CN107349682A - 一种水泥行业用气凝胶脱硝滤料及其制备方法 - Google Patents

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余佳彬
郭晓蓓
张振
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王屹
周诚
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Abstract

本发明公开一种水泥行业用气凝胶脱硝滤料及其制备方法。水泥行业用气凝胶脱硝滤料，包括机织布基材和附着在机织布基材上的SiO2气凝胶。本发明水泥行业用气凝胶脱硝滤料，具备比表面积高，孔径小，除尘效率高，吸附NOx能力强的特性，可实现对水泥行业NOx的减排，满足环保要求，成本低，投资小，对环保具有重大意义。

Description

一种水泥行业用气凝胶脱硝滤料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种水泥行业用气凝胶脱硝滤料及其制备方法，气凝胶脱硝领域。
背景技术
水泥窑烧成过程中，产生大量的NOx，水泥工业氮氧化物的排放量约占全国工业氮氧化物排放总量的10％。《水泥工业大气污染物排放标准》(GB4915-2013)规定，现有企业和新建企业的水泥窑系统氮氧化物的排放限值为400mg/m3，重点地区水泥窑系统氮氧化物的排放限值为320mg/m3。江苏省环保厅通知水泥行业2019年6月1日前氮氧化物排放不高于100mg/m3。
在我国水泥行业，SNCR脱硝技术是一种主流烟气脱硝技术，较高的氨逃逸率是限制SNCR脱硝技术发展的因素之一，逃逸的NH3不仅会使烟气中的粉尘容易沉积在余热锅炉尾部的受热面上，而且烟气中NH3遇到SO3会产生(NH4)2SO4，易造成余热锅炉堵塞，并有遭受腐蚀的危险。近几年来，选择性催化还原烟气脱硝技术(SCR)发展较快，SCR脱硝技术具有较高的反应效率，减排效果高达80％以上，但SCR脱硝技术需要使用和消耗价格昂贵的金属催化剂。与电力行业相比，由于水泥生产企业废气的粉尘浓度很高，碱金属含量很高，易使催化剂中毒和堵塞，一次性投资成本和运行成本均较高。传统的脱硝技术已经不能满足环保要求。
发明内容
本发明的目的是为解决水泥行业NOx的减排问题，满足环保指标要求，提供一种水泥行业用气凝胶脱硝滤料及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种水泥行业用气凝胶脱硝滤料，包括机织布基材和附着在机织布基材上的SiO2气凝胶，其中，机织布基材上SiO2气凝胶附着率为2-30wt％。
本申请的气凝胶脱硝滤料，过滤烟尘的同时吸附NOx，净化效率高，脱除精度深，成本低。
为了提高脱销效率，优选，机织布基材由纬向膨化的经纬纱织造而成，经纱支数是纬纱支数的2-8倍。进一步优选，纬纱膨化时，空气压力为2～8kg，超喂率为30～95％，湿度为20～80％。
为了兼顾滤料的使用寿命和脱硝除灰效率，机织布基材所用纤维为玻璃纤维、玄武岩纤维、聚酰亚胺纤维、PTFE纤维或芳纶纤维中的至少一种；机织布基材织造成型后，依次进行表面化学处理和烘干处理，表面化学处理所用化学处理液由如下组分组成：聚四氟乙烯乳液12-30wt％、耐高温硅油1-10wt％和余量的去离子水。
上述表面化学处理为将化学处理液浸渍在机织布基材表面，然后烘干即可。
为了进一步保证滤料的使用性能，将表面化学处理后的机织布基材在烘培时间2-10min，温度为120℃-280℃的条件下烘干。
为了能让脱硝除灰效率最大化，水泥行业用气凝胶脱硝滤料的透气率为1-20cm/s，孔径为2nm-50μm。
为了保证吸附效果，SiO2气凝胶为将SiO2湿凝胶用正己烷和异丙醇置换修饰所得，其中，正己烷与SiO2湿凝胶中水的体积比为1：0.1-0.5，异丙醇与湿凝胶的体积比为1：0.1-2。
上述水泥行业用气凝胶脱硝滤料的制备方法，包括如下步骤：
A、将机织布基材浸渍于SiO2湿凝胶中，湿凝胶的温度为20℃-80℃；
B、将步骤A所得的物料中加入正己烷混匀；
C、将步骤B中的机织布基材取出，放入异丙醇中浸渍，然后在20℃-120℃下烘干，制得水泥行业用气凝胶脱硝滤料。
为了保证脱硝除灰效率，SiO2湿凝胶由质量比为1：(2～10)：(2～10)的硅溶胶、异丙醇和水制备而成。步骤A中，SiO2湿凝胶由质量比为1：(2～10)：(2～10)的硅溶胶、异丙醇和水制备而成；步骤B中，正己烷与SiO2湿凝胶中水的体积比为1：(0.1-0.5)；步骤C中，异丙醇与湿凝胶的体积比为1：(0.2-2)。
SiO2湿凝胶以市售硅溶胶为硅源，将硅溶胶、异丙醇和水常温搅拌即得SiO2湿凝胶。
本发明未特别说明的技术均参照现有技术。
本发明水泥行业用气凝胶脱硝滤料，具备比表面积高，孔径小，除尘效率高，吸附NOx能力强的特性，可实现对水泥行业NOx的减排，满足环保要求，成本低，投资小，对环保具有重大意义。
具体实施方式
下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
机织布基材采用经纬纱织造而成。纬纱支数是经纱的2倍。纬向膨化时，空气压力为6kg，超喂率为80％，湿度为40％。机织布采用玻璃纤维机织布(750型，四川玻璃有限公司)，机织布制成后，进行化学处理，化学处理液由如下组分组成：聚四氟乙烯乳液(纺织用浓缩分散液，固含量60％，中昊晨光化工研究院有限公司)12％、耐高温硅油285(济南鑫旗业化工有限公司)2％，余量为去离子水，将化学处理液浸渍在机织布基材表面，然后烘干即可，烘干为温度150℃下烘干1min、260℃下烘干2min、150℃下烘干1min。处理液用量为机织布(处理液喷涂前)质量的8％。
以硅溶胶为硅源(cs-20，浙江宇达化工有限公司)，将硅溶胶与异丙醇、水按照2：4：4的质量比例混合，常温搅拌，制备出SiO2湿凝胶。将机织布加入湿凝胶中，水浴温度80℃，然后加入正己烷混匀，正己烷与SiO2湿凝胶中水的体积比为1：0.2，再将机织布取出放入异丙醇中浸渍，异丙醇与湿凝胶的体积比为1：1，然后60℃烘干，即得。
实施例2
机织布基材采用玻璃纤维机织布(750型，四川玻璃有限公司)，纬向膨化，纬纱支数是经纱的1.3倍。膨化纱制备时，空气压力为6kg，超喂率为70％，湿度为40％。机织布制成后，进行化学处理，化学处理液由如下组分组成：聚四氟乙烯乳液(纺织用浓缩分散液，固含量60％，中昊晨光化工研究院有限公司)30％、耐高温硅油285(济南鑫旗业化工有限公司)1％，余量为去离子水，将化学处理液浸渍在机织布基材表面，然后烘干即可，烘干为温度150℃下烘干2min、200℃下烘干3min、150℃下烘干3min。处理液用量为机织布(处理液喷涂前)质量的5％。
以市售硅溶胶为硅源(cs-20，浙江宇达化工有限公司)，将硅溶胶与异丙醇、水按照1：5：4的质量比例混合，常温搅拌，制备出SiO2湿凝胶。将机织布加入湿凝胶中，水浴温度60℃，然后加入正己烷混匀，正己烷与SiO2湿凝胶中水的体积比为1：0.3，再将机织布放入异丙醇中浸渍，异丙醇与湿凝胶的体积比为1：1.5，然后120℃烘干，即得。
实施例3
机织布基材采用PTFE纤维和玻璃纤维机织布(750型，四川玻璃有限公司)，PTFE纤维与玻璃纤维的支数比为1：2，纬向膨化，纬纱支数是经纱的1.5倍。膨化纱制备时，空气压力为4kg，超喂率为50％，湿度为60％。机织布制成后，进行化学处理，化学处理液由如下组分组成：聚四氟乙烯乳液(纺织用浓缩分散液，固含量60％，中昊晨光化工研究院有限公司)16％、耐高温硅油285(济南鑫旗业化工有限公司)3％，余量为去离子水，将化学处理液浸渍在机织布基材表面，然后烘干即可，烘干为温度150℃下烘干2min、220℃下烘干2min、150℃下烘干2min。处理液用量为机织布(处理液喷涂前)质量的3％。
以市售硅溶胶为硅源(cs-20，浙江宇达化工有限公司)，将硅溶胶与异丙醇、水按照1：4：5的质量比例混合，常温搅拌，制备出SiO2湿凝胶。将机织布加入湿凝胶中，水浴温度60℃，然后加入正己烷混匀，正己烷与SiO2湿凝胶中水的体积比为1：0.4，再将机织布放入异丙醇中浸渍，异丙醇与湿凝胶的体积比为1：2，80℃烘干，即得。
上述各实施例中未具体说明的工艺均可参照现有工艺。
产品性能结果见表1：
表1
上述常温干燥气凝胶制备复合滤料的方法，使用SiO2气凝胶复合机织布滤料，在过滤烟尘的同时吸附NOx，具有技术优势。成本低，投资小，可应用于水泥行业，极大降低NOx的排放，对环保具有重大意义。

Claims (9)

1.一种水泥行业用气凝胶脱硝滤料，其特征在于：包括机织布基材和附着在机织布基材上的SiO2气凝胶，其中，机织布基材上SiO2气凝胶附着率为2-30wt％。
2.如权利要求1所述的水泥行业用气凝胶脱硝滤料，其特征在于：机织布基材由纬向膨化的经纬纱织造而成，经纱支数是纬纱支数的2-8倍。
3.如权利要求2所述的水泥行业用气凝胶脱硝滤料，其特征在于：经纬纱膨化时，空气压力为2～8kg，超喂率为30～95％，湿度为20～80％。
4.如权利要求1-3任意一项所述的水泥行业用气凝胶脱硝滤料，其特征在于：机织布基材所用纤维为玻璃纤维、玄武岩纤维、聚酰亚胺纤维、PTFE纤维或芳纶纤维中的至少一种；机织布基材织造成型后，依次进行表面化学处理和烘干处理，表面化学处理所用化学处理液由如下组分组成：聚四氟乙烯乳液12-30wt％、耐高温硅油1-10wt％和余量的去离子水。
5.如权利要求4所述的水泥行业用气凝胶脱硝滤料，其特征在于：将表面化学处理后的机织布基材在烘培时间2-10min，温度为120℃-280℃的条件下烘干。
6.如权利要求1-3任意一项所述的水泥行业用气凝胶脱硝滤料，其特征在于：水泥行业用气凝胶脱硝滤料的透气率为1-20cm/s，孔径为2nm-50μm。
7.如权利要求1-3任意一项所述的水泥行业用气凝胶脱硝滤料，其特征在于：SiO2气凝胶为将SiO2湿凝胶用正己烷和异丙醇置换修饰所得，其中，正己烷与SiO2湿凝胶中水的体积比为1：0.1-0.5，异丙醇与湿凝胶的体积比为1：0.1-2。
8.权利要求1-7任意一项所述的水泥行业用气凝胶脱硝滤料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
A、将机织布基材浸渍于SiO2湿凝胶中，湿凝胶的温度为20℃-80℃；
B、将步骤A所得的物料中加入正己烷混匀；
C、将步骤B中的机织布基材取出，放入异丙醇中浸渍，然后在20℃-120℃下烘干，制得水泥行业用气凝胶脱硝滤料。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于：步骤A中，SiO2湿凝胶由质量比为1：(2～10)：(2～10)的硅溶胶、异丙醇和水制备而成；步骤B中，正己烷与SiO2湿凝胶中水的体积比为1：(0.1-0.5)；步骤C中，异丙醇与湿凝胶的体积比为1：(0.2-2)。
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