CN104826412A - 对待过滤物具有反应催化作用的过滤元件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种对待过滤物具有反应催化作用的过滤元件及其制备方法。该过滤元件包括一多孔复合体，多孔复合体包括：多孔基体，多孔基体由烧结金属多孔材料构成并具有三维立体连通的网络孔隙；中间层，中间层附着于多孔基体的孔表面并增大多孔基体孔表面粗糙度；催化活性层，催化活性层以中间层为载体附着于多孔基体的孔表面并由催化活性物质构成；中间层包括第一中间层，第一中间层或第一中间层的前体物质在烧结形成所述多孔基体时内生于该多孔基体之上；中间层还包括第二中间层，第二中间层在第一中间层形成后再通过外覆方式形成于第一中间层之上；第一中间层与第二中间层之间的结合力大于第一中间层或第二中间层与多孔基体之间的结合力。
Description
技术领域
本发明涉及过滤元件及其制备方法，尤其涉及对烟气具有过滤和脱硝催化双重作用的过滤元件及其制备方法。
背景技术
工业炉气中常含有大量粉尘和氮氧化物，一个典型的例子即燃煤电厂锅炉炉气，其所含的氮氧化物是促成酸雨形成的主要原因，且一般每升燃煤电厂锅炉炉气中还含有数十克的粉尘。针对诸如燃煤电厂锅炉炉气等高粉尘及氮氧化物含量的工业炉气的净化采取的通常方法是：首先将炉气引入SCR反应器(在将炉气引入SCR反应器的过程中还需向炉气中注入还原剂，该还原剂通常为氨水)从而将氮氧化物还原为无害氮气，实现炉气脱硝净化，然后将脱硝后的炉气引入电除尘器以除去炉气中的粉尘，再将除尘后的气体引入脱硫塔脱硫净化后排放。所说的术语“SCR”指Selective Catalytic Reduction，即选择性催化还原。
上述SCR反应器中的催化剂是影响SCR系统整体脱硝效果的重要因素。最初开发的SCR催化剂为颗粒状，目前则主要采用蜂窝状或平板状催化剂。蜂窝状催化剂和平板状催化剂上都排布有众多可供炉气通过的格孔，这些格孔的大小可根据炉气中粉尘的浓度和大小进行选择，使用时炉气从催化剂的一侧通过由这些格孔构成的通道流向催化剂的另一侧，其间炉气与格孔内壁上的催化活性物质接触，从而将炉气中的氮氧化物还原为无害氮气。上述的蜂窝状催化剂和平板状催化剂一般由载体和催化活性层构成，其中载体先被制成蜂窝状或平板状(一般采用挤压成型)，然后再在载体上附着由催化活性物质构成的催化活性层。
虽然蜂窝状催化剂和平板状催化剂的格孔大小可根据炉气中粉尘的浓度和大小进行选择，但在实际使用中仍然存在被粉尘所堵塞的问题。另外，由于SCR催化剂直接与高含尘量的炉气接触，因此容易导致催化活性物质中毒，使用寿命缩短。此外，上述方法中使用了电除尘器来除去炉气中的粉尘，然而受电除尘具有选择性收尘特点等因素影响也经常出现电除尘器出口气体含尘量超标的问题。因此，针对目前诸如燃煤电厂锅炉炉气等高粉尘及氮氧化物含量的工业炉气的净化技术还有待进一步的改善。
本发明申请人在名称为“工业炉气除尘脱硝一体化处理方法及专用设备”的中国专利申请文件(公开号CN104492189A，下称参考文件)中提供了可同时对工业炉气进行除尘及脱硝的工业炉气除尘脱硝一体化处理方法及专用设备以及包括但不限于可在该工业炉气除尘脱硝一体化处理方法中应用的过滤催化元件及其制备方法,以实现对待过滤物质高效过滤净化及反应催化的双重作用。该专利文件中提供的过滤催化元件具有一多孔复合体，该多孔复合体包括多孔基体和催化活性层，所述多孔基体由烧结金属多孔材料或烧结陶瓷多孔材料构成，所述催化活性层附着于多孔基体孔表面并由催化活性物质构成，此外多孔复合体还包括中间层，所述中间层由在多孔基体表面堆积的纳米颗粒所构成，所述催化活性层通过中间层附着于多孔基体孔表面。对于该过滤催化元件，由于中间层是由在多孔基体表面堆积的纳米颗粒所构成的，因此中间层的表面比多孔基体的孔表面粗糙很多，由此大大提高了多孔基体的比表面积，以使多孔复合体中催化活性物质的含量和设置的均匀程度均可显著提高，提高催化反应率。此外，上述专利文件中还提供了过滤催化元件作为对工业炉气具有过滤和SCR脱硝催化双重作用的功能元件时的具体结构和物质构成，以及该过滤催化元件的制备方法。
本发明的发明人后续研究发现，在参考文件的过滤催化元件的制备过程中，作为中间层材料来源的溶胶先浸渍到多孔基体中，然后使多孔基体中的溶胶凝胶化，再对附着所述凝胶的多孔基体进行热处理，使凝胶转变为纳米颗粒，进而形成中间层的工艺方法不能使中间层与多孔基体之间结合的十分牢固，该过滤催化元件存在使用过程中中间层从多孔基体上掉落的风险；并且，受多孔基体表面张力等因素影响，溶胶不易在整个多孔基体中全面浸透，限制了催化活性物质的负载量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种对待过滤物具有反应催化作用的过滤元件、一种具有脱硝催化作用的过滤元件以及一种脱硝催化过滤元件和上述这几种过滤元件的制备方法，这些过滤元件的中间层与多孔基体之间均具有较高的结合力。
对待过滤物具有反应催化作用的过滤元件，包括一多孔复合体，该多孔复合体包括：多孔基体，所述多孔基体由烧结金属多孔材料或烧结陶瓷多孔材料构成并具有三维立体连通的网络孔隙；中间层，所述中间层附着于多孔基体的孔表面并增大多孔基体孔表面粗糙度；催化活性层，所述催化活性层以中间层为载体附着于多孔基体的孔表面并由催化活性物质构成；所述中间层包括第一中间层，该第一中间层或第一中间层的前体物质在烧结形成所述多孔基体时内生于该多孔基体之上；所述中间层还包括第二中间层，所述第二中间层在第一中间层形成后再通过外覆方式形成于第一中间层之上；所述第一中间层与第二中间层之间的结合力大于第一中间层或第二中间层与多孔基体之间的结合力。
为使第一中间层与第二中间层之间的结合力大于第一中间层或第二中间层与多孔基体之间的结合力，一般的做法是使第一中间层与第二中间层由同种物质构成并通过加热方式使第一中间层与第二中间层溶为一体(在外覆第二中间层时可包括加热的环节，从而使第一中间层与第二中间层溶为一体)。而为了使第一中间层或第一中间层的前体物质在烧结形成所述多孔基体时内生于该多孔基体之上，一般的做法是使所述多孔基体由粉末烧结金属多孔材料或粉末烧结陶瓷多孔材料构成，所述第一中间层或第一中间层的前体物质由掺混在制备该多孔基体的粉末原料中的粉体烧结而成的办法。
上述的第一中间层与第二中间层是由不同方式先后形成于多孔基体孔表面，其中由于第一中间层或第一中间层的前体物质在烧结形成所述多孔基体时内生于该多孔基体之上，因此第一中间层(或第一中间层的前体物质)与多孔基体之间实际上烧结为一体，使最终形成的第一中间层与多孔基体之间具有很强的结合力，也就提高了中间层与多孔基体之间的结合力，很好的改善了过滤元件使用过程中中间层从多孔基体上掉落的问题；所述第二中间层在第一中间层形成后再通过外覆方式形成于第一中间层之上，由于第一中间层与第二中间层的相互叠加，使中间层在多孔基体中的覆盖范围增大，提高了后续催化活性物质的负载量，进一步提升了过滤元件的催化性能。
对待过滤物具有反应催化作用的过滤元件的制备方法，包括以下环节：A.采用粉末冶金法制备多孔基体，在制备该多孔基体的粉末原料中含有用于烧结形成多孔基体的第一粉体和用于在烧结形成多孔基体时烧结形成第一中间层或第一中间层前体物质的第二粉体，第二粉体的平均粒径小于第一粉体的平均粒径，备好上述粉末原料后对其进行成型和烧结，从而得到多孔基体并在多孔基体的孔表面形成第一中间层或第一中间层的前体物质；B.若上述A环节中形成为第一中间层，进入下述C环节，若上述A环节中形成为第一中间层的前体物质，则对第一中间层的前体物质进行化学处理使之转变为第一中间层后再进入下述C环节；C.配置作为第二中间层材料来源的溶胶，再将所述溶胶浸渍到多孔基体中，然后使多孔基体中的溶胶凝胶化，再对附着所述凝胶的多孔基体进行热处理，使凝胶转变为纳米颗粒，进而形成第二中间层；D.配置催化活性物质前驱体溶液，再将所述前驱体溶液浸渍到附着中间层的多孔基体中，然后对附着有前驱体溶液的多孔基体进行热处理，在中间层上形成催化活性层。
根据上述对待过滤物具有反应催化作用的过滤元件以及对待过滤物具有反应催化作用的过滤元件的制备方法可知，本发明中催化活性层以中间层为载体，即本发明中的“中间层”作用相当于现有负载型催化剂中的“催化剂载体”。现有负载型催化剂的催化剂载体较多采用氧化物，例如TiO2、Al2O3、ZrO2、SiO2等，若第一中间层也包括了至少一种氧化物，则第二粉体中就该氧化物既可能是对应的元素粉也可能对应的氧化物粉，如果是元素粉，则要将该元素粉在烧结形成多孔基体时烧结形成对应的氧化物在实践中是很难做到的，即便第二粉体中本身就是氧化物粉，该氧化物粉在烧结形成多孔基体时也可能在高温下反应，因此，当第一中间层包括了至少一种氧化物时，若不能在上述A环节中得到完全的第一中间层(即得到的是第一中间层的前体物质)，上述B环节中都应当进行化学处理使第一中间层的前体物质转变为第一中间层，而此时的化学处理一般应为氧化焙烧。
上述方法不仅能够制备得到前面所述的对待过滤物具有反应催化作用的过滤元件，从而保证中间层与多孔基体之间的结合力，增大中间层在多孔基体中的覆盖范围；同时，由于第二粉体的平均粒径小于第一粉体的平均粒径，可使形成的第一中间层表面更为粗糙，有利于催化性能的提高；该方法得到的第二中间层是由在第一中间层上堆积的纳米颗粒所构成，可显著提高催化活性物质的负载量，提升催化效果。
中间层与多孔基体之间具有较高的结合力的对待过滤物具有反应催化作用的过滤元件，包括一多孔复合体，该多孔复合体包括：多孔基体，所述的多孔基体由粉末烧结金属多孔材料或由粉末烧结陶瓷多孔材料所构成并具有三维立体连通的网络孔隙；中间层，所述中间层附着于多孔基体的孔表面并增大多孔基体孔表面粗糙度；催化活性层，所述催化活性层以中间层为载体附着于多孔基体的孔表面并由催化活性物质构成；所述中间层或中间层的前体物质在烧结形成所述多孔基体时由掺混在制备该多孔基体的粉末原料中的粉体烧结而内生于该多孔基体之上。此过滤元件的中间层未分为第一中间层和第二中间层，但由于该中间层或中间层的前体物质在烧结形成所述多孔基体时内生于该多孔基体之上，因此中间层(或中间层的前体物质)与多孔基体之间实际上烧结为一体，使最终形成的中间层与多孔基体之间具有很强的结合力，也就提高了中间层与多孔基体之间的结合力，依旧改善了现有过滤元件使用过程中中间层从多孔基体上掉落的问题。
具有脱硝催化作用的过滤元件，是一种对烟气具有过滤和脱硝催化双重作用的功能元件，包括一多孔复合体，该多孔复合体包括：多孔基体，所述多孔基体由烧结金属多孔材料或烧结陶瓷多孔材料构成并具有三维立体连通的网络孔隙；中间层，所述中间层附着于多孔基体的孔表面并增大多孔基体孔表面粗糙度；催化活性层，所述催化活性层以中间层为载体附着于多孔基体的孔表面并由脱硝催化活性物质构成；所述中间层包括第一中间层，该第一中间层或第一中间层的前体物质在烧结形成所述多孔基体时内生于该多孔基体之上；所述中间层还包括第二中间层，所述第二中间层在第一中间层形成后再通过外覆方式形成于第一中间层之上；所述第一中间层以及第二中间层均由TiO2构成。上述具有脱硝催化作用的过滤元件可用于参考文件中的工业炉气除尘和SCR脱硝一体化处理方法中。
具有脱硝催化作用的过滤元件的制备方法，包括以下环节：A.采用粉末冶金法制备多孔基体，其中，制备该多孔基体的粉末原料包含用于烧结形成多孔基体的第一粉体和用于在烧结形成多孔基体时烧结形成第一中间层前体物质的第二粉体，所述第一粉体为Fe-Al金属间化合物基合金多孔材料的原料粉，第二粉体为Ti和/或TiH2粉，第一粉体的粒径为-100～+400目，第二粉体的粒径≤10μm，粉末原料中第二粉体的重量百分含量为1～10％，备好上述粉末原料后按Fe-Al金属间化合物基合金多孔材料的制备方式对其进行压力成型和烧结，烧结后得到多孔基体并在多孔基体的孔表面形成由Ti基物质构成的第一中间层前体物质；B.对多孔基体进行氧化焙烧使第一中间层前体物质转变为由TiO2构成的第一中间层；C.配置作为第二中间层材料来源的溶胶，再将所述溶胶浸渍到多孔基体中，然后使多孔基体中的溶胶凝胶化，再对附着所述凝胶的多孔基体进行热处理，使凝胶转变为纳米颗粒，进而形成第二中间层，所述第二中间层由TiO2纳米颗粒构成；D.配置催化活性物质前驱体溶液，再将所述前驱体溶液浸渍到附着中间层的多孔基体中，然后对附着有前驱体溶液的多孔基体进行热处理，在所述中间层上形成催化活性层。
脱硝催化过滤元件，是一种对烟气具有过滤和脱硝催化双重作用的功能元件，包括一多孔复合体，该多孔复合体包括：多孔基体，所述多孔基体由烧结金属多孔材料或烧结陶瓷多孔材料构成并具有三维立体连通的网络孔隙；中间层，所述中间层附着于多孔基体的孔表面并增大多孔基体孔表面粗糙度；催化活性层，所述催化活性层以中间层为载体附着于多孔基体的孔表面并由脱硝催化活性物质构成；所述中间层包括第一中间层，该第一中间层或第一中间层的前体物质在烧结形成所述多孔基体时内生于该多孔基体之上；所述中间层还包括第二中间层，所述第二中间层在第一中间层形成后再通过外覆方式形成于第一中间层之上；所述第一中间层以及第二中间层均由Al2O3构成。该脱硝催化过滤元件同样可用于参考文件中的工业炉气除尘和SCR脱硝一体化处理方法中。
脱硝催化过滤元件的制备方法，包括以下环节：A.采用粉末冶金法制备多孔基体，其中，制备该多孔基体的粉末原料包含用于烧结形成多孔基体的第一粉体和用于在烧结形成多孔基体时烧结形成第一中间层前体物质的第二粉体，所述第一粉体为Fe-Al金属间化合物基合金多孔材料的原料粉，第二粉体为Al粉和/或Al2O3粉，第一粉体的粒径为-100～+400目，第二粉体的粒径≤10μm，粉末原料中第二粉体的重量百分含量为1～10％，备好上述粉末原料后按Fe-Al金属间化合物基合金多孔材料的制备方式对其进行压力成型和烧结，烧结后得到多孔基体并在多孔基体的孔表面形成由Al基物质构成的第一中间层前体物质；B.对多孔基体进行氧化焙烧使第一中间层前体物质转变为由Al2O3构成的第一中间层；C.配置作为第二中间层材料来源的溶胶，再将所述溶胶浸渍到多孔基体，然后使多孔基体中的溶胶凝胶化，再对附着所述凝胶的多孔基体进行热处理，使凝胶转变为纳米颗粒，进而形成第二中间层，所述第二中间层由Al2O3纳米颗粒构成；D.配置催化活性物质前驱体溶液，再将所述前驱体溶液浸渍到附着中间层的多孔基体中，然后对附着有前驱体溶液的多孔基体进行热处理，在所述中间层上形成催化活性层。
上述“具有脱硝催化作用的过滤元件”以及“脱硝催化过滤元件”可视作本发明提供的“对待过滤物具有反应催化作用的过滤元件”在作为SCR脱硝催化使用时的两个具体实例。所述脱硝催化过滤元件与具有脱硝催化作用的过滤元件相比，两者区别在于第一中间层、第二中间层的构成物质不同；但它们的催化活性层均可由V2O5构成或以V2O5为主要成分，以WO3和MoO3中的至少一种为辅助成分的混合物构成；并且它们的多孔基体均可由铝系金属间化合物基合金多孔材料(如耐高温性能优异的Fe-Al金属间化合物基合金多孔材料)构成。关于第一中间层、第二中间层的构成物质，一种更佳的方式是：第一中间层和/或第二中间层由一多元复合物构成，该多元复合物主要由TiO2、Al2O3和SiO2混合而成。由上述多元复合物构成的第一中间层和/或第二中间层具有更好的结构特性、机械强度、比表面活性，能够改善催化活性层表面结构和机械性能，有利于提高催化反应效果。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1为本发明实施例1的过滤元件局部微观结构示意图。
具体实施方式
以下通过4个实施例分别制备出4种脱硝催化过滤元件，这4种脱硝催化过滤元件均是对燃煤电厂锅炉炉气进行过滤并同时进行SCR脱硝催化的功能元件，关于该脱硝催化过滤元件的具体安装使用方法可依据参考文件。
实施例1的过滤元件的微观结构均如图1所示，其具体包括一多孔复合体100，多孔复合体100的平均孔径一般在1至200μm范围并根据具体的气固分离过滤需要来进行设定，该多孔复合体100包括：多孔基体110，所述多孔基体110由粉末烧结金属多孔材料或粉末烧结陶瓷多孔材料构成并具有三维立体连通的网络孔隙111；中间层120，所述中间层120附着于多孔基体110的孔表面并增大多孔基体110孔表面粗糙度(图1中标号“111”所指的表面为多孔基体110与中间层120的边界面)；催化活性层130，催化活性层130以中间层120为载体附着于多孔基体110的孔表面并由脱硝催化活性物质构成；其中，中间层120包括第一中间层121和第二中间层122，该第一中间层121或第一中间层121的前体物质在烧结形成所述多孔基体110时内生于该多孔基体110之上，第二中间层122在第一中间层121形成后再通过外覆方式形成于第一中间层121之上；此外，多孔复合体100迎风面上还附着有由粉末烧结金属多孔材料或粉末烧结陶瓷多孔材料构成的膜层200，膜层200的平均孔径一般为1至100μm(根据具体的气固分离过滤需要来进行设定)且小于多孔复合体100的平均孔径。
实施例2至3的过滤元件与实施例1的过滤元件结构上的区别在于多孔复合体100的迎风面未设膜层200。实施例4的过滤元件与实施例2至3的过滤元件结构上的区别在于中间层120为单层结构，未分为上述的第一中间层121和第二中间层122。
[实施例1]
①脱硝催化过滤元件的制备工艺步骤
A.采用粉末冶金法制备多孔基体110，其中，制备该多孔基体100的粉末原料包含用于烧结形成多孔基体100的第一粉体和用于在烧结形成多孔基体100时烧结形成第一中间层121前体物质的第二粉体，所述第一粉体为Fe-Al金属间化合物基合金多孔材料的原料粉，该第一粉体中具体包含占粉末原料总重量20％的Al粉、70％的Fe粉、8％的Cr粉，第二粉体具体包含占粉末原料总重量2％的Ti粉，上述第一粉体的粒径为-100～+400目，第二粉体的粒径≤10μm，备好粉末原料后按Fe-Al金属间化合物基合金多孔材料的制备方式对其进行压力成型和烧结，成型具体采用冷等静压成型方式从而将粉末原料压制成过滤元件的形状，压力设定为200MPa，烧结温度控制在1250℃并保温4小时，烧结后冷却至室温，测试该多孔基体110空气通量为264m3/m2.h.kpa，平均孔径为55μm，常温抗拉为75MPa，孔隙率42％。
B.配置膜液，具体做法是将粉料与粘结剂溶液混合高速分散，其中粉料由粒径为5～15μm的铁粉70％(重量)与粒径为3～10μm的铝粉20％(重量)以及粒径为5～15μm的Cr粉10％(重量)混合而成，粘结剂溶液是以PVB为溶质、酒精为溶剂按2％的质量浓度配置而成，膜液配置后粉料的重量为膜液重量的40％。在多孔基体110的迎风面上覆制配置好的膜液，然后对附着膜液的多孔基体110进行烧结使膜液转变为膜层200，膜层200的平均孔径为25μm。
C.对附着膜层200的多孔基体110进行氧化焙烧，焙烧温度控制在300℃，焙烧时间为2小时，从而使第一中间层121完全转变为由TiO2构成的第一中间层121；
D.配制作为第二中间层122材料来源的溶胶，即将已钛酸丁酯、酒精及硝酸水溶液按体积比2:10:1混合，调整酸含量控制PH值为4，使溶胶满足要求，然后将所述溶胶浸渍到附着膜层200的多孔基体110中，浸渍后在105℃下保温2小时，出现稳定凝胶后放入电阻炉中在450℃下烧制4h，形成由TiO2纳米颗粒构成的第二中间层122；
E.采用仲钨酸铵及偏钒酸铵配制催化活性物质前驱体溶液，再将所述前驱体溶液浸渍到附着中间层120的多孔基体110中，然后对附着有前驱体溶液的多孔基体在电阻炉中烧进行热处理，在300～450℃下保温2h，在所述中间层120上形成催化活性层130c，
②脱硝催化过滤元件的使用效果测试
将上述脱硝催化过滤元件装入一体化装置(参见参考文件)中，并用封闭的管道将燃煤电厂锅炉省煤器排除的高温炉气通入一体化装置的进气口，使混合有还原剂的炉气通过过滤催化元件，从而在过滤催化元件110的作用下同时进行炉气的气固过滤分离和SCR脱硝，一体化装置排出的气体中粉尘含量在4mg/Nm3以下，脱硝率约为90％，且多次对过滤元件进行反吹再生后仍能保持较为稳定的脱硝率，使用一段时间后将过滤元件装拆下观察发现催化活性物质与多孔基体100附着情况良好。
[实施例2]
①脱硝催化过滤元件的制备工艺步骤
A.采用粉末冶金法制备多孔基体110，其中，制备该多孔基体100的粉末原料包含用于烧结形成多孔基体100的第一粉体和用于在烧结形成多孔基体100时烧结形成第一中间层121或第一中间层121前体物质的第二粉体，所述第一粉体为Fe-Al金属间化合物基合金多孔材料的原料粉，该第一粉体中具体包含占粉末原料总重量22％的Al粉、65％的Fe粉、8％的Cr粉，第二粉体具体包含占粉末原料总重量5％的Al2O3粉，上述第一粉体的粒径为-100～+400目，第二粉体的粒径≤10μm，备好粉末原料后按Fe-Al金属间化合物基合金多孔材料的制备方式对其进行压力成型和烧结，成型具体采用冷等静压成型方式从而将粉末原料压制成过滤元件的形状，压力设定为200MPa，烧结温度控制在1250℃并保温4小时，烧结后冷却至室温，测试该多孔基体110空气通量为313m3/m2.h.kpa，平均孔径为55μm，常温抗拉为75MPa，孔隙率43％。
B.对多孔基体110进行氧化焙烧，焙烧温度控制在300℃，焙烧时间为2小时，从而使第一中间层121完全转变为由Al2O3构成的第一中间层121；
C.配制作为第二中间层122材料来源的溶胶，即将Al(NO3)3、酒精及硝酸水溶液按体积比2:10:1混合，调整酸含量控制PH值为4，使溶胶满足要求，然后将所述溶胶浸渍到多孔基体110中，浸渍后在105℃下保温2小时，出现稳定凝胶后放入电阻炉中在450℃下烧制1h，形成由Al2O3纳米颗粒构成的第二中间层122；
D.采用仲钨酸铵及偏钒酸铵配制催化活性物质前驱体溶液，再将所述前驱体溶液浸渍到附着中间层120的多孔基体110中，然后对附着有前驱体溶液的多孔基体在电阻炉中烧进行热处理，在300～450℃下保温2h，在所述中间层120上形成催化活性层130c。
②脱硝催化过滤元件的使用效果测试
将上述脱硝催化过滤元件装入一体化装置中，并用封闭的管道将燃煤电厂锅炉省煤器排除的高温炉气通入一体化装置的进气口，使混合有还原剂的炉气通过过滤催化元件，从而在过滤催化元件110的作用下同时进行炉气的气固过滤分离和SCR脱硝，一体化装置排出的气体中粉尘含量在10mg/Nm3以下，脱硝率约为86％，且多次对过滤元件进行反吹再生后仍能保持较为稳定的脱硝率，使用一段时间后将过滤元件装拆下观察发现催化活性物质与多孔基体100附着情况良好。
[实施例3]
①脱硝催化过滤元件的制备工艺步骤
A.采用粉末冶金法制备多孔基体110，其中，制备该多孔基体100的粉末原料包含用于烧结形成多孔基体100的第一粉体和用于在烧结形成多孔基体100时烧结形成第一中间层121或第一中间层121前体物质的第二粉体，所述第一粉体为Fe-Al金属间化合物基合金多孔材料的原料粉，该第一粉体中具体包含占粉末原料总重量20％的Al粉、63％的Fe粉以及8％的Cr粉，第二粉体具体包含占粉末原料总重量7％的Ti粉、1.5％的Al2O3粉以及0.5％的SiO2粉,上述第一粉体的粒径为-100～+400目，第二粉体的粒径≤10μm，备好粉末原料后按Fe-Al金属间化合物基合金多孔材料的制备方式对其进行压力成型和烧结，成型具体采用冷等静压成型方式从而将粉末原料压制成过滤元件的形状，压力设定为200MPa，烧结温度控制在1250℃并保温4小时，烧结后冷却至室温，测试该多孔基体110空气通量为302m3/m2.h.kpa，平均孔径为58μm，常温抗拉为75MPa，孔隙率42％。
B.对多孔基体110进行氧化焙烧，焙烧温度控制在500℃，焙烧时间为4小时，从而使第一中间层121完全转变为由TiO2、Al2O3和SiO2构成的第一中间层121；
C.配制作为第二中间层122材料来源的溶胶，即将Al(NO3)3、钛酸丁酯、三甲基硅醇钠、酒精及硝酸水溶液按体积比1:8:1:40:5混合，调整酸含量控制PH值为3，使溶胶满足要求，然后将所述溶胶浸渍到多孔基体110中，浸渍后在105℃下保温2小时，出现稳定凝胶后放入电阻炉中在450℃下烧制1h，形成由TiO2纳米颗粒、Al2O3纳米颗粒以及SiO2纳米颗粒构成的第二中间层122；
D.采用仲钨酸铵及偏钒酸铵配制催化活性物质前驱体溶液，再将所述前驱体溶液浸渍到附着中间层120的多孔基体110中，然后对附着有前驱体溶液的多孔基体在电阻炉中烧进行热处理，在300～450℃下保温2h，在所述中间层120上形成催化活性层130c。
②脱硝催化过滤元件的使用效果测试
将上述脱硝催化过滤元件装入一体化装置中，并用封闭的管道将燃煤电厂锅炉省煤器排除的高温炉气通入一体化装置的进气口，使混合有还原剂的炉气通过过滤催化元件，从而在过滤催化元件110的作用下同时进行炉气的气固过滤分离和SCR脱硝，一体化装置排出的气体中粉尘含量在8mg/Nm3以下，脱硝率约为92％，且多次对过滤元件进行反吹再生后仍能保持较为稳定的脱硝率，使用一段时间后将过滤元件装拆下观察发现催化活性物质与多孔基体100附着情况良好。
[实施例4]
①脱硝催化过滤元件的制备工艺步骤
A.采用粉末冶金法制备多孔基体110，其中，制备该多孔基体100的粉末原料包含用于烧结形成多孔基体100的第一粉体和用于在烧结形成多孔基体100时烧结形成中间层或中间层前体物质的第二粉体，所述第一粉体为Fe-Al金属间化合物基合金多孔材料的原料粉，该第一粉体中具体包含占粉末原料总重量22％的Al粉、65％的Fe粉、8％的Cr粉，第二粉体具体包含占粉末原料总重量5％的Al2O3粉，上述第一粉体的粒径为-100～+400目，第二粉体的粒径≤10μm，备好粉末原料后按Fe-Al金属间化合物基合金多孔材料的制备方式对其进行压力成型和烧结，成型具体采用冷等静压成型方式从而将粉末原料压制成过滤元件的形状，压力设定为200MPa，烧结温度控制在1250℃并保温4小时，烧结后冷却至室温，测试该多孔基体110空气通量为235m3/m2.h.kpa，平均孔径为35μm，常温抗拉为65MPa，孔隙率40％。
B.对多孔基体110进行氧化焙烧，焙烧温度控制在300℃，焙烧时间为3小时，从而使中间层完全转变为由Al2O3构成的中间层；
C.采用仲钨酸铵及偏钒酸铵配制催化活性物质前驱体溶液，再将所述前驱体溶液浸渍到附着中间层120的多孔基体110中，然后对附着有前驱体溶液的多孔基体在电阻炉中烧进行热处理，在300～450℃下保温2h，在所述中间层120上形成催化活性层130c。
②脱硝催化过滤元件的使用效果测试
将上述脱硝催化过滤元件装入一体化装置中，并用封闭的管道将燃煤电厂锅炉省煤器排除的高温炉气通入一体化装置的进气口，使混合有还原剂的炉气通过过滤催化元件，从而在过滤催化元件110的作用下同时进行炉气的气固过滤分离和SCR脱硝，一体化装置排出的气体中粉尘含量在10mg/Nm3以下，脱硝率约为78％，且多次对过滤元件进行反吹再生后仍能保持较为稳定的脱硝率，使用一段时间后将过滤元件装拆下观察发现催化活性物质与多孔基体100附着情况良好。
Claims (10)
1.对待过滤物具有反应催化作用的过滤元件，包括一多孔复合体(100)，该多孔复合体(100)包括：
多孔基体(110)，所述多孔基体(110)由烧结金属多孔材料或烧结陶瓷多孔材料构成并具有三维立体连通的网络孔隙(111)；
中间层(120)，所述中间层(120)附着于多孔基体(110)的孔表面并增大多孔基体(110)孔表面粗糙度；
催化活性层(130)，所述催化活性层(130)以中间层(120)为载体附着于多孔基体(110)的孔表面并由催化活性物质构成；
其特征在于：
所述中间层(120)包括第一中间层(121)，该第一中间层(121)或第一中间层(121)的前体物质在烧结形成所述多孔基体(110)时内生于该多孔基体(110)之上；
所述中间层(120)还包括第二中间层(122)，所述第二中间层(122)在第一中间层(121)形成后再通过外覆方式形成于第一中间层(121)之上；
所述第一中间层(121)与第二中间层(122)之间的结合力大于第一中间层(121)或第二中间层(122)与多孔基体(110)之间的结合力。
2.如权利要求1所述的过滤元件，其特征在于：所述多孔基体(110)是由粉末烧结金属多孔材料或粉末烧结陶瓷多孔材料构成，所述第一中间层(121)或第一中间层(121)的前体物质是由掺混在制备该多孔基体(110)的粉末原料中的粉体烧结而成的。
3.如权利要求1或2所述的过滤元件，其特征在于：所述第二中间层(122)是由在第一中间层(121)上堆积的纳米颗粒所构成。
4.如权利要求1或2所述的过滤元件，其特征在于：所述过滤元件是一种对烟气具有过滤和脱硝催化双重作用的功能元件，则催化活性物质为脱硝催化活性物质。
5.如权利要求4所述的过滤元件，其特征在于：所述催化活性层(130)由V2O5构成或以V2O5为主要成分，以WO3和MoO3中的至少一种为辅助成分的混合物构成。
6.如权利要求1或2所述的过滤元件，其特征在于：所述第一中间层(310)与第二中间层(320)为同种物质构成并通过加热方式溶为一体。
7.如权利要求6所述的过滤元件，其特征在于：所述第一中间层(310)和/或第二中间层(320)由一多元复合物构成，该多元复合物主要由TiO2、Al2O3和SiO2混合而成。
8.对待过滤物具有反应催化作用的过滤元件的制备方法，包括以下环节：
A.采用粉末冶金法制备多孔基体(110)，其中，在制备该多孔基体(100)的粉末原料中含有用于烧结形成多孔基体(110)的第一粉体和用于在烧结形成多孔基体(100)时烧结形成第一中间层(121)或第一中间层(121)前体物质的第二粉体，第二粉体的平均粒径小于第一粉体的平均粒径，备好上述粉末原料后对其进行成型和烧结，从而得到多孔基体(110)并在多孔基体(110)的孔表面形成第一中间层(121)或第一中间层(121)的前体物质；
B.若上述A环节中形成为第一中间层(121)，进入下述C环节，若上述A环节中形成为第一中间层(121)的前体物质，则对第一中间层(121)的前体物质进行化学处理使之转变为第一中间层(121)后再进入下述C环节；
C.配置作为第二中间层(122)材料来源的溶胶，再将所述溶胶浸渍到多孔基体(110)中，然后使多孔基体(110)中的溶胶凝胶化，再对附着所述凝胶的多孔基体(110)进行热处理，使凝胶转变为纳米颗粒，进而形成第二中间层(122)；
D.配置催化活性物质前驱体溶液，再将所述前驱体溶液浸渍到附着中间层(120)的多孔基体(110)中，然后对附着有前驱体溶液的多孔基体(110)进行热处理，在所述中间层(120)上形成催化活性层(130)。
9.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述第一中间层(121)包括至少一种氧化物；则当存在上述B环节中对第一中间层(121)的前体物质进行化学处理的情况时，该化学处理具体为氧化焙烧。
10.对待过滤物具有反应催化作用的过滤元件，包括一多孔复合体(100)，该多孔复合体(100)包括：
多孔基体(110)，所述的多孔基体(110)由粉末烧结金属多孔材料或由粉末烧结陶瓷多孔材料所构成并具有三维立体连通的网络孔隙；
中间层(120)，所述中间层(120)附着于多孔基体(110)的孔表面并增大多孔基体(110)孔表面粗糙度；
催化活性层(130)，所述催化活性层(130)以中间层(120)为载体附着于多孔基体(110)的孔表面并由催化活性物质构成；
其特征在于：
所述中间层(120)或中间层(120)的前体物质在烧结形成所述多孔基体(110)时由掺混在制备该多孔基体(110)的粉末原料中的粉体烧结而内生于该多孔基体(110)之上。
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