CN106334372A - 噻吩类导电聚合物原位包覆的锰铁复合滤料及其制备 - Google Patents

噻吩类导电聚合物原位包覆的锰铁复合滤料及其制备 Download PDF

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Abstract

本发明属于脱硝PPS滤料技术领域，具体涉及一种噻吩类导电聚合物原位包覆的锰铁复合滤料及其制备。具体制备方法包括以下步骤：1）以FeCl3、KMnO4为原料，经氧化还原得到锰铁复合物；锰铁复合物经浸渍负载于PPS滤料上，得到Mn‑FeOx/PPS复合滤料；2）将Mn‑FeOx/PPS复合滤料置于含有噻吩类有机物的乙腈溶液中，搅拌30 min；然后加入KMnO4乙腈溶液，连续搅拌反应1‑2h后，处理得到聚噻吩类导电聚合物原位包覆的锰铁复合滤料。通过用噻吩类导电聚合物原位包覆技术实现了Mn‑FeOx催化剂与PPS滤料间良好的粘结性，机械强度和脱硝除尘性能得到改善。

Description

噻吩类导电聚合物原位包覆的锰铁复合滤料及其制备
技术领域
本发明属于脱硝PPS滤料技术领域，具体涉及一种噻吩类导电聚合物原位包覆的锰铁复合滤料及其制备。
背景技术
来自固定源的NOx作为一种重要的大气污染物，不仅会造成生态破坏，还严重影响人体健康。鉴于此，许多国家都制定了严格的NOx排放法，相应的NOx脱除技术也得到了广泛的研究和应用。其中，用NH3选择性催化还原NO（NH3-SCR）作为一种最成熟的脱硝技术得到了商业应用。但是，其所用的V-基催化剂存在运行温度窗口高（300-400℃）、有毒和安装费用高等缺点。因此，开发低温（< 200℃）活性优异的NH3-SCR显得尤为重要。
固定源污染物除了NOx外，还存在一些颗粒物（PM2.5，PM10）。基于此，固定源袋式除尘技术得到广泛应用和研究，其核心是滤料。需要指出的是，聚苯硫醚（PPS）由于其自身的阻燃、热稳定好、耐酸碱和老化能力强等优点得到了广泛的应用。
申请公布号为CN 105435534 A的中国专利申请文件公开了一种负载低温脱硝催化剂的改性功能滤料及其制备方法。所述脱硝催化剂为可溶性过渡盐自身发生氧化还原反应或煅烧生成的过渡金属氧化物，其中可溶性过渡盐为Mn盐、Ce盐、La盐、Nd盐、Pr盐、Fe盐、Cu 盐、Co盐或Ni盐中的一种或几种。该技术方案通过在表面改性针刺毡滤料上负载低温SCR 脱硝催化剂，使之兼具除尘和脱硝的功能。但是直接通过浸渍负载的复合滤料，催化剂和滤料结合不牢固，催化剂易脱落，影响脱硝性能。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种噻吩类导电聚合物原位包覆的锰铁复合滤料及其制备。通过用噻吩类导电聚合物原位包覆技术实现了Mn-FeOx催化剂与PPS滤料间良好的粘结性，机械强度和脱硝除尘性能得到改善。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明利用KMnO4与FeCl3的室温氧化还原反应制备Mn-FeOx低温脱硝催化剂，然后利用多次超声浸渍法将其负载于PPS滤料；
最后，以KMnO4为氧化剂，使噻吩类导电聚合物原位聚合在PPS表面，从而提高Mn-FeOx催化剂与PPS滤料的粘结强度，得到聚噻吩类导电聚合物原位包覆的锰铁复合滤料。
一种噻吩类导电聚合物原位包覆的锰铁复合滤料的制备方法，包括以下步骤：
1）以FeCl3、KMnO4为原料，经氧化还原得到锰铁复合物；锰铁复合物经浸渍负载于PPS滤料上，得到Mn-FeOx/PPS复合滤料；
2）将Mn-FeOx/PPS复合滤料置于含有噻吩类有机物的乙腈溶液中，搅拌30 min；然后加入KMnO4乙腈溶液，连续搅拌反应1-2h后，处理得到聚噻吩类导电聚合物原位包覆的锰铁复合滤料。
步骤2）所述的噻吩类有机物包括噻吩、3-噻吩乙酸和3.4-乙烯二氧噻吩中的一种。
步骤2）中所述的含有噻吩类有机物的乙腈溶液中，噻吩类有机物的浓度为25-35g/L；所述的KMnO4乙腈溶液的浓度为0.007mol/L；含有噻吩类有机物的乙腈溶液和KMnO4乙腈溶液的体积比为1:1。
步骤1）具体为：
a.将KMnO4水溶液滴加至FeCl3水溶液中，连续搅拌反应24h，再超声分散1h得到均匀分散液；其中，KMnO4和FeCl3的摩尔比为1:1；
b. 将PPS滤料置于步骤a得到的均匀分散液中，超声浸渍10min；然后，取出PPS滤料，105℃烘干；再将烘干后的滤料置于步骤a得到的均匀分散液中，超声浸渍；超声浸渍的次数为3-5次；最后，120℃烘干得到Mn-FeOx/PPS复合滤料。
一种如上所述的制备方法制得的噻吩类导电聚合物原位包覆的锰铁复合滤料：噻吩类导电聚合物的包覆厚度为200-500 nm。
本发明的有益效果在于：
本发明通过用噻吩类导电聚合物原位包覆技术实现了Mn-FeOx催化剂与PPS滤料间良好的粘结性，机械强度和脱硝除尘性能得到显著改善；并且包覆噻吩类导电聚合物后，可使聚苯硫醚纤维滤料孔隙变小，使得滤料对粉尘的透过率减小，提高其过滤性能。
具体实施方式
以下是本发明的几个具体实施例，用以进一步说明本发明，但是本发明不仅限于此。
下列实施例中的PPS针刺、水刺毡滤料来源于厦门三维丝有限责任公司。
实施例1
一种噻吩类导电聚合物原位包覆的锰铁复合滤料的制备方法，具体步骤为：
a. 将0.002 mol FeCl3溶于100 mL去离子水中，超声20 min，使其形成均匀溶液；
b. 将0.002 mol KMnO4溶于100 mL去离子水中，超声20 min，使其形成均匀KMnO4溶液；然后将其滴加到步骤a溶液中，连续搅拌反应24 h；最后，对上述悬浊液进行超声分散1h，使其形成均匀的分散液备用；
c. 将PPS滤料置于步骤b形成的均匀分散液中超声浸渍10min，然后取出滤料，105℃烘干；随后，按照该浸渍方法，将该PPS滤料在溶液中进行超声浸渍3次；最后，120 ℃烘干12 h得到40 g/m2的Mn-FeOx/PPS复合滤料；
d. 将步骤c得到的Mn-FeOx/PPS复合滤料置于50 mL的乙腈溶液（含浓度为30g/L 噻吩），然后加入0.007 mol/L KMnO4溶液50 mL，连续搅拌反应1 h，处理得到PTh@Mn-FeOx/PPS-40复合滤料。
脱硝效率测试条件：[NO]=[NH3]= 440 ppm, [O2]= 5%, N2 为平衡气, 空速为WHSV = 1.35×106 ml ▪gcat -1 ▪h-1，80-180℃的脱硝效率达到35~60%。
实施例2
一种噻吩类导电聚合物原位包覆的锰铁复合滤料的制备方法，具体步骤为：
a. 将0.002 mol FeCl3溶于100 mL去离子水中，超声20 min，使其形成均匀溶液；
b. 将0.002 mol KMnO4溶于100 mL去离子水中，超声20 min，使其形成均匀KMnO4溶液；然后将其滴加到步骤a溶液中，连续搅拌反应24 h；最后，对上述悬浊液进行超声分散1h，使其形成均匀的分散液备用；
c. 将PPS滤料置于步骤b形成的均匀分散液中超声浸渍10 min，然后取出滤料，105℃烘干；随后，按照该浸渍方法，将该PPS滤料在溶液中进行超声浸渍4次；最后，120 ℃烘干12h得到60 g/m2的PTh@Mn-FeOx/PPS复合滤料；
d. 将步骤c得到的Mn-FeOx/PPS复合滤料置于50 mL的乙腈溶液（含浓度为30g/L 3-噻吩乙酸），然后加入0.007 mol/L KMnO4溶液50 mL，连续搅拌反应1 h，处理得到PTh@Mn-FeOx/PPS-60复合滤料。
脱硝效率测试条件：[NO]=[NH3]= 440 ppm, [O2]= 5%，N2 为平衡气，空速为 WHSV= 8.97×105 ml▪gcat -1▪h-1, 80-180℃的脱硝效率达到40~70%。
实施例3
一种噻吩类导电聚合物原位包覆的锰铁复合滤料的制备方法，具体步骤为：
a. 将0.002 mol FeCl3溶于100 mL去离子水中，超声20 min，使其形成均匀溶液；
b. 0.002 mol KMnO4溶于100 mL去离子水中，超声20 min，使其形成均匀KMnO4溶液；然后将其滴加到步骤a溶液中，连续搅拌反应24 h；最后，对上述悬浊液进行超声分散1 h，使其形成均匀的分散液备用；
c. 将PPS滤料置于步骤b形成的均匀分散液中超声浸渍10 min，然后取出滤料，105℃烘干；随后，按照该浸渍方法，将该PPS滤料在溶液中进行超声浸渍4次；最后，120℃烘干12h得到80 g/m2的PTh@Mn-FeOx/PPS脱硝滤料。
d. 将步骤c得到的Mn-FeOx/PPS脱硝滤料置于50 mL的乙腈溶液（含浓度为30g/L3.4-乙烯二氧噻吩），然后加入0.007 mol/L KMnO4溶液50 mL，连续搅拌反应1 h，处理得到PTh@Mn-FeOx/PPS-80复合滤料。
脱硝效率测试条件：[NO]=[NH3]= 440 ppm，[O2]= 5%, N2 为平衡气，空速为 WHSV= 6.73×105 ml▪gcat -1▪h-1，80-180℃的脱硝效率达到40~85%。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (5)

1.一种噻吩类导电聚合物原位包覆的锰铁复合滤料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）以FeCl3、KMnO4为原料，经氧化还原得到锰铁复合物；锰铁复合物经浸渍负载于PPS滤料上，得到Mn-FeOx/PPS复合滤料；
2）将Mn-FeOx/PPS复合滤料置于含有噻吩类有机物的乙腈溶液中，搅拌30 min；然后加入KMnO4乙腈溶液，连续搅拌反应1-2h后，处理得到聚噻吩类导电聚合物原位包覆的锰铁复合滤料。
2.根据权利要求1所述的噻吩类导电聚合物原位包覆的锰铁复合滤料的制备方法，其特征在于：步骤2）所述的噻吩类有机物包括噻吩、3-噻吩乙酸和3.4-乙烯二氧噻吩中的一种。
3.根据权利要求1所述的噻吩类导电聚合物原位包覆的锰铁复合滤料的制备方法，其特征在于：步骤2）中所述的含有噻吩类有机物的乙腈溶液中，噻吩类有机物的浓度为25-35g/L；所述的KMnO4乙腈溶液的浓度为0.007mol/L；含有噻吩类有机物的乙腈溶液和KMnO4乙腈溶液的体积比为1:1。
4.根据权利要求1所述的噻吩类导电聚合物原位包覆的锰铁复合滤料的制备方法，其特征在于：步骤1）具体为：
a.将KMnO4水溶液滴加至FeCl3水溶液中，连续搅拌反应24h，再超声分散1h得到均匀分散液；其中，KMnO4和FeCl3的摩尔比为1:1；
b. 将PPS滤料置于步骤a得到的均匀分散液中，超声浸渍10min；然后，取出PPS滤料，105℃烘干；再将烘干后的滤料置于步骤a得到的均匀分散液中，超声浸渍；超声浸渍的次数为3-5次；最后，120℃烘干得到Mn-FeOx/PPS复合滤料。
5.一种如权利要求1-4任一项所述的制备方法制得的噻吩类导电聚合物原位包覆的锰铁复合滤料，其特征在于：噻吩类导电聚合物的包覆厚度为200-500nm。
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