CN105013262B - 烟尘过滤和脱硝一体化烟气处理器件的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于高温烟尘过滤和环保领域，具体涉及一种烟尘过滤和脱硝一体化烟气处理器件的制备方法；所述烟气处理器件由长管状基体和涂覆在长管状基体上的微孔涂层组成；所述的微孔涂层用于烟尘颗粒的过滤；所述的微孔涂层的厚度为120～140μm，微孔涂层的孔径为10～20μm；所述的长管状基体利用其内的脱硝催化剂吸收烟气中的NOx；烟气处理器件制备方法包括有长管状基体的制备和在长管状基体上涂覆微孔涂层；长管状基体的制备包括有原料的混合、等静压成型以及坯体的干燥；微孔涂层由堇青石或莫来石浆料制成。本发明实现了烟尘过滤和脱硝在同一器件的作用下分步完成，提高了烟气处理的效率，同时有利于高温烟气余热的回收利用。

Description

烟尘过滤和脱硝一体化烟气处理器件的制备方法

技术领域

本发明属于高温烟尘过滤和环保领域，具体涉及一种烟尘过滤和脱硝一体化烟气处理器件的制备方法。

背景技术

随着我国工业化进程的快速推进，尤其是重工业的飞速发展，我国的自然环境也遭到了严重的污染；作为环境污染之一的大气污染，可谓与每个人的健康和安全都息息相关。近期我国多地频现雾霾天气，PM2.5指标引发人们的热议，也将大气污染再次推到环境安全的风口浪尖。此外，工业烟气中还含有大量的氮氧化物NOx，可以与空气中的水结合转化成硝酸和硝酸盐，而硝酸是酸雨的成因之一；氮氧化物还可以与其他污染物在一定条件下能产生光化学烟雾污染。

工业烟气中的微细烟尘和氮氧化物造成严重的空气污染，这些污染主要来源于化石燃料的燃烧，比如日常发电、工业生产、机动车尾气排放、挥发性有机物等；在当今世界经济的发展形势下，停止化石燃料的使用显然是不现实的。因此人们发明了多种治理措施和设备，如光触媒净化技术、多层过滤净化技术、静电除尘技术等。然而这些空气净化技术要么是针对有限的空间进行空气质量的优化，要么是能耗成本较高且过滤精度较低；关于工业脱硝，目前最常用的是选择性催化还原技术，该方法的烟气处理器件通常是采用蜂窝式、板式或波纹式的结构作为载体，再将催化剂附于载体表面；该器件制备过程较为复杂，且只能实现脱硝，对微细烟尘无能为力，只能在器件的前端或后端串联烟尘处理装置，从而使整个烟气处理装置非常庞大，导致使用过程中出现问题的概率也相应增大；目前国内有关烟气脱硝的专利相对较少，如CN1475305A，CN101979135B等，其创新点一般都集中在不同的催化剂载体的选择上，而两专利的制备工艺还是大同小异的。

发明内容

本发明的目的是提出一种烟尘过滤和脱硝一体化烟气处理器件的制备方法，使其烟气处理器件在工作时，能够同时实现烟气中的烟尘颗粒的过滤和烟气中NOx的去除。

本发明为完成上述发明目的采用如下技术方案：

一种烟尘过滤和脱硝一体化烟气处理器件的制备方法，所述烟气处理器件由长管状基体和涂覆在长管状基体上的微孔涂层组成；所述的微孔涂层用于烟尘颗粒的过滤，所述的微孔涂层的厚度为120～140μm，微孔涂层的孔径为10～20μm；所述的长管状基体利用其内的脱硝催化剂吸收烟气中的NOx；烟气处理器件制备方法具体工艺步骤为：

1）原料的混合：

以氧化铝或堇青石或碳化硅为主要原料，以酚醛树脂为成型结合剂，以粘土为中高温结合剂，以石墨为脱模剂和造孔剂，以二氧化钛和五氧化二钒为脱硝催化剂，在高速混炼机中将以上原料混合均匀；酚醛树脂、粘土、石墨、二氧化钛、五氧化二钒的用量分别为氧化铝或堇青石或碳化硅质量的3～8%、2～10%、2～10%、4～10%、1～5%；

2）等静压成型：

将混合好的原料置于模具中布料，将模具密封严密，在等静压机内将样品压制成型制成坯体，所用压力为30～120MPa；

3）坯体的干燥和烧结：

将坯体从等静压机中取出后，脱模，将坯体置于鼓风干燥箱中进行干燥，然后将坯体置于烧结炉中进行烧结，得到一端开口的长管状基体；

4）微孔涂层的附着：

在长管状基体的外层刷涂或喷涂堇青石或莫来石浆料，堇青石或莫来石浆料干燥后形成附着于长管状基体上的微孔涂层，微孔涂层与长管状基体共同形成烟气处理器件。

所述的氧化铝或堇青石或碳化硅粒度为40～200目，纯度>95%。

所述的粘土为膨润土、高岭土、球粘土中的一种或者任意两者的组合。

所述二氧化钛的平均粒径为1～4μm，纯度≥99%。

所述五氧化二钒的平均粒径为2～5μm，纯度≥99%。

所述坯体的干燥温度为：80～110ºC，持续时间为4～24h。

烧结过程中的升温速率为0.5～2.0ºC/min，并于1100～1300ºC保温1～3h。

所述的堇青石或莫来石浆料的体积固相含量为35～55%。

本发明提出的一种烟尘过滤和脱硝一体化烟气处理器件的制备方法，采用在长管状基体外层涂覆微孔涂层的方法，使烟气处理器件在使用时，烟气首先通过微孔涂层，实现了烟尘颗粒的过滤；长管状基体的制备中加入用于脱硝的二氧化钛和五氧化二钒催化剂，使经过颗粒过滤后的烟气在长管状基体内二氧化钛和五氧化二钒催化剂的作用下，实现了烟气中NOx的去除；烟尘过滤和脱硝在同一器件的作用下分步完成，实现了一体化，简化了烟气处理过程，提高了烟气处理的效率，同时有利于高温烟气余热的回收利用，并降低了生产成本。

具体实施方式

结合下述实施例对本发明加以说明：

实施例1

首先将40目氧化铝10kg，酚醛树脂0.8kg、膨润土0.2kg、石墨1.0kg、平均粒径1.5μm的二氧化钛0.8kg、平均粒径5μm的五氧化二钒0.1kg在高速混炼机中混合均匀；将混合原料于模具中均匀布料，并密封严密；将模具置于等静压腔体中施加50MPa的压力压制成型；样品脱模后置于鼓风干燥箱中于80ºC烘干24h；然后将样品置于烧结炉中，以1ºC/min的升温速率升至1300ºC，并保温1h结束得到一端开口的长管状基体；在长管状基体外层刷涂体积固相含量35%的莫来石浆料，干燥后得最终器件；所得长管状基体的孔隙率为37.5%，平均孔径为187μm，抗压强度为54.2MPa。

实施例2

首先将60目堇青石10kg，酚醛树脂0.7kg、球粘土0.4kg、石墨0.8kg、平均粒径1μm的二氧化钛1.0kg、平均粒径3μm的五氧化二钒0.2kg在高速混炼机中混合均匀；将混合原料于模具中均匀布料，并密封严密；将模具置于等静压腔体中施加80MPa的压力压制成型。样品脱模后置于鼓风干燥箱中于110ºC烘干4h。然后将样品置于烧结炉中，以1.5ºC/min的升温速率升至1100ºC，并保温3h结束得到一端开口的长管状基体；在长管状基体外层喷涂体积固相含量55%的莫来石浆料，干燥后得最终器件。所得基体材料的孔隙率为36.3%，平均孔径为165μm，抗压强度为47.6MPa。

实施例3

首先将80目碳化硅10kg，酚醛树脂0.6kg、高岭土0.8kg、石墨0.4kg、平均粒径4μm的二氧化钛0.4kg、平均粒径3μm的五氧化二钒0.4kg在高速混炼机中混合均匀。将混合原料于模具中均匀布料，并密封严密。将模具置于等静压腔体中施加30MPa的压力压制成型。样品脱模后置于鼓风干燥箱中于100ºC烘干8h。然后将样品置于烧结炉中，以0.5ºC/min的升温速率升至1250ºC，并保温2h结束得到一端开口的长管状基体；在长管状基体外层刷涂体积固相含量45%的莫来石浆料，干燥后得最终器件。所得基体材料的孔隙率为31.4%，平均孔径为152μm，抗压强度为53.7MPa。

实施例4

首先将200目氧化铝10kg，酚醛树脂0.3kg、膨润土和球粘土0.6kg、石墨0.6kg、平均粒径2.5μm的二氧化钛0.7kg、平均粒径2μm的五氧化二钒0.5kg在高速混炼机中混合均匀。将混合原料于模具中均匀布料，并密封严密。将模具置于等静压腔体中施加120MPa的压力压制成型。样品脱模后置于鼓风干燥箱中于110ºC烘干16h。然后将样品置于烧结炉中，以2.0ºC/min的升温速率升至1200ºC，并保温2h结束得到一端开口的长管状基体；在长管状基体长管状基体材料外层喷涂体积固相含量35%的堇青石浆料，干燥后得最终器件。所得基体材料的孔隙率为33.9%，平均孔径为94μm，抗压强度为50.5MPa。

实施例5

首先将100目堇青石10kg，酚醛树脂0.5kg、高岭土和球粘土1.0kg、石墨0.2kg、平均粒径1.5μm的二氧化钛0.9kg、平均粒径4μm的五氧化二钒0.2kg在高速混炼机中混合均匀。将混合原料于模具中均匀布料，并密封严密。将模具置于等静压腔体中施加100MPa的压力压制成型。样品脱模后置于鼓风干燥箱中于90ºC烘干10h。然后将样品置于烧结炉中，以1.5ºC/min的升温速率升至1150ºC，并保温3h结束得到一端开口的长管状基体；在长管状基体在长管状基体材料外层刷涂体积固相含量45%的堇青石浆料，干燥后得最终器件。所得基体材料的孔隙率为30.4%，平均孔径为137μm，抗压强度为48.3MPa。

实施例6

首先将120目碳化硅10kg，酚醛树脂0.4kg、膨润土和球粘土0.7kg、石墨0.5kg、平均粒径3.5μm的二氧化钛0.5kg、平均粒径2μm的五氧化二钒0.3kg在高速混炼机中混合均匀。将混合原料于模具中均匀布料，并密封严密。将模具置于等静压腔体中施加70MPa的压力压制成型。样品脱模后置于鼓风干燥箱中于80ºC烘干20h。然后将样品置于烧结炉中，以1ºC/min的升温速率升至1200ºC，并保温3h结束得到一端开口的长管状基体；在长管状基体外层喷涂体积固相含量55%的堇青石浆料，干燥后得最终器件。所得基体材料的孔隙率为33.1%，平均孔径为120μm，抗压强度为49.3MPa。

Claims (7)

1.一种烟尘过滤和脱硝一体化烟气处理器件的制备方法，其特征在于：所述烟气处理器件由长管状基体和涂覆在长管状基体上的微孔涂层组成；所述的微孔涂层用于烟尘颗粒的过滤，所述的微孔涂层的厚度为120～140μm，微孔涂层的孔径为10～20μm；所述的长管状基体利用其内的脱硝催化剂吸收烟气中的NOx；烟气处理器件制备方法具体工艺步骤为：

1）原料的混合：

以氧化铝或堇青石或碳化硅为主要原料，以酚醛树脂为成型结合剂，以粘土为中高温结合剂，以石墨为脱模剂和造孔剂，以二氧化钛和五氧化二钒为脱硝催化剂，在高速混炼机中将以上原料混合均匀；酚醛树脂、粘土、石墨、二氧化钛、五氧化二钒的用量分别为氧化铝或堇青石或碳化硅质量的3～8%、2～10%、2～10%、4～10%、1～5%；

2）等静压成型：

将混合好的原料置于模具中布料，将模具密封严密，在等静压机内将样品压制成型制成坯体，所用压力为30-120MPa；

3）坯体的干燥和烧结：

将坯体从等静压机中取出后，脱模，将样品置于鼓风干燥箱中进行干燥，然后将坯体置于烧结炉中进行烧结，得到一端开口的长管状基体；

4）微孔涂层的附着：

在长管状基体的外层刷涂或喷涂堇青石或莫来石浆料，堇青石或莫来石浆料干燥后形成附着于长管状基体上的微孔涂层，微孔涂层与长管状基体共同形成烟气处理器件。

2.按权利要求1所述的一种烟尘过滤和脱硝一体化烟气处理器件的制备方法，其特征在于：所述的氧化铝或堇青石或碳化硅粒度为40-200目，纯度>95%。

3.按权利要求1所述的一种烟尘过滤和脱硝一体化烟气处理器件的制备方法，其特征在于：所述的粘土为膨润土、高岭土、球粘土中的一种或者任意两者的组合。

4.按权利要求1所述的一种烟尘过滤和脱硝一体化烟气处理器件的制备方法，其特征在于：所述的二氧化钛平均粒径为1～4μm，纯度≥99%；所述的五氧化二钒平均粒径为2～5μm，纯度≥99%。

5.按权利要求1所述的一种烟尘过滤和脱硝一体化烟气处理器件的制备方法，其特征在于：所述坯体的干燥温度为：80～110ºC，持续时间为4～24h。

6.按权利要求1所述的一种烟尘过滤和脱硝一体化烟气处理器件的制备方法，其特征在于：烧结过程中的升温速率为0.5～2.0ºC/min，并于1100～1300ºC保温1～3h。

7.按权利要求1所述的一种烟尘过滤和脱硝一体化烟气处理器件的制备方法，其特征在于：所述的堇青石或莫来石浆料的体积固相含量为35～55%。