CN108514772A - 一种用于干熄焦除尘的过滤材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于干熄焦除尘的过滤材料及其制备方法，用于干熄焦除尘的过滤材料包括增强基布层、陶瓷纤维层；增强基布层为不锈钢纤维与玄武岩纤维混纺制得；制备陶瓷纤维层的原料包括：氧化硅20份～40份、氧化铝20份～40份、高岭土2份～10份、硅酸钠5份～15份、水20份～35份；用于干熄焦除尘的过滤材料负载有ZrO2。本发明制备的用于干熄焦除尘的过滤材料的耐高温性能突出，抗撕拉性能好，过滤阻力较小，能够承受较高的过滤风速，并且制备方法简单，制备工艺易操作，适合大规模生产。

Description

一种用于干熄焦除尘的过滤材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及过滤材料技术领域，具体涉及一种用于干熄焦除尘的过滤材料及其制备方法。
背景技术
焦化厂的生产中，湿熄焦产生的水蒸气含有大量的硫、颗粒、重金属等不仅严重污染大气，还浪费大量热能，现在的焦炭生产已逐步将湿熄焦改为干熄焦，以氮气为循环气体，通过换热将焦炭的热量传递给氮气，但从干熄炉出来的循环氮气中夹杂着大量的粉尘、颗粒、杂质气体，会堵塞管道，影响后续对高温氮气的利用，因此需要对其进行除尘处理。目前广泛使用的除尘装置为袋式除尘器，袋式除尘器是通过过滤材料以及附着在过滤材料上的粉尘层的机械过滤作用而达到除尘的目的。常见的袋式除尘器的过滤材料通常具有较好的过滤效果，基本能够满足极端的工作环境，但其强度较差、抗高温性能不佳，而多空陶瓷材料虽能耐高温、耐酸碱，但其在较大的外载荷冲击和热应力作用下易发生材料断裂。
中国专利CN106139739A公开了一种过滤材料及其在袋式除尘器中的应用，通过将玄武岩纤维和玻璃纤维按照重量份比2～4:1混合，织造成滤布，再经化学溶液浸渍后烘干得到，化学溶液通过如下成分混合而成：水、水性无机树脂、聚乙二醇、三乙醇胺、纳米石墨、纳米二氧化硅。该专利制备的过滤材料对粉尘吸附力弱，除尘袋的阻力较小，使用寿命长，但是该专利制备的过滤材料只适合在低温气体中使用，不适合高温环境下应用。
中国专利CN104971547A公开了一种三维正交织物袋式除尘设备用高温气体过滤材料的制备方法，包括：采用两层或两层以上长丝纱作为三维织物的经纱，三层或三层以上空气变形纱作为三维织物的纬纱，两层Z纱作为三维织物的Z向捆绑纱，纺织得到三维正交织物袋式除尘设备用高温气体过滤材料。该专利以碳纤维长丝纱、玻璃纤维长丝纱或玄武岩纤维长丝纱作为三维织物的经纱，以芳纶纤维空气变形纱或者聚苯并噁唑纤维空气变形纱为纬纱，制备的袋式除尘设备用高温气体过滤材料的强度较大，过滤性能突出，但是该专利过滤材料的制备方法复杂，空气阻力较大，耐高温性不佳。
因此，急需研究开发一种具有抗高温、耐酸碱、高效低阻、并且具有一定弹性的高强度力学性能的过滤材料及其制备方法。
发明内容
本发明针对上述问题，提供一种用于干熄焦除尘的过滤材料及其制备方法。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：用于干熄焦除尘的过滤材料包括增强基布层、陶瓷纤维层；增强基布层为不锈钢纤维与玄武岩纤维混纺制得；制备陶瓷纤维层的原料包括：氧化硅20份～40份、氧化铝20份～40份、高岭土2份～10份、硅酸钠5份～15份、水20份～35份；用于干熄焦除尘的过滤材料负载有ZrO2。其中，氧化硅的粒径为10微米～20微米；氧化铝的粒径为1 微米～20微米；高岭土的粒径为1微米～15微米；硅酸钠的粒径为5微米～15 微米，硅酸钠作为陶瓷纤维层的粘结剂，可以增加陶瓷纤维层的强度，减少加热过程中出现裂纹现象，高温处理过程中保持含有少量的水可以调节陶瓷纤维层的孔大小，提高气孔率，增加过滤材料的力学性能。
进一步的，增强基布层中不锈钢纤维与玄武岩纤维的重量比为1:2～4。
进一步的，ZrO2的负载量为5％～10％。
进一步的，制备陶瓷纤维层的原料按其重量份包括：氧化硅30份、氧化铝30份、高岭土6份、硅酸钠10份、水28份。
本发明的另一发明目的在于提供一种用于干熄焦除尘的过滤材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤S10，按上述重量比称取不锈钢纤维与玄武岩纤维，经开松、梳理后制成增强基布层；
步骤S20，按上述重量份称取制备陶瓷纤维层的原料，混合后涂覆在步骤 S10制得的增强基布层上，经干燥、高温热处理后得到过滤材料半成品；
步骤S30，将步骤S20制得的过滤材料半成品放到0.1mol/L～0.5mol/L的硝酸锆溶液中浸泡30分钟～60分钟，放置12小时～24小时后进行热处理，经反复浸渍、热处理得到上述负载量的ZrO2，得到用于干熄焦除尘的过滤材料。
进一步的，步骤S10中，增强基布层的克重为350g/m2～450g/m2。
进一步的，步骤S20中，干燥的具体过程为：先在室温下自然干燥1天～2 天，再以3℃/min～5℃/min的升温速率升温至120℃～140℃，恒温15分钟～20 分钟，再以6℃/min～10℃/min的升温速率升温至180℃～220℃，恒温30分钟～40分钟，自然冷却至室温。其中，干燥的过程是除去混合物中的自由水和杂质，避免高温热处理过程中的热量损失，节约能耗，还可使混合物中的颗粒致密化，提高过滤材料的质量。
进一步的，步骤S20中，高温热处理具体为：先以2℃/min～4℃/min的升温速率从室温升温至600℃～700℃，再以5℃/min～10℃/min的升温速率升温至 1250℃～1350℃，恒温20分钟～45分钟。
进一步的，步骤S20中，陶瓷纤维层的涂覆厚度为0.5mm～1.5mm。
进一步的，步骤S30中，热处理为：以5℃/min～10℃/min的升温速率升温至500℃～600℃，恒温保持2小时～3小时。
本发明的优点是：
1.本发明以不锈钢纤维与玄武岩纤维混纺制得增强基布层，具有硬度大、不易弯曲的特点，通过涂覆和高温煅烧将增强基布层和陶瓷纤维层固定在一起，两层之间结合牢固，能够承受较高的过滤风速和温度，提高过滤的效率；
2.本发明在增强基布层和陶瓷纤维层上通过浸渍、煅烧负载ZrO2，将氧化锆的相变增韧特性和陶瓷纤维增韧特性结合在一起，制得具有较高弹性和强度的过滤材料，提高了过滤材料的热冲击力和内热应力；
3.本发明制备的用于干熄焦除尘的过滤材料的耐高温性能突出，抗撕拉性能好，过滤阻力较小，能够承受较高的过滤风速，并且制备方法简单，制备工艺易操作，适合大规模生产。
具体实施方式
以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例1
一种用于干熄焦除尘的过滤材料及其制备方法
制备陶瓷纤维层的原料包括：氧化硅30份、氧化铝30份、高岭土6份、硅酸钠10份、水28份。
用于干熄焦除尘的过滤材料的制备方法，通过如下方法制备：
步骤S10，按不锈钢纤维与玄武岩纤维的重量比为1:3称取不锈钢纤维与玄武岩纤维，经开松、梳理后制成克重为400g/m2的增强基布层；
步骤S20，按上述重量份称取制备陶瓷纤维层的原料，混合后涂覆在步骤 S10制得的增强基布层上，涂覆厚度为1.0mm，经干燥、高温热处理后得到过滤材料半成品，干燥的具体过程为：先在室温下自然干燥2天，再以4℃/min 的升温速率升温至130℃，恒温18分钟，再以8℃/min的升温速率升温至200℃，恒温35分钟，自然冷却至室温，高温热处理具体为：先以3℃/min的升温速率从室温升温至650℃，再以8℃/min的升温速率升温至1300℃，恒温30分钟；
步骤S30，将步骤S20制得的过滤材料半成品放到0.3mol/L的硝酸锆溶液中浸泡45分钟，放置18小时后，以8℃/min的升温速率升温至550℃，恒温保持2.5小时，通过反复浸渍、热处理控制ZrO2的负载量为8％，得到用于干熄焦除尘的过滤材料。
实施例2
一种用于干熄焦除尘的过滤材料及其制备方法
制备陶瓷纤维层的原料包括：氧化硅20份、氧化铝40份、高岭土8份、硅酸钠5份、水25份。
用于干熄焦除尘的过滤材料的制备方法，通过如下方法制备：
步骤S10，按不锈钢纤维与玄武岩纤维的重量比为1:2称取不锈钢纤维与玄武岩纤维，经开松、梳理后制成克重为450g/m2的增强基布层；
步骤S20，按上述重量份称取制备陶瓷纤维层的原料，混合后涂覆在步骤 S10制得的增强基布层上，涂覆厚度为0.5mm，经干燥、高温热处理后得到过滤材料半成品，干燥的具体过程为：先在室温下自然干燥1天，再以3℃/min 的升温速率升温至120℃，恒温20分钟，再以6℃/min的升温速率升温至180℃，恒温40分钟，自然冷却至室温，高温热处理具体为：先以2℃/min的升温速率从室温升温至600℃，再以10℃/min的升温速率升温至1350℃，恒温20分钟；
步骤S30，将步骤S20制得的过滤材料半成品放到0.5mol/L的硝酸锆溶液中浸泡30分钟，放置24小时后，以10℃/min的升温速率升温至500℃，恒温保持2小时，通过反复浸渍、热处理控制ZrO2的负载量为10％，得到用于干熄焦除尘的过滤材料。
实施例3
一种用于干熄焦除尘的过滤材料及其制备方法
制备陶瓷纤维层的原料包括：氧化硅25份、氧化铝35份、高岭土10份、硅酸钠8份、水30份。
用于干熄焦除尘的过滤材料的制备方法，通过如下方法制备：
步骤S10，按不锈钢纤维与玄武岩纤维的重量比为1:4称取不锈钢纤维与玄武岩纤维，经开松、梳理后制成克重为350g/m2的增强基布层；
步骤S20，按上述重量份称取制备陶瓷纤维层的原料，混合后涂覆在步骤 S10制得的增强基布层上，涂覆厚度为1.5mm，经干燥、高温热处理后得到过滤材料半成品，干燥的具体过程为：先在室温下自然干燥2天，再以5℃/min 的升温速率升温至140℃，恒温15分钟，再以7℃/min的升温速率升温至190℃，恒温38分钟，自然冷却至室温，高温热处理具体为：先以4℃/min的升温速率从室温升温至700℃，再以9℃/min的升温速率升温至1320℃，恒温40分钟；
步骤S30，将步骤S20制得的过滤材料半成品放到0.3mol/L的硝酸锆溶液中浸泡40分钟，放置20小时后，以7℃/min的升温速率升温至520℃，恒温保持3小时，通过反复浸渍、热处理控制ZrO2的负载量为7％，得到用于干熄焦除尘的过滤材料。
实施例4
一种用于干熄焦除尘的过滤材料及其制备方法
制备陶瓷纤维层的原料包括：氧化硅35份、氧化铝25份、高岭土2份、硅酸钠15份、水20份。
用于干熄焦除尘的过滤材料的制备方法，通过如下方法制备：
步骤S10，按不锈钢纤维与玄武岩纤维的重量比为1:2.5称取不锈钢纤维与玄武岩纤维，经开松、梳理后制成克重为380g/m2的增强基布层；
步骤S20，按上述重量份称取制备陶瓷纤维层的原料，混合后涂覆在步骤 S10制得的增强基布层上，涂覆厚度为0.8mm，经干燥、高温热处理后得到过滤材料半成品，干燥的具体过程为：先在室温下自然干燥2天，再以3.5℃/min 的升温速率升温至125℃，恒温16分钟，再以9℃/min的升温速率升温至210℃，恒温32分钟，自然冷却至室温，高温热处理具体为：先以2.5℃/min的升温速率从室温升温至630℃，再以6℃/min的升温速率升温至1280℃，恒温25分钟；
步骤S30，将步骤S20制得的过滤材料半成品放到0.2mol/L的硝酸锆溶液中浸泡50分钟，放置16小时后，以6℃/min的升温速率升温至580℃，恒温保持2.5小时，通过反复浸渍、热处理控制ZrO2的负载量为6％，得到用于干熄焦除尘的过滤材料。
实施例5
一种用于干熄焦除尘的过滤材料及其制备方法
制备陶瓷纤维层的原料包括：氧化硅40份、氧化铝20份、高岭土4份、硅酸钠12份、水35份。
用于干熄焦除尘的过滤材料的制备方法，通过如下方法制备：
步骤S10，按不锈钢纤维与玄武岩纤维的重量比为1:3.5称取不锈钢纤维与玄武岩纤维，经开松、梳理后制成克重为420g/m2的增强基布层；
步骤S20，按上述重量份称取制备陶瓷纤维层的原料，混合后涂覆在步骤 S10制得的增强基布层上，涂覆厚度为1.2mm，经干燥、高温热处理后得到过滤材料半成品，干燥的具体过程为：先在室温下自然干燥2天，再以4.5℃/min 的升温速率升温至135℃，恒温19分钟，再以10℃/min的升温速率升温至 220℃，恒温30分钟，自然冷却至室温，高温热处理具体为：先以3.5℃/min 的升温速率从室温升温至680℃，再以5℃/min的升温速率升温至1250℃，恒温45分钟；
步骤S30，将步骤S20制得的过滤材料半成品放到0.1mol/L的硝酸锆溶液中浸泡60分钟，放置12小时后，以5℃/min的升温速率升温至600℃，恒温保持2小时，通过反复浸渍、热处理控制ZrO2的负载量为5％，得到用于干熄焦除尘的过滤材料。
实验例
为了进一步说明本发明的技术进步性，现采用实验进一步说明。
实验材料：市售滤布、本发明实施例1～5所生产的用于干熄焦除尘的过滤材料，测试结果如表1所示。
表1.实施例1～5制备的用于干熄焦除尘的过滤材料的测试结果
实验结果表明，本发明制备的用于干熄焦除尘的过滤材料的撕裂强度(经向/纬向)大于2200N/5cm、透气量大于20cm/s，气孔率大于55％，过滤阻力在200Pa～280Pa，与市售的滤布相比，本发明制备的用于干熄焦除尘的过滤材料的抗撕拉性能好，过滤阻力较小，并且耐高温性能好。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于干熄焦除尘的过滤材料，其特征在于，所述用于干熄焦除尘的过滤材料包括增强基布层、陶瓷纤维层；所述增强基布层为不锈钢纤维与玄武岩纤维混纺制得；制备所述陶瓷纤维层的原料包括：氧化硅20份～40份、氧化铝20份～40份、高岭土2份～10份、硅酸钠5份～15份、水20份～35份；所述用于干熄焦除尘的过滤材料负载有ZrO2。
2.根据权利要求1所述的用于干熄焦除尘的过滤材料，其特征在于，所述增强基布层中不锈钢纤维与玄武岩纤维的重量比为1:2～4。
3.根据权利要求1所述的用于干熄焦除尘的过滤材料，其特征在于，所述ZrO2的负载量为5％～10％。
4.根据权利要求1所述的用于干熄焦除尘的过滤材料，其特征在于，制备所述陶瓷纤维层的原料按其重量份包括：氧化硅30份、氧化铝30份、高岭土6份、硅酸钠10份、水28份。
5.一种根据权利要求1～4中任一项所述的用于干熄焦除尘的过滤材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S10，按所述重量比称取不锈钢纤维与玄武岩纤维，经开松、梳理后制成增强基布层；
步骤S20，按所述重量份称取制备陶瓷纤维层的原料，混合后涂覆在步骤S10制得的增强基布层上，经干燥、高温热处理后得到过滤材料半成品；
步骤S30，将步骤S20制得的过滤材料半成品放到0.1mol/L～0.5mol/L的硝酸锆溶液中浸泡30分钟～60分钟，放置12小时～24小时后进行热处理，得到用于干熄焦除尘的过滤材料。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤S10中，所述增强基布层的克重为350g/m2～450g/m2。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤S20中，所述干燥的具体过程为：先在室温下自然干燥1天～2天，再以3℃/min～5℃/min的升温速率升温至120℃～140℃，恒温15分钟～20分钟，再以6℃/min～10℃/min的升温速率升温至180℃～220℃，恒温30分钟～40分钟，自然冷却至室温。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤S20中，所述高温热处理具体为：先以2℃/min～4℃/min的升温速率从室温升温至600℃～700℃，再以5℃/min～10℃/min的升温速率升温至1250℃～1350℃，恒温20分钟～45分钟。
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤S20中，所述陶瓷纤维层的涂覆厚度为0.5mm～1.5mm。
10.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤S30中，所述热处理为：以5℃/min～10℃/min的升温速率升温至500℃～600℃，恒温保持2小时～3小时。
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