷酸；所诉活性组分前驱体选自贵金属的盐或者过渡金属氧化物。

7.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)得到的纳米纤维载体在负载活性组分之前还进行了预处理，所述的预处理是采用碱液去除纳米纤维载体中的SiO₂。

8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述硅前驱体和钛前驱体的摩尔比为0～0.5:1。

9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述硅前驱体和钛前驱体的摩尔比为0.1～0.3:1。

10.一种布袋除尘器，其特征在于：包括如权利要求1所述的具有催化功能的复合型纳米滤料。