CN107638739A - 一种具有催化脱硝功能的过滤材料的制备方法 - Google Patents

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王屹
郭晓蓓
赵谦
余佳彬
张振
尹奕玲
范凌云
黎鹏
徐涛
项朝卫
周诚
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Abstract

本发明公开了一种具有催化脱硝功能的过滤材料的制备方法，包括如下步骤：1)在玻璃纤维拉丝时将脱硝催化剂组份涂覆至玻璃纤维上，形成具有脱硝功能的玻璃纤维；2)将步骤1)所得的具有脱硝功能的玻璃纤维制备成玻璃纤维布或针刺毡后，经过化学处理及覆膜后，形成具有催化脱硝功能的过滤材料。本发明具有催化脱硝功能的过滤材料的制备方法，简单、易操作，制备过程无需经过长期的高温处理，从而避免了滤料的物性损失、延长了使用寿命，同时在拉丝时将脱硝催化剂组份涂覆至玻璃纤维上，并通过后续的化学处理保证了催化效果。

Description

一种具有催化脱硝功能的过滤材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种具有催化脱硝功能的过滤材料的制备方法，属于过滤材料制备领域。
背景技术
众所周知，烟尘及NOX是大气污染源之一，对人类的健康构成极大的威胁。各国对烟尘及NOX的排放都有严格的限制，且标准越来越严。因此，近些年来，人们在烟气脱硝及除尘方面做了大量的研究工作。但是目前对污染物的控制一般采用单独脱除的方法，造成工厂尾部烟气净化系统的复杂、占地面积大和治理成本的提高。
在烟气治理方面，袋式除尘器在烟气除尘的首选，而过滤材料是袋式除尘器的核心，现有除尘器用过滤材料只能除尘，而对烟气中的NOX无去除作用。所以研究一种兼具除尘和脱硝作用的过滤材料成为材料领域研究的重点。具有脱硝除尘功能性滤料，是在常规滤料除尘的基础上附加了脱硝功能，不仅可以可以进一步脱除烟气中残余氮氧化物，降低污染物排放，还可以充分利用前道脱硝装置产生的过量氨水，有效防止了脱硝过程中造成的二次污染，具有极大的社会效益。
现有常用的催化剂附着方式大多是将催化剂颗粒制成悬浮液浸渍在滤料上，然后经过高温处理，这样的处理方式使滤料的物性损失明显、影响寿命；也有在生产纤维时添加催化剂颗粒，制成含有催化剂颗粒的纤维，再制得过滤材料，然而由于大量颗粒置于纤维内部，使用时减少了与烟气的接触，影响催化效果。
如公开号为CN102145241的专利申请公开了一种聚苯硫醚滤料上负载脱硝催化剂的制备方法，将聚苯硫醚滤料进行酸化处理形成PPSN，再充分浸渍后，在300℃～500℃的温度下锻烧5～7小时形成负载聚苯硫醚滤料。这样长时间的高温处理无法在工业上实现，且这种处理方式会影响滤料的强度，从而降低了过滤材料的使用寿命。
又如公开号为CN101496974的专利申请中公开将聚四氟乙烯树脂粉末和催化剂粉体均匀混和，再加入液体经过一系列加工方法后制得薄膜再分裂成具有网状结构的聚四氟乙烯纤维催化层，再与其他迎尘层、缓冲层、聚四氟乙烯基布增强层叠合通过针刺加工，制备除尘和二恶英分解双效过滤材料。这样由于大量颗粒置于纤维内部，使用时减少与烟气的接触，影响催化效果。
再如公开号为CN103252135A的专利申请中公开了在制备传统除尘滤料的同时，将一脱硝催化剂植入膜中，在将植入脱硝催化剂的膜载体同迎尘层、缓冲层一同针刺，形成针刺毡滤料，所采用的催化剂为V2O5－WO3/TiO2，其催化温度在300℃以上，而传统除尘滤料使用温度在260℃以下，在工业上无法实施。
总之，针对市场需求及环境要求急需开发出一种既能除尘又能对烟气中的NOX有大量去除作用的过滤材料。
发明内容
为了解决现有技术中脱硝滤料使用寿命短、催化效果差等缺陷，本发明提供一种具有催化脱硝功能的过滤材料的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种具有催化脱硝功能的过滤材料的制备方法，包括如下步骤：
1)在玻璃纤维拉丝时将脱硝催化剂组份涂覆至玻璃纤维上，形成具有脱硝功能的玻璃纤维；
2)将步骤1)所得的具有脱硝功能的玻璃纤维制备成玻璃纤维布或针刺毡后，经过化学处理及覆膜后，形成具有催化脱硝功能的过滤材料。
本申请滤料无需经过长期的高温处理，从而避免了滤料的物性损失、延长了使用寿命，同时保证了催化效果。
作为本申请的一种优选方案，步骤2)为将步骤1)所得的具有脱硝功能的玻璃纤维通过斜纹或缎纹组织的织造方法制备成200－900g/m2玻璃纤维布，经过化学处理及覆膜后，形成具有催化脱硝功能过滤材料。
为了保证除尘脱硝效率，上述玻璃纤维布纬向纱采用经过膨化的玻璃纤维纱线。
作为本申请的另一种优选方案，步骤2)包括：
21)将步骤1)所得的具有脱硝功能的玻璃纤维通过平纹组织的织造方法制备成200－600g/m2的平纹玻璃纤维布；
22)将步骤1)所得的具有脱硝功能的玻璃纤维切成40-80毫米的短切纤维，然后与合成纤维按照(80～15):(20～85)的重量比混合，经梳理成网、平纹玻璃纤维布增强、针刺加固后，形成针刺毡；再将所得针刺毡经过化学处理及覆膜后形成具有催化脱硝功能过滤材料。
为了进一步保证滤料的过滤效率和强度，步骤22)中，合成纤维为聚酰亚胺纤维、芳纶纤维、芳砜纶纤维、聚苯硫醚纤维或聚四氟乙烯纤维中的至少一种。
为了同时兼顾滤料的过滤效率和强度，步骤22)中，平纹玻璃纤维布增强的方式为：在平纹玻璃纤维布的上下表面各铺设一层经梳理成网所得棉层。
优选，步骤1)所得的玻璃纤维的直径为3－13um。
为了进一步提高催化效果，步骤1)中，脱硝催化剂组份包括组分A、组分B和组分C，组分A、组分B和组分C的质量比为(5－30)：(1－10)：(60－70)；其中，组分A为Mn基氧化物、Fe基氧化物、Sn基氧化物或Cu基氧化物中的至少一种，组分B为La基氧化物或Ce基氧化物中的至少一种，组分C为TiO2载体或SiO2载体中的至少一种；脱硝催化剂组分在拉丝时以溶液的形式涂覆或浸渍在玻璃纤维上，制备出的具有脱硝功能的玻璃纤维。
为了进一步延长滤料的使用寿命，步骤2)中化学处理是将玻璃纤维布或针刺毡经化学处理剂浸渍，然后在180-320℃的温度温度下烘焙4-15min；化学处理剂包括聚四氟乙烯浓缩分散液10-60％、硅烷偶联剂0.5-6％、防水剂1-4％、柔软剂0.1-1％、和余量的水，所述百分比为质量百分比。
为了进一步保证滤料的过滤效率和强度，步骤2)中覆膜是采用膨化聚四氟乙烯(PTFE)膜，在温度为300℃－400℃、压力为0.05－0.6MPa、速度为1－15m/min的高温热压条件下，与经化学处理后的针刺毡或玻璃纤维布进行覆合。
本发明未提及的技术均参照现有技术。
本发明具有催化脱硝功能的过滤材料的制备方法，简单、易操作，制备过程无需经过长期的高温处理，从而避免了滤料的物性损失、延长了使用寿命，同时在拉丝时将脱硝催化剂组份涂覆至玻璃纤维上，并通过后续的化学处理保证了催化效果。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，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：
1、将玻璃纤维用原料熔化后经池窑拉丝后经重量浓度为10％的脱硝催化剂(脱硝催化剂的质量组成为MnO2 28％、LaO2 2％、TiO2 70％)水溶液浸渍冷却后形成直径13um的连续玻璃纤维。
2、将连续玻璃纤维经剑杆织机织成克重420g/m2的平纹布。
3、将连续玻璃纤维经短切机切成40mm长的短切玻璃纤维。
4、将短切玻璃纤维与聚酰亚胺纤维长度6cm，细度2.2dtex以80：20的重量比进行混合，将均匀混合后的纤维经粗开松、精开松然后喂入梳理机后形成单层200g/m2克重的棉层，将两层棉层进行交叉铺网后与420g/m2的玻璃纤维平纹布进行针刺加固形成820g/m2针刺毡，其中，玻璃纤维平纹布位于两层棉层之间。
5、将针刺毡经化学处理剂(中昊晨光聚四氟乙烯浓缩分散液SFN－1 60％，南京曙光硅烷化工有限公司硅烷偶联剂KH550 6％，日本旭硝子公司防水剂AG-710 1％，江苏海安石油化工厂柔软剂HD-32 1％，余量为水)浸渍后，通过200℃的温度，15min烘焙后形成处理后的针刺毡。
6、将处理后的针刺毡与厚度10um中材科技股份有限公司膨化PTFE膜在340℃、0.1MPa、4m/min的覆膜工艺下制备成脱硝功能的单面覆膜过滤材料。
7、对上述制备的覆膜过滤材料进行脱硝除尘性能测试，入口粉尘浓度5g/m3,风速1m/min`,在1000ppm NO、1000ppm NH3的气体成份下,脱硝率为40％，粉尘过滤精度为99.998％。
实施例2：
1、将玻璃纤维用原料熔化后经池窑拉丝后经重量浓度为20％的脱硝催化剂(脱硝催化剂的质量组成为CuO 30％、CeO2 5％、SiO2 65％)水溶液浸渍冷却后形成直径6um的连续玻璃纤维。
2、将连续玻璃纤维经剑杆织机织成克重320g/m2的平纹布。
3、将连续玻璃纤维经短切机切成60mm长的短切玻璃纤维。
4、将短切玻璃纤维与芳纶纤维长度5cm，细度2dtex以70：30的重量比进行混合，将均匀混合后的纤维经粗开松、精开松然后喂入梳理机后形成单层200g/m2克重的棉层，将两层棉层进行交叉铺网后与320g/m2的玻璃纤维平纹布进行针刺加固形成720g/m2针刺毡。
5、将针刺毡经化学处理剂(浙江巨化聚四氟乙烯浓缩分散液JF-4DC-D 30％，南京曙光硅烷化工有限公司硅烷偶联剂AG151 0.5％，浙江辉凯新材料科技有限公司防水剂HG6465M 3％，江苏海安石油化工厂柔软剂HD-80 0.1％，余量为水)浸渍后，通过220℃的温度，15min烘焙后形成处理后的针刺毡。
6、将处理后的针刺毡与厚度3um中材科技股份有限公司膨化PTFE膜在300℃、0.2MPa、1m/min的覆膜工艺下制备成脱硝功能的单层覆膜过滤材料。
7、对上述制备的覆膜过滤材料进行脱硝除尘性能测试，入口粉尘浓度5g/m3,风速1m/min`,在1000ppm NO、1000ppm NH3的气体成份下,脱硝率为45％，粉尘过滤精度为99.999％。
实施例3：
1、将玻璃纤维用原料熔化后经池窑拉丝后经重量浓度为15％的脱硝催化剂(脱硝催化剂的质量组成为SnO2 25％、CeO2 10％、TiO2 65％)水溶液浸渍冷却后形成直径3um的连续玻璃纤维。
2、将连续玻璃纤维经剑杆织机织成纬向全部采用玻璃纤维膨体纱的克重280g/m2斜纹布。
3、将纬二重斜纹布经化学处理剂(浙江巨化聚四氟乙烯浓缩分散液JF-4DC-D10％，南京曙光硅烷化工有限公司硅烷偶联剂AG151 3％，浙江辉凯新材料科技有限公司防水剂HG6465M 4％，江苏海安石油化工厂柔软剂HD-80 0.5％，余量为水)浸渍后，通过260℃的温度，10min烘焙后形成处理后的玻璃纤维布。
4、将处理后的玻璃纤维布与厚度15um中材科技股份有限公司膨化PTFE膜在360℃、0.3MPa、10m/min的覆膜工艺下制备成脱硝功能的单层覆膜过滤材料。
5、对上述制备的覆膜过滤材料进行脱硝除尘性能测试，入口粉尘浓度5g/m3,风速1m/min`,在1000ppm NO、1000ppm NH3的气体成份下,脱硝率为55％，粉尘过滤精度为99.994％。
实施例4：
1、将玻璃纤维用原料熔化后经池窑拉丝后经重量浓度为5％的脱硝催化剂(脱硝催化剂的质量组成为Fe2O3 25％、CeO2 8％、TiO2 67％)水溶液浸渍冷却后形成直径5.5um的连续玻璃纤维。
2、将连续玻璃纤维经剑杆织机织成纬向全部采用玻璃纤维膨体纱的克重750g/m2纬二重斜纹布。
3、将纬二重斜纹布经化学处理剂(中昊晨光聚四氟乙烯浓缩分散液SFN－1 20％，南京曙光硅烷化工有限公司硅烷偶联剂KH550 3％，日本旭硝子公司防水剂AG-710 2％，江苏海安石油化工厂柔软剂HD-32 0.8％，余量为水)浸渍后，通过280℃的温度，8min烘焙后形成处理后的玻璃纤维布。
4、将处理后的玻璃纤维布与厚度25um中材科技股份有限公司膨化PTFE膜在380℃、0.6MPa、15m/min的覆膜工艺下制备成脱硝功能的覆膜过滤材料。
5、对上述制备的覆膜过滤材料进行脱硝除尘性能测试，入口粉尘浓度5g/m3,风速1m/min,在1000ppm NO、1000ppm NH3的气体成份下,脱硝率为50％，粉尘过滤精度为99.99％。

Claims (10)

1.一种具有催化脱硝功能的过滤材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)在玻璃纤维拉丝时将脱硝催化剂组份涂覆至玻璃纤维上，形成具有脱硝功能的玻璃纤维；
2)将步骤1)所得的具有脱硝功能的玻璃纤维制备成玻璃纤维布或针刺毡后，经过化学处理及覆膜后，形成具有催化脱硝功能的过滤材料。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤2)为将步骤1)所得的具有脱硝功能的玻璃纤维通过斜纹或缎纹组织的织造方法制备成200－900g/m2的玻璃纤维布，经过化学处理及覆膜后，形成具有催化脱硝功能过滤材料。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：玻璃纤维布纬向纱采用经过膨化的玻璃纤维纱线。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤2)包括：
21)将步骤1)所得的具有脱硝功能的玻璃纤维通过平纹组织的织造方法制备成200－600g/m2的平纹玻璃纤维布；
22)将步骤1)所得的具有脱硝功能的玻璃纤维切成40-80毫米的短切纤维，然后与合成纤维按照(80～15):(20～85)的重量比混合，经梳理成网、平纹玻璃纤维布增强、针刺加固后，形成针刺毡；再将所得针刺毡经过化学处理及覆膜后形成具有催化脱硝功能过滤材料。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于：步骤22)中，合成纤维为聚酰亚胺纤维、芳纶纤维、芳砜纶纤维、聚苯硫醚纤维或聚四氟乙烯纤维中的至少一种。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于：步骤22)中，平纹玻璃纤维布增强的方式为：在平纹玻璃纤维布的上下表面各铺设一层经梳理成网所得的棉层。
7.如权利要求1-6任意一项所述的方法，其特征在于：步骤1)所得的玻璃纤维的直径为3－13um。
8.如权利要求1-6任意一项所述的方法，其特征在于：步骤1)中，脱硝催化剂组份包括组分A、组分B和组分C，组分A、组分B和组分C的质量比为(5－30)：(1－10)：(60－70)；其中，组分A为Mn基氧化物、Fe基氧化物、Sn基氧化物或Cu基氧化物中的至少一种，组分B为La基氧化物或Ce基氧化物中的至少一种，组分C为TiO2载体或SiO2载体中的至少一种；脱硝催化剂组分在拉丝时以溶液的形式涂覆或浸渍在玻璃纤维上，制备出的具有脱硝功能的玻璃纤维。
9.如权利要求1-6任意一项所述的方法，其特征在于：步骤2)中化学处理是将玻璃纤维布或针刺毡经化学处理剂浸渍，然后在180-320℃的温度温度下烘焙4-15min；化学处理剂包括聚四氟乙烯浓缩分散液10-60％、硅烷偶联剂0.5-6％、防水剂1-4％、柔软剂0.1-1％、和余量的水，所述百分比为质量百分比。
10.如权利要求1-6任意一项所述的方法，其特征在于：步骤2)中覆膜是采用膨化聚四氟乙烯膜，在温度为300℃－400℃、压力为0.05－0.6MPa、速度为1－15m/min的高温热压条件下，与经化学处理后的针刺毡或玻璃纤维布进行覆合。
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