CN104826490A - 复合滤芯元件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及过滤除尘和反应催化技术。本发明公开的复合滤芯元件，是一种对待过滤物质具有过滤和反应催化双重作用的功能元件，其具有一多孔复合体，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，所述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构成，所述催化活性层通过中间层附着于多孔基体孔表面，所述中间层由钛铝复合氧化物构成。本发明同时公开了复合滤芯元件的制备方法。本发明中间层的表面比多孔基体的孔表面粗糙很多，大大提高了多孔基体的比表面积，使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。

Description

复合滤芯元件及其制备方法

技术领域

本发明涉及工业炉气的净化处理，尤其涉及工业炉气的除尘和脱硝。其中，术语“工业炉气”是指工业窑炉所产生的炉气。此外，本发明还涉及一种复合滤芯元件，即对待过滤物质具有过滤除尘和反应催化双重作用的功能元件。

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。

另一方面，近来采用多孔基体，通常由多孔陶瓷材料和多孔金属间化合物材料构成，通过涂敷、烧结等工艺在多孔基体上附着催化活性物质制作的滤芯元件，进行气固分离和气体还原的过滤催化一体的技术。现有技术中，催化活性物质通过中间层载体附着在多孔基体上，中间层材料通常为TiO₂，由于TiO₂粘度大、强度低，遇水有一定的水硬性，所以制备具有一定形状、机械强度、比表面积和活性的催化膜层，常需在载体中添加各类添加剂，不但增加了成本和工艺的复杂性，同时也大大降低了中间层的比表面积。而且由于TiO₂的水硬性，中间层吸水后，常常导致催化活性物质脱落，大大降低过滤效果和气体还原率。

发明内容

本发明所要解决的技术问就是提供一种包括但不限于在工业炉气除尘脱硝一体化处理方法中应用的复合滤芯元件及其制备方法,从而实现对待过滤物质高效过滤净化及反应催化的双重作用。

为此，本发明提出以下的工业炉气除尘脱硝一体化处理方法，该方法的步骤包括：(1)用封闭的管道将工业炉气通入除尘脱硝一体化装置的进气口，并向被传送但还未通过除尘脱硝一体化装置进行除尘脱硝处理的炉气中注入还原剂；(2)使混合有还原剂的炉气通过除尘脱硝一体化装置中的复合滤芯元件，从而在复合滤芯元件的作用下同时进行炉气的气固过滤分离和SCR脱硝；(3)从所述除尘脱硝一体化装置的排气口排出由复合滤芯元件进行气固过滤分离和SCR脱硝后的气体，然后将该气体通向后续环节；其中，所述的复合滤芯元件是一种对工业炉气具有过滤除尘和SCR脱硝催化双重作用的功能元件，其具有平均孔径为1～200μm的多孔复合体，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，该多孔基体中具有三维立体连通的网络孔隙；以及催化活性层，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。“平均孔径”为本领域表征多孔材料孔结构的通用术语，一般采用气泡法测定。多孔复合体的平均孔径在1～200μm范围内可以根据具体的工业炉气气固分离需要来进行设定。上述方法中，由于多孔复合体的孔表面上附着了由催化活性物质构成的催化活性层，炉气在通过复合滤芯元件而被气固分离的过程中又会与催化活性物质相接触，实现对炉气中氮氧化物的SCR脱硝催化。由于多孔基体由烧结金属多孔材料或烧结陶瓷多孔材料构成，因此具有优良的耐高温性能，能够在SCR催化反应温度范围内稳定的工作；并且多孔基体中具有三维立体连通的网络孔隙，这样就可确保炉气在通过多孔基体时更为充分的与催化活性物质接触。

在上述方法基础上，发明人进一步发现，由烧结金属多孔材料或烧结陶瓷多孔材料构成的多孔基体的孔表面一般而言比较光滑，影响了多孔基体的比表面积，若直接将催化活性层附着在多孔基体的孔表面，多孔复合体中催化活性物质的含量不高，从而会影响对工业炉气的脱硝率，而现有技术的中间层材料效果又不理想。为了解决上述问题，将上述工业炉气除尘脱硝一体化处理方法进一步改进为：所述多孔复合体还包括位于多孔基体与催化活性层之间的中间层，所述中间层由在多孔基体表面堆积的纳米颗粒构成，催化活性层通过该中间层附着于多孔基体孔表面，所述中间层由钛铝复合氧化物构成。由于本发明的中间层是由在多孔基体表面堆积的钛铝复合氧化物纳米颗粒所构成的，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分布的均匀程度均显著提高，有效保证了工业炉气的脱硝率。而且Al₂O₃具有机械强度大、可塑性好、比表面积大等特点，通过TiO₂和Al₂O₃复合，可赋予载体很好的结构特性、机械强度、比表面活性，改善催化活性物质膜层表面结构和机械性能。

而作为对上述方法的又一改进，所述复合滤芯元件还包括位于多孔复合体迎风面上并以烧结金属多孔材料或烧结陶瓷多孔材料为基体的膜层，该膜层的平均孔径为1～100μm且小于多孔复合体的平均孔径。术语“迎风面”是指多孔复合体上先与炉气接触的一侧表面。当在多孔复合体的迎风面上设置膜层后，由于膜层的存在，炉气必先与膜层接触，从而通过膜层对炉气中的至少一部分灰尘进行拦截，减少甚至消除灰尘与多孔复合体的接触机会，有效防止催化活性物质中毒。在设置有膜层的情况下，该膜层的平均孔径最好以尽可能将炉气中的灰尘清除干净为目的来设定，而多孔复合体的平均孔径最好以在保证一定水平的过滤通量的前提下使SCR催化反应尽可能充分为目的来设定。

上述方法的专用工业炉气除尘脱硝一体化装置，包括设有进气口、排气口和排渣口的气体过滤装置，该气体过滤装置中安装有复合滤芯元件，所述复合滤芯元件是一种对工业炉气具有过滤除尘和SCR脱硝催化双重作用的功能元件，其具有平均孔径为1～200μm的多孔复合体，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，该多孔基体中具有三维立体连通的网络孔隙；以及催化活性层，所述催化活性层附着于多孔基体的孔表面并由催化活性物质所构成。作为上述装置的一种改进，所述多孔复合体还包括位于多孔基体与催化活性层之间的中间层，所述中间层由在多孔基体上堆积的纳米颗粒所构成，所述催化活性层通过该中间层附着于多孔基体孔表面。作为上述装置的又一改进，所述复合滤芯元件还包括位于多孔复合体迎风面上并以烧结金属多孔材料或烧结陶瓷多孔材料为基体的膜层，该膜层的平均孔径为1～100μm且小于多孔复合体的平均孔径。

包括但不限于可在上述工业炉气除尘脱硝一体化处理方法中应用的复合滤芯元件，是一种对待过滤物质具有过滤除尘和反应催化双重作用的功能元件，其具有一多孔复合体，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，所述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，所述中间层由钛铝复合氧化物构成。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。

该复合滤芯元件具体可以是一种对工业炉气具有过滤除尘和SCR脱硝催化双重作用的功能元件，所述多孔复合体的平均孔径为1～200μm，且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，该多孔基体中具有三维立体连通的网络孔隙。其中，所述中间层由钛铝复合氧化物纳米颗粒构成。所述催化活性层可以由V₂O₅构成，或以V₂O₅为主要成分，以WO₃为辅助成分的混合物构成，或以WO₃和MoO₃为辅助成分的混合物构成。此外，该复合滤芯元件进一步还可包括位于多孔复合体迎风面上并以烧结金属多孔材料或烧结陶瓷多孔材料为基体的膜层，该膜层的平均孔径为1～100μm且小于多孔复合体的平均孔径。

上述复合滤芯元件的制备方法，包括以下步骤：1)制备多孔基体；2)配置作为中间层材料来源的溶胶，然后将所述溶胶浸渍到多孔基体中，再使多孔基体中的溶胶凝胶化，最后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；3)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。上述溶胶是由铝盐和钛酸酯类，或者铝盐和钛醇盐配制而成的溶胶。

所述复合滤芯元件是一种对工业炉气具有过滤除尘和SCR脱硝催化双重作用的功能元件，所述多孔复合体的平均孔径为1～200μm，且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，该多孔基体中具有三维立体连通的网络孔隙时，在所述步骤1)与步骤2)之间还可进一步设置以下附加步骤，即在多孔基体的迎风面上覆制膜液，然后对附着膜液的多孔基体进行烧结使膜液转变为膜层，该膜层的平均孔径为1～100μm且小于多孔复合体的平均孔径。

附图说明

图1为工业炉气除尘脱硝一体化处理方法用于燃煤电厂锅炉炉气处理时的工艺流程图。

图2为图1中工业炉气除尘脱硝一体化装置的原理图。

图3为本发明复合滤芯元件的结构示意图。

图4为图3中A-A向剖视图。

图5为本发明实施例的复合滤芯元件制备时所使用的浸渍装置的结构示意图。

图6为本发明实施例的复合滤芯元件多孔基体的SEM照片(设置中间层前，100倍放大)。

图7为本发明实施例的复合滤芯元件多孔基体的SEM照片(设置中间层后，100倍放大)。

图8为本发明实施例的复合滤芯元件多孔基体的SEM照片(设置中间层前，500倍放大)。

图9为本发明实施例的复合滤芯元件多孔基体的SEM照片(设置中间层后，500倍放大)。

具体实施方式

图1示出了一种应用本发明的工业炉气除尘脱硝一体化处理方法的燃煤电厂锅炉炉气处理工艺流程。如图1所示，该燃煤电厂锅炉炉气处理工艺流程具体为：首先，用封闭的管道将燃煤电厂锅炉200排出的高温炉气通入除尘脱硝一体化装置100的进气口，同时向管道中的炉气中注入还原剂，例如氨水；然后，使混合有还原剂的炉气通过除尘脱硝一体化装置100中的复合滤芯元件，从而在复合滤芯元件的作用下同时进行炉气的气固过滤分离和SCR脱硝；之后，从所述除尘脱硝一体化装置100的排气口排出由复合滤芯元件进行气固过滤分离和SCR脱硝后的气体，然后将该气体通向空预器300(即空气预热器)进行余热回收，空预器300排出的气体经过风机400后进入脱硫装置500进行脱硫处理后通过烟囱600排放。该燃煤电厂锅炉炉气处理工艺流程中位于除尘脱硝一体化装置100的后端没有其它除尘设备，燃煤电厂锅炉200炉气的除尘和脱硝仅靠除尘脱硝一体化装置100进行，简化了目前的燃煤电厂锅炉炉气处理工艺流程。

如图2所示，上述燃煤电厂锅炉炉气处理工艺流程中使用的工业炉气除尘脱硝一体化装置100可看作一个气体过滤装置，该气体过滤装置上设有进气口T1、排气口T2、排渣口T3，以及反吹介质进口T4，所述进气口T1、排气口T2、排渣口T3、反吹介质进口T4处分别设有控制阀K1、K2、K3、K4，气体过滤装置的外壳内安装有复合滤芯元件110，该复合滤芯元件110的存在使得气体过滤装置中形成了两个彼此之间经该复合滤芯元件110隔离开来的空间。复合滤芯元件110具体是一种对燃煤电厂锅炉炉气具有过滤除尘和SCR脱硝催化双重作用的功能元件，如图3、4所示，其具有平均孔径为1～200μm的多孔复合体111，该多孔复合体111包括：多孔基体111a，所述多孔基体111a由烧结金属多孔材料或烧结陶瓷多孔材料构成，该多孔基体中具有三维立体连通的网络孔隙；催化活性层111c，所述催化活性层111c附着于多孔基体111a的孔表面并由催化活性物质所构成；以及位于多孔基体111a与催化活性层111c之间的中间层111b，所述中间层111b由在多孔基体111a表面堆积的纳米颗粒所构成，催化活性层111c通过该中间层111b附着于多孔基体111a孔表面。

上述中间层由钛铝复合氧化物构成，在现有SCR催化剂中使用过的催化活性物质均可作为本申请中构成催化活性层111c的催化活性物质，例如催化活性层111c可由V₂O₅构成或以V₂O₅为主要成分，以WO₃和MoO₃为辅助成分的混合物构成。

上述复合滤芯元件110可以仅仅由多孔复合体111构成，此时多孔复合体111的平均孔径在1～200μm范围内一般根据实际所针对的工业炉气中粉尘的含量、粉尘颗粒物大小、设计的除尘效率和过滤通量进行具体的设定，通常为15～50μm。当然，复合滤芯元件110也可以如图3所示由多孔复合体111和位于多孔复合体111迎风面上并以烧结金属多孔材料或烧结陶瓷多孔材料为基体的膜层112构成，该膜层112的平均孔径为1～100μm且小于多孔复合体111的平均孔径。当在多孔复合体111的迎风面上设置膜层112后，由于膜层112的存在，炉气必先与膜层112接触，从而通过膜层112对炉气中的至少一部分灰尘进行拦截，减少甚至消除灰尘与多孔复合体111的接触机会，有效防止催化活性物质中毒。在设置有膜层112的情况下，该膜层112的平均孔径最好以尽可能将炉气中的灰尘清除干净为目的来设定(一般为10～20μm)，而多孔复合体111的平均孔径最好以在保证一定水平的过滤通量的前提下使SCR催化反应尽可能充分为目的来设定(一般为40～70μm)。

上述工业炉气除尘脱硝一体化装置100(复合滤芯元件110采用图3所示的结构)的使用方法为：开启控制阀K1、K2，关闭控制阀K3、K4，混合有还原剂的炉气从进气口T1进入工业炉气除尘脱硝一体化装置100，然后再经过该装置中的复合滤芯元件110，这时，炉气先通过膜层112，膜层112的过滤精度较高，可将炉气中的灰尘基本上完全拦截下来并，过滤后的气体再通过多孔复合体111，此过程与多孔复合体111孔道111d内壁上的催化活性层111c充分接触而使气体中的氮氧化物还原为氮气，反应后的气体从工业炉气除尘脱硝一体化装置100的排气口T2输出。持续一段时间后，关闭控制阀K1、K2，开启控制阀K4，从而利用反吹介质对复合滤芯元件110进行再生。需要排渣时，打开控制阀K3，灰尘从该工业炉气除尘脱硝一体化装置100的排渣口T3输出。

上述复合滤芯元件110的制备方法包括以下步骤：1)制备多孔基体111a；2)配置作为中间层111c材料来源的溶胶，再将所述溶胶浸渍到多孔基体111a中，然后使多孔基体111a中的溶胶凝胶化，再对附着所述凝胶的多孔基体111a进行热处理，使凝胶转变为纳米颗粒，进而形成中间层111b；3)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111b的多孔基体111a中，然后对附着有前驱体溶液的多孔基体111a进行热处理，在所述中间层111b上形成催化活性层111c。而当多孔复合体111的迎风面上设置有膜层112时，上述步骤1)与步骤2)之间还设有以下附加步骤，即在多孔基体111a的迎风面上覆制膜液，然后对附着膜液的多孔基体111a进行烧结使膜液转变为以烧结金属多孔材料或烧结陶瓷多孔材料为基体的膜层112。

上述带有膜层112的复合滤芯元件110是先在多孔基体111a上烧结形成膜层112，然后再通过后续工艺形成中间层111b和催化活性层111c。由于膜层112形成于中间层111b和催化活性层111c之前，因而能够避免高温烧结形成膜层112时对中间层111b和催化活性层111c造成破坏。但是，正因为膜层112形成在先，后续将溶胶(中间层111c材料来源)浸渍到多孔基体111a中时则同样会浸渍到膜层112上，最后在膜层112上也会形成表面粗糙的中间层，这样既会改变膜层112的孔结构，同时也增大了膜层112表面的粗糙度，由于膜层112起主要过滤作用，在膜层112孔结构改变以及粗糙度增大的情况下，炉气中细小的粉尘颗粒更容易附着在膜层112上并不易通过反吹清灰从膜层112上清除。因此，在上述制备方法中将溶胶和催化活性物质前驱体溶液浸渍到多孔基体111a时最好尽可能避免浸渍到膜层112。

为了在将溶胶和催化活性物质前驱体溶液浸渍到多孔基体111a时尽可能避免浸渍到膜层112，一种办法是在上述制备方法的步骤2)和步骤3)中采用将用于浸渍的液体从多孔基体111a的背风面向迎风面方向进行渗透的浸渍工艺,从而降低膜层112上的浸渍量。另外，在上述办法的基础上，还可在浸渍时进一步在膜层112的迎风侧维持一个使用于浸渍的液体能够从多孔基体111a的背风面向迎风面方向透入多孔基体但不能透过膜层的反向气压。下面以管状的多孔基体111a为例，说明如何使用图5所示的浸渍装置来防止溶胶、催化活性物质前驱体溶液浸渍到多孔基体111a时不会浸渍到膜层112。

如图5所示，附着膜层112的管状多孔基体111a的两端开口(当催化活性层111c形成后，再通过一个堵头将管状多孔基体111a的一端封堵制成复合滤芯元件110，使用时将复合滤芯元件110的开口端安装在工业炉气除尘脱硝一体化装置100的孔板上，复合滤芯元件110的外管面为迎风面，工作时炉气从外管面向管腔运动，即与目前烟气过滤滤管工作方式相同)，管状多孔基体111a的上端口和下端口分别安装在浸渍装置的上封头710和下封头720上，上封头710和下封头720上分别设有进液口711和排液口721，将安装好上封头710和下封头720的管状多孔基体111a装入浸渍装置的外壳730内，并通过上定位板740和下定位板750对上封头710和下封头720进行定位，从而使管状多孔基体111a固定于浸渍装置的外壳730内部。将进液口711和排液口721分别接入用于浸渍液体流动的管路系统，该管路系统中设有调压装置；将浸渍装置外壳730上的进气口731连接供气装置，该供气装置中同样设有调压装置，进气口731与浸渍装置内部位于管状多孔基体111a上膜层112外侧的腔体导通。浸渍时，用于浸渍的液体从进液口711进入管状多孔基体111a的管腔内然后再从排液口721流出，通过管路系统中的调压装置使管状多孔基体111a管腔内的液体维持在压力P1上，同时通过供气装置从进气口731向浸渍装置通入空气，利用供气装置中的调压装置使管状多孔基体111a外部空气维持在压力P2上，其中，P1-P2＝P3，P3为预先测试出的当用于浸渍的液体渗透过管状多孔基体111a的试样所产生的压降。这样，就能够使用于浸渍的液体从多孔基体111a的背风面向迎风面方向透入多孔基体111a但不能透过膜层112。

实施例

制备用于燃煤电厂锅炉炉气除尘脱硝一体化处理的复合滤芯元件110，并测试其除尘脱硝效果。复合滤芯元件110的制备，首先，采用-100目铝粉30％(重量)，-200目铁粉70％(重量)的配方，通过粉末冶金法烧结制成铁铝金属间化合物多孔基体111a，测试其空气通量为368m³/m².h.kpa，平均孔径为35μm，常温抗拉为90MPa，孔隙率42％。图6和图8分别为多孔基体111a在电子显微镜下放大100倍和500倍的照片，其中可观察到多孔基体111a的孔洞表面较为光滑。然后配置膜液，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30％(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111a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111a进行烧结使膜液转变为以烧结金属多孔材料或烧结陶瓷多孔材料为基体的膜层112,膜层112的平均孔径为25μm。此后配制作为中间层材料来源的溶胶，即将Al(NO₃)₃、钛酸丁酯(化学式：C₁₆H₃₆O₄Ti或Ti(OC₄H₉)₄)、去离子水、酒精及其它酸按一定比例混合，通过调整酸含量控制PH值在2～4，使溶液满足要求，得到溶胶；然后将所述溶胶浸渍到多孔基体111a中，浸渍10～15分钟后，在60～90℃下保温2小时以上。重复浸渍、保温，直至出现稳定凝胶后放入焙烧炉中在400～700℃下烧制1小时，形成中间层111b。图7和图9分别为形成中间层111b后的多孔基体111a在电子显微镜下放大100倍和500倍的照片，其中可观察到多孔基体111a的孔表面附着了由纳米颗粒形成的粗糙表面。最后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111b的多孔基体111a中，然后对附着有前驱体溶液的多孔基体在电阻炉中进行热处理，在300～450℃下保温2小时，在所述中间层111b上形成催化活性层111c。上述方法制得的钛铝复合氧化物中间层结构特征为：堆密度0.6～1.1g/ml，孔密度0.2～0.6ml/g，比表面积3～60m²/g，平均孔径100～500nm，孔道贯穿性好。本发明的中间层非常适合用于多孔基体负载催化活性层，其作为中间层的各项性能指标优于单一的钛氧化物中间层，其优异的比表面积指标和孔道贯穿性，可以大大增加催化活物质的附着量和均匀性，特别适合金属间化合物多孔基体构成的滤芯。

将上述复合滤芯元件110装入一体化装置中，并用封闭的管道将燃煤电厂锅炉200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复合滤芯元件，从而在复合滤芯元件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≤10mg/Nm³，脱硝率≥85％。

Claims (10)

1.复合滤芯元件，是一种对待过滤物质具有过滤和反应催化双重作用的功能元件，其具有一多孔复合体，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，所述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构成，所述催化活性层通过中间层附着于多孔基体孔表面，其特征在于：所述中间层由钛铝复合氧化物构成。

2.如权利要求1所述的复合滤芯元件，其特征在于：是一种对工业炉气具有过滤除尘和SCR脱硝催化双重作用的功能元件，所述多孔复合体的平均孔径为1～200μm，且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，该多孔基体中具有三维立体连通的网络孔隙。

3.如权利要求2所述的复合滤芯元件，其特征在于：所述烧结金属多孔材料为铁铝金属间化合物材料。

4.如权利要求1所述的复合滤芯元件，其特征在于：所述催化活性层由V₂O₅构成或以V₂O₅为主要成分，以WO₃为辅助成分的混合物构成，或以WO₃和MoO₃为辅助成分的混合物构成。

5.如权利要求2所述的复合滤芯元件，其特征在于：包括位于多孔复合体迎风面上并以烧结金属多孔材料或烧结陶瓷多孔材料为基体的膜层，该膜层的平均孔径为1～100μm且小于多孔复合体的平均孔径。

6.复合滤芯元件的制备方法，包括步骤：1)制备多孔基体；2)配置作为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，进而形成中间层；3)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。

7.如权利要求6所述的复合滤芯元件的制备方法，其特征在于：复合滤芯元件步骤2)中所述溶胶是由铝盐和钛酸酯类，或者铝盐和钛醇盐配制而成的溶胶。

8.如权利要求7所述的复合滤芯元件的制备方法，其特征在于：所述步骤2)具体为，将Al(NO₃)₃、钛酸丁酯、去离子水、酒精及其它酸按一定比例混合，通过调整酸含量控制PH值，使溶液满足要求，得到溶胶；然后将溶胶浸渍到多孔基体中，保温一定时间，重复浸渍、保温，直至出现稳定凝胶，放入焙烧炉中焙烧。

9.如权利要求8所述的复合滤芯元件的制备方法，其特征在于：所述PH值控制在2～4，浸渍时间控制在10～15分钟，保温温度控制在60～90℃，保温≥2小时，焙烧温度控制在400～700℃。

10.如权利要求6所述的复合滤芯元件的制备方法，其特征在于：在所述步骤1)与步骤2)之间还设有以下附加步骤，在多孔基体的迎风面上覆制膜液，然后对附着膜液的多孔基体进行烧结使膜液转变为膜层，该膜层的平均孔径为1～100m且小于多孔复合体的平均孔径。