CN106237732A - 一种生活垃圾焚烧厂专用过滤材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种生活垃圾焚烧厂专用过滤材料及其制备方法，属于过滤材料领域，包括如下步骤：以PTFE纤维为原料，采用针刺成型得到非织造布；采用化学共沉淀法制备纳米电气石颗粒；将纳米电气石颗粒加入有机表面活性剂溶剂中，制备磁流体纳米电气石溶液；溶解并分散磁流体纳米电气石溶液，并加入TiO2颗粒，制备一定粘合效果溶液；其中磁流体纳米电气石占总质量15～25％。在发泡剂及增稠剂作用下，制备发泡溶液，并将其涂覆在非织造布上得到所需过滤材料。本发明的有益效果是：通过在非织造布层上形成涂层，并进行处理而具备化学和物理性过滤，形成一种全新的多功能性空气过滤材料，具有化学除尘、抗菌杀毒功效、过滤阻力低、过滤效率高等效果。

Description

一种生活垃圾焚烧厂专用过滤材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及过滤材料领域，更具体的说涉及一种生活垃圾焚烧厂专用过滤材料及其制备方法。
背景技术
目前过滤材料具有阻挡粉尘，过滤颗粒物作用，但对于消除化学气体腐蚀。抗菌,去除有害物质作用较差。
垃圾发电因其能有效去除垃圾，减少污染，同时可变废为宝，创造经济效益。所以近期其取得突飞猛进发展，但因中国国内行情比如垃圾无分类，分级等情况和焚烧技术受限等原因，其产生尾气具有很大污染性。
垃圾焚烧场，全世界垃圾平均增长速度为8.42％，而中国垃圾增长率达到10％以上。全世界每年产生4.9亿吨垃圾，而仅中国每年就产生近1.5亿吨城市垃圾。目前中国城市生活垃圾累计堆存量已达70亿吨。
生活垃圾焚烧场：大型垃圾焚烧炉，主要采用混合垃圾入炉，物料热值较低(一般不低于800大卡左右)，水分较高，且密度较小，可燃成份燃烧速率较高，焚烧炉膛主要采用中温燃烧，炉膛温度一般维持在(850一1200)。在保证垃圾燃烬的同时，控制垃圾焚烧过程中产生的二次污染，也需要维持中温燃烧：垃圾中的细菌病毒等杀灭；焚烧残渣中有机碳含量<(3.5)％；焚烧烟气中可能形成的二恶英、呋喃等特殊毒害性气体，温度场必须保证温度>850℃，时间持续>2s的环境。
生活垃圾中塑料、橡胶等物料富含氯元素、氟元素等成份，焚烧产生的烟气中HCl、HF等酸性气体浓度较高，对焚烧炉膛及其配套的热能回收锅炉冷却构件具有非常强烈的高温腐蚀特性。
同时，垃圾焚烧过程中，由于存在大量的碳、氢、氧和氯元素，可能产生大量的二恶英、呋喃等特殊毒害性气体，其结构稳定，毒性极强(二恶英是致癌的剧毒物质)，对人体和生物具有严重危害。
垃圾焚烧的过程中会产生大量的浓烟和有害气体。根据所焚烧的垃圾的性质不同，如生活垃圾、医疗垃圾、空港垃圾、危险废弃物等，其废气的性质也有很大区别。但总体来说主要的污染物是氯的化台物、二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物、重金属、粉尘、二恶因等等，其中二恶因是对人体十分有害的高毒性物质，它在尾气中的存在形式既有气态又有固态的。它在表面过滤二恶因的同时，利用催化剂的光催化作用将二恶因气体分解，从而达到消除有害气体的功能。功能性过滤材料除了广泛地应用于工业废气处理外还可用于室内空气净化处理。电气石功能性过滤材料是目前最有发展前景的消除有害气体韵滤料。
电气石是电气石族矿物的总称，其化学成分较复杂，是以含硼为特征的铝、钠、铁、镁、锂的环状结构硅酸盐矿物，其组成通式为(Na，Ca)(№，Fe，Mn，Li，A1)、Als(Sie0s)(B0s)、(OH)t。根据不同的类质同象，可分为铁电气石、镁电气石和锂电气石。电气石具有压电性与热电性，以及可以释放远红外线和负离子等独特功能，可广泛应用于环保、电子、医药、化工、轻工、建材等领域，其作为一种附加值高的新型工业矿物，受到世界各国的普遍重视。
电气石属于天然红外辐射材料，其在红外波段具有高发射率或特征发射率的无机材料，利用红外辐射材料对污染气体进行活化处理，可以使表面张力减小及扩散，利于扩大处理面积。
电气石的表面电场对甲醛具有的吸附降解作用.电气石电场可以促进纳米Ti02的光催化,增加羟基自由基的产生量，对微生物起到杀菌作用。他们与微生物细胞壁或者细胞组成成分发生化学反应，进而杀死微生物。
电气石可促进氨氧化细菌(亚硝化单胞菌)生长繁殖，缩短迟缓期，提高细菌菌量，提高细菌脱氢酶活性，提高细菌对氨氮的氧化，从而降低烟气中的氮氧化物排放。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种电气石功能性生活垃圾焚烧厂专用过滤材料的制备方法，其制得的过滤材料具有化学除尘，抗菌杀毒功效。过滤阻力低、过滤效率高等效果。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
一种电气石功能性生活垃圾焚烧厂专用过滤材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：以至少含有PTFE纤维为原料，采用针刺成型得到非织造布；
步骤二：采用化学共沉淀法制备纳米电气石颗粒；
步骤三：将步骤二中的纳米电气石颗粒加入有机表面活性剂溶剂中，制备磁流体纳米电气石溶液；
步骤四：溶解并分散磁流体纳米电气石溶液，并加入TiO2颗粒，制备一定粘合效果溶液；电气石具有催进TiO2光催化，增加羟基自由基产生量，对微生物起到杀菌作用。电气石对重金属离子具有良好吸附作用，其去除效果基本不受热处理温度影响。
步骤五：在发泡剂及增稠剂作用下，制备发泡溶液，并将其涂覆在步骤一中的非织造布上得到所需过滤材料。
进一步，所述步骤一中非织造布由100wt％的聚四氟乙烯纤维经混合开松、梳理成网、铺网和针刺后形成。
进一步，在混合过程中加入非离子抗静电剂；在梳理成网过程中采用钛合金针布，梳理机速度为600-800r/min；在铺网过程中，上小车速度25-40m/min,铺网小车30-45m/min,下小车速度8-15m/min；在针刺过程中，采用5台针刺机，后两台为异位对刺机，第一道针刺频率及深度分别为150-200r/min、12-14mm，第二道针刺频率及深度分别为200-350r/min、7-9mm，第三道针刺频率及深度分别为300-450r/min、4-6mm，第四道针刺频率及深度分别为250-400r/min、4-6mm，第五道针刺频率及深度分别为250-400r/min、2-4mm。
进一步，所述聚四氟乙烯纤维的线密度为1.0-1.5D，纤维长度为48-65mm。
进一步，所述步骤一中非织造布由多层针刺毡经过针刺复合制得。
进一步，所述步骤二中把沉淀剂加入电气石金属盐溶液中进行沉淀处理，再将沉淀物加热分解，经过水洗，过滤制得纳米电气石颗粒，所述沉淀剂为NaOH溶液。
进一步，所述步骤三中纳米电气石颗粒加入有机表面活性剂溶液中，在常温状态下经磁性搅拌机搅拌处理后，制成磁流体，所述表面活性剂为有机溶液为聚乙二醇和油酸。
进一步，所述步骤四中将磁流体纳米电气石溶液分散在有机溶剂中，制备分散均匀且具有一定粘合作用的溶液，并加入TiO2颗粒，该有机溶剂为二氯甲烷和丙酮。
进一步，所述步骤五中在发泡剂和增稠剂发泡作用下，将步骤四中溶液制备成发泡溶液，并在刮涂机作用下进行涂层。
本发明还提供一种电气石功能性生活垃圾焚烧厂专用过滤材料，采用述制备方法制得。
采用上述结构后，本发明涉及的一种电气石功能性过滤材料及其制备方法，其通过在非织造布层的外表面上形成有涂层，并对该涂层进行处理而具备化学和物理性过滤，从而可形成一种全新的多功能性空气过滤材料，即具有化学除尘，抗菌杀毒功效。过滤阻力低、过滤效率高等效果。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)采用电气石复合材料经涂层至过滤材料上，可充分赋予其化学性过滤效果，可有效减少垃圾焚烧厂所排放气体污染物，可有效取到高效过滤粉尘颗粒及化学污染物作用。
(2)采用化学共沉淀法可制备高精度纳米电气石颗粒，在表面活性剂及有机溶剂作用下，制备具有粘合作用发泡涂层至过滤材料表层，可赋予过滤材料永久性化学过滤和物理过滤效果，且制作工艺简单，稳定性较高，生产成本低。
(3)该涂层会通过表面静电作用，形成超细过滤粉尘饼，通过粉尘饼的细空隙及静电作用可以将粉尘阻挡在过滤毡表面，提高其表面过滤效率。
具体实施方式
以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种电气石功能性生活垃圾焚烧厂专用过滤材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：以至少含有PTFE纤维为原料，采用针刺成型得到非织造布；
步骤二：采用化学共沉淀法制备纳米电气石颗粒；
步骤三：将步骤二中的纳米电气石颗粒加入有机表面活性剂溶剂中，制备磁流体纳米电气石溶液；
步骤四：溶解并分散磁流体纳米电气石溶液，并加入TiO2颗粒，制备一定粘合效果溶液；
步骤五：在发泡剂及增稠剂作用下，制备发泡溶液，并将其涂覆在步骤一中的非织造布上得到所需过滤材料。
作为一种优选的实施方式，所述步骤一中非织造布由至少含有PTFE纤维经开松、混合、梳理、铺网和针刺成型制得。
作为一种优选的实施方式，所述步骤一中非织造布由100wt％的聚四氟乙烯纤维经混合开松、梳理成网、铺网和针刺后形成。
作为一种优选的实施方式，在混合过程中加入非离子抗静电剂；在梳理成网过程中采用钛合金针布，梳理机速度为600-800r/min；在铺网过程中，上小车速度25-40m/min,铺网小车30-45m/min,下小车速度8-15m/min；在针刺过程中，采用5台针刺机，后两台为异位对刺机，第一道针刺频率及深度分别为150-200r/min、12-14mm，第二道针刺频率及深度分别为200-350r/min、7-9mm，第三道针刺频率及深度分别为300-450r/min、4-6mm，第四道针刺频率及深度分别为250-400r/min、4-6mm，第五道针刺频率及深度分别为250-400r/min、2-4mm。
作为一种优选的实施方式，所述聚四氟乙烯纤维的线密度为1.0-1.5D，纤维长度为48-65mm。即聚四氟乙烯纤维均采用超细纤维，如此能大大改善集尘效率，其平均效率比传统结构驻极体纤维从95％上升到99.9％(精细纤维)，改善可能源于纤维间自由空间随机分布率的上升，导致容尘场所和过滤机构更加完善。另外，精细驻极体纤维所形成的新结构空气过滤器性能的改善，是因为滤材空间结构上表现出较大的容尘空间和较强的电场散度。
作为一种优选的实施方式，所述步骤一中非织造布由多层针刺毡经过针刺复合制得。
作为一种优选的实施方式，所述步骤二中把沉淀剂加入电气石金属盐溶液中进行沉淀处理，再将沉淀物加热分解，经过水洗，过滤制得纳米电气石颗粒，所述沉淀剂为NaOH溶液。
作为一种优选的实施方式，所述步骤三中纳米电气石颗粒加入有机表面活性剂溶液中，在常温状态下经磁性搅拌机搅拌处理后，制成磁流体，所述表面活性剂为有机溶液为聚乙二醇和油酸。
作为一种优选的实施方式，所述步骤四中将磁流体纳米电气石溶液分散在有机溶剂中，制备分散均匀且具有一定粘合作用的溶液，并加入TiO2颗粒，该有机溶剂为二氯甲烷和丙酮。
作为一种优选的实施方式，所述步骤五中在发泡剂和增稠剂发泡作用下，将步骤四中溶液制备成发泡溶液，并在刮涂机作用下进行涂层。
由于聚四氟乙烯纤维静电效果大，故在混合过程中加入非离子抗静电剂。
在梳理成网工序中，因为聚四氟乙烯纤维密度大，单根纤维强力差，卷曲小，所以在梳理过程采用钛合金针布，梳理机速度为600-800r/min。
在铺网过程中，由于纤维抱合力小，各小车之间牵伸小，该上小车速度25-40m/min，铺网小车30-45m/min，下小车速度8-15m/min。
在针刺过程中，采用5台针刺机，后两台为异位对刺机，第一道针刺频率及深度分别为150-200r/min、12-14mm，第二道针刺频率及深度分别为200-350r/min、7-9mm，第三道针刺频率及深度分别为300-450r/min、4-6mm，第四道针刺频率及深度分别为250-400r/min、4-6mm，第五道针刺频率及深度分别为250-400r/min、2-4mm。
优选地，上述形成的非织造布层还进行如下功能性处理：
压光：上辊温度为200-220，下辊温度为230-250，压力为0.4Mpa，速度为7.5-8.5m/min。通过压光工序，控制针刺过滤毡的厚度，提高其密度，有助于过滤效率提高和物性指标改善。
烧毛：采用天然气烧毛处理，通过控制火焰的火力7-7.5bar和针刺毡烧毛的速度35-40m/min来控制烧毛的工序，以保证布面效果。通过烧掉表面毛羽，使纤维表面保持一定光滑度，这可降低粉尘吸附滤袋表面，同时可提高清灰效率。
采用发泡涂层工艺，将纳米电气石颗粒制备成发泡溶液刮涂在过滤材料表面。该涂层是由电气石材料以发泡的工艺成型在非织造布层上，该材料经过化学共沉淀法制备而成。采用化学共沉淀法制备纳米电气石颗粒，纳米电气石颗粒采用化学共沉淀法方式制备，把沉淀剂加入电气石金属盐溶液中进行沉淀处理，再将沉淀物加热分解，得到所需最终化合物产品，经过水洗，过滤等制备。采用沉淀剂为NaOH溶液。采用化学沉淀法制备电气石纳米颗粒步骤如下：
1)三口烧瓶底部加入50ml蒸馏水后,加入一定量的Na2CO3溶液，分别在三口烧瓶的三个口中加入电气石混合溶液(注意隔离空气以防被空气中氧气所氧化),NaOH溶液,H2SO4。注意各瓶口塞紧隔绝空气。
2)往三口烧瓶滴入一定量的H2SO4使其和Na2SO4反应,制备CO2，并用搅拌机低速搅拌。以排除溶液中的氧气.在烧瓶引一接口进Ca(OH)2溶液,观察有无浑浊，以检测是否有排尽氧气。
3)滴入定量的NaOH,测量PH值,使其维持在8左右，分别滴入电气石溶液和NaOH溶液，并加快搅拌机的速度使其充分反应.溶液温度维持在60度，PH值为8。
4)反应30分钟以后，倒进烧杯中,静置一段时间后，除去上层清夜，并用蒸馏水反复洗涤数次。将其置于一定量的聚乙二醇溶液中保存。
5)将上述溶液在氮气保护下，进行高温加热分解，得到对应氧化物，再经过水洗，过滤等作用制备高纯度纳米级电气石颗粒。
在有机表面活性剂溶剂中，制备磁流体纳米电气石溶液。采用有机表面活性剂溶剂，并经磁性搅拌机常温状态下，搅拌处理后，制成磁流体。所采用的表面活性剂为有机溶液为聚乙二醇和油酸。采用表面活性剂制备电气石纳米颗粒磁流体分散液步骤如下：
1)把制备好的电气石溶液进行过滤，并用蒸馏水多次的冲洗。注意保持溶液呈中性。
2)按照一定的比例，量取一定量的聚乙二醇和油酸溶液并混合。比例约为(1:1)
3)称取一定量的电气石加入上述混合溶液中，并在磁性搅拌机的作用下进行搅拌。
4)把上述制备好的溶液密封静置并分别在12，24小时进行观察。溶液的均匀性和稳定性。
溶解并分散磁流体溶液，并按照电气石与TiO2重量比例为：30％-50％：50％：70％比例加入TiO2颗粒，制备一定粘合作用溶液，将磁流体分散在有机溶剂中，制备分散均匀且具有一定粘合作用溶液。加入TiO2颗粒，该有机溶剂为二氯甲烷和丙酮。
1)计算各种物质的化学比例并计算各自的质量。M(二氯甲烷):M(丙酮)＝1:1。TiO2占总质量5-10％，电气石占总质量10-15％。最后算出总质量比例为M(二氯甲烷)＝50-70g,V(二氯甲烷)＝40-60ML，M(丙酮)＝50-70g，V(丙酮)＝60-110ML，M(TiO2)＝10-15g，M(电气石)＝15-25g。
2)把TiO2溶解在丙酮和二氯甲烷混合溶液中，并密封在烧杯中在磁性搅拌机的高速作用下进行溶解直至TiO2完全溶解在该溶液中。
3)把称量好的电气石磁流体加入到上述制备好的溶液中，并在搅拌机的高速作用下进行搅拌一到二小时。
在发泡剂及增稠剂作用下，质量比为：发泡剂：增稠剂＝1％：0.5％，制备发泡溶液，并将其涂层与非织造过滤材料上。在发泡剂和增稠剂发泡作用下，将溶液制备成发泡溶液，在刮涂机作用下进行涂层。
实施例1：
开松：该非织造布层以100％的聚四氟乙烯纤维PTFE为原料，经混合开松，梳理成网、铺网以及5道针刺后形成非织造毡。该聚四氟乙烯纤维的线密度为1.0D，纤维长度为51mm。因PTFE纤维静电效果大，在混合过程中加入非离子抗静电剂。
梳理：因PTFE纤维密度大，单根纤维强力差，卷曲小，所以梳理过程采用钛合金针布，降低梳理机速度为750r/min。
铺网：纤维抱合力小，各小车之间牵伸小。上小车速度33m/min,铺网小车40m/min,下小车速度12m/min.
针刺：采用5台针刺机，后两台为异位对刺机。第一道针刺频率及深度分别为150r/min、14mm，第二道针刺频率及深度分别为280r/min、8mm。第三道针刺频率及深度分别为300r/min、6mm。第四道针刺频率及深度分别为400r/min、4mm。第五道针刺频率及深度分别为400r/min、2mm。
功能性处理
压光：上辊温度为210，下辊温度为230.压力为0.4MPa。速度为8m/min。
烧毛：采用天然气烧毛处理，通过控制火焰的火力7bar.和针刺毡烧毛的速度35m/min来控制烧毛的工序，以保证布面效果。
发泡涂层：
步骤一：采用化学共沉淀法制备纳米电气石颗粒；
步骤二：在有机表面活性剂溶剂中，制备磁流体纳米电气石溶液；
步骤三：溶解并分散磁流体溶液，并加入TiO2颗粒，制备一定粘合作用的溶液；
步骤四：在发泡剂及增稠剂作用下，制备发泡溶液，并将其涂覆于非织造布上得到所需的过滤材料。
实施例2
开松：该非织造布层以100％的聚四氟乙烯纤维PTFE为原料，经混合开松，梳理成网、铺网以及5道针刺后形成非织造毡。该聚四氟乙烯纤维的线密度为1.0，纤维长度为51mm。因PTFE纤维静电效果大，在混合过程中加入非离子抗静电剂。
梳理：因PTFE纤维密度大，单根纤维强力差，卷曲小，所以梳理过程采用钛合金针布，降低梳理机速度为700r/min。
铺网：纤维抱合力小，各小车之间牵伸小。上小车速度30m/min,铺网小车34m/min,下小车速度10m/min.
针刺：采用5台针刺机，后两台为异位对刺机。第一道针刺频率及深度分别为170r/min、13mm，第二道针刺频率及深度分别为300r/min、9mm。第三道针刺频率及深度分别为320r/min、6mm。第四道针刺频率及深度分别为400r/min、4mm。第五道针刺频率及深度分别为400r/min、2mm。
功能性处理
压光：上辊温度为220，下辊温度为240.压力为0.4MPa。速度为7.5m/min。
烧毛：采用天然气烧毛处理，通过控制火焰的火力7bar.和针刺毡烧毛的速度35m/min来控制烧毛的工序，以保证布面效果。
发泡涂层：
步骤一：采用化学共沉淀法制备纳米电气石颗粒；
步骤二：在有机表面活性剂溶剂中，制备磁流体纳米电气石溶液；
步骤三：溶解并分散磁流体溶液，并加入TiO2颗粒，制备一定粘合作用的溶液；
步骤四：在发泡剂及增稠剂作用下，制备发泡溶液，并将其涂覆于非织造布上得到所需的过滤材料。
上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种生活垃圾焚烧厂专用过滤材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：以含有PTFE纤维为原料，采用针刺成型得到非织造布；
步骤二：采用化学共沉淀法制备纳米电气石颗粒；
步骤三：将步骤二中的纳米电气石颗粒加入有机表面活性剂溶剂中，制备磁流体纳米电气石溶液；
步骤四：溶解并分散磁流体纳米电气石溶液，并加入TiO2颗粒，制备一定粘合效果溶液；
步骤五：在发泡剂及增稠剂作用下，发泡剂与增稠剂质量比为1：0.5，制备发泡溶液，并将其涂覆在步骤一中的非织造布上得到所需过滤材料。
2.如权利要求1所述的一种生活垃圾焚烧厂专用过滤材料的制备方法，其特征在于，所述步骤一中非织造布由含有PTFE的纤维经开松、混合、梳理、铺网和针刺成型制得。
3.如权利要求2所述的一种生活垃圾焚烧厂专用过滤材料的制备方法，其特征在于，所述所述聚四氟乙烯纤维的线密度为1.0-1.5D，纤维长度为48-65mm。
4.如权利要求1所述的一种生活垃圾焚烧厂专用过滤材料的制备方法，其特征在于，所述步骤一中非织造布由多层针刺毡经过针刺复合制得。
5.如权利要求1所述的一种生活垃圾焚烧厂专用过滤材料的制备方法，其特征在于，所述步骤二中把沉淀剂加入电气石金属盐溶液中进行沉淀处理，再将沉淀物加热分解，经过水洗，过滤制得纳米电气石颗粒，所述沉淀剂为NaOH溶液。
6.如权利要求1所述的一种生活垃圾焚烧厂专用过滤材料的制备方法，其特征在于，所述步骤三中纳米电气石颗粒加入有机表面活性剂溶液中，在常温状态下经磁性搅拌机搅拌处理后，制成磁流体，所述表面活性剂为有机溶液为聚乙二醇和油酸。
7.如权利要求1所述的一种生活垃圾焚烧厂专用过滤材料的制备方法，其特征在于，所述步骤四中将磁流体纳米电气石溶液分散在有机溶剂中，制备分散均匀且具有一定粘合作用的溶液，并加入TiO2颗粒，该有机溶剂为二氯甲烷和丙酮。
8.如权利要求1所述的一种生活垃圾焚烧厂专用过滤材料的制备方法，其特征在于，所述步骤五中在发泡剂和增稠剂发泡作用下，将步骤四中溶液制备成发泡溶液，并在刮涂机作用下进行涂层。
9.一种生活垃圾焚烧厂专用过滤材料，其特征在于，采用如权利要求1-8任一项所述制备方法制得。
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