CN109224631A - 一种除尘脱汞一体化滤料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种除尘脱汞一体化滤料及其制备方法，所述的滤料包括由普通聚四氟乙烯纤维和聚苯硫醚纤维混纺制成的迎尘层、由普通聚四氟乙烯纤维加工形成的基布层以及由功能性聚四氟乙烯纤维、普通聚四氟乙烯纤维和普通聚苯硫醚纤维混纺制成的背尘层，三者通过针刺作用使得纤维、基布相互抱合钩连而成；在背尘层中引入功能性聚四氟乙烯纤维，通过植入活性组分改性活性炭粉末以及矿石类吸附剂，一是提高吸附量的前提下，降低活性炭的使用比例，从而降低成本，二是两种材料都有导电效果，降低静电作用对聚四氟乙烯纤维细度均匀性的影响；同时，还可以避免了活性炭位点被粉尘占据，可以更好的净化气体单质汞，具有除尘和脱汞的双重功效的优点。

Description

一种除尘脱汞一体化滤料及其制备方法
技术领域
本发明属于滤料及其制备技术领域，具体涉及一种除尘脱汞一体化滤料及其制备方法。
背景技术
自2012年1月1日起，对于全部锅炉的汞及其化合物执行30mg/Nm3的排放标准，而目前脱汞效率一般在30～70％之间；随着环保要求的日益严格，对于烟气中汞排放的重视。烟气中的汞主要呈现三种形态，颗粒态(Hgp)、二价态汞(Hg2+)和单质汞(Hg0)，颗粒态汞容易被飞灰吸附，经过除尘装置时易被袋式或者电除尘器捕集去除；二价态汞易溶于水，可通过湿法脱硫等装置脱除；单质汞易挥发且不溶于水，难以被去除。
本发明克服现有技术的不足，提供了一种除尘脱汞一体化功能性滤料及其制备方法，实现除尘和脱汞双工能滤料。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于：克服现有滤料存在的除尘脱汞效率低的技术问题，提供一种除尘脱汞一体化滤料及其制备方法。
本发明采用以下技术方案解决上述技术问题：
一种除尘脱汞一体化滤料，包括由普通聚四氟乙烯纤维和聚苯硫醚纤维混纺制成的迎尘层、由普通聚四氟乙烯纤维加工形成的基布层以及由功能性聚四氟乙烯纤维、普通聚四氟乙烯纤维和普通聚苯硫醚纤维混纺制成的背尘层；
所述的基布层位于背尘层上，所述的迎尘层位于基布层上；所述的迎尘层通过固定连接置于所述基布层之上，所述的背尘层通过固定连接置于所述基布层之下；
所述背尘层中功能性聚四氟乙烯纤维主要由聚四氟乙烯颗粒、煤油、改性活性炭粉末以及矿石类吸附剂构成。
进一步，所述的迎尘层由50％普通聚四氟乙烯纤维+50％超细聚苯硫醚纤维构成，克重为210-230g/m2；其中所述的普通聚四氟乙烯纤维细度1-3D*50mm；所述的超细聚苯硫醚纤维细度1D*51mm。
进一步，所述的基布层克重为110-130g/m2。
进一步，所述的背尘层由20％功能性聚四氟乙烯纤维+30％普通聚四氟乙烯纤维+50％普通聚苯硫醚纤维构成，克重为210-230g/m2；其中所述的聚四氟乙烯纤维细度2-8D*50mm；所述的聚苯硫醚纤维细度2D*65mm。
进一步，所述的聚四氟乙烯颗粒、煤油、改性活性炭粉末以及矿石类吸附剂的质量比为(20-22)∶(5-5.5)∶(1-3)∶(2-4)。
进一步，所述的矿石类吸附剂为沸石、矾土、蛭石、膨润土中的任意一种；粒径为1-10um。
进一步，所述的改性活性炭粉末由下列方法制得：
A、将15-20mL浓HNO3注入到200mL去离子水中，然后向溶液中加入45-50％的Mn(NO3)2溶液5mL和2.5-2.76gKMnO4制得活性MnO2溶液；
B、取100g活性炭粉末用步骤A制得的活性MnO2溶液浸渍处理8-10小时，取出过滤，于80-90℃蒸干，制得改性活性炭粉。
进一步，一种所述的除尘脱汞一体化滤料的制备方法，包括以下步骤：
(1)功能性聚四氟乙烯纤维制备：
a、将聚四氟乙烯颗粒、煤油、改性活性炭粉末以及矿石类吸附剂冷冻处理；
b、将步骤a冷冻处理的聚四氟乙烯颗粒、煤油、改性活性炭粉末以及矿石类吸附剂旋转混合80-100min，得混合料；
c、将步骤b的混合料于55-60℃下静置10-20h，得聚四氟乙烯混合熟料；
d、将步骤c所得聚四氟乙烯混合熟料挤压成条，得聚四氟乙烯坯条；
e、将步骤d的聚四氟乙烯坯条浸泡在保温水箱中保温处理；
f、将步骤e保温处理的聚四氟乙烯坯条放入压延机上压延出坯膜并收卷，得聚四氟乙烯膜坯；
g、将步骤f所得聚四氟乙烯膜坯脱油、烧结、牵伸、制丝、卷曲、定型、切断后得到功能性聚四氟乙烯纤维；
(2)迎尘层的制备：将普通聚四氟乙烯纤维与超细聚苯硫醚纤维混合开松后，通过机械成网形成多层混合纤维网，通过针刺进行勾连缠绕加固形成迎尘层；
(3)基布层的制备：采用普通聚四氟乙烯纤维，通过经纬向机织加工形成基布层；
(4)背尘层的制备：采用步骤(1)所得功能性聚四氟乙烯纤维、普通聚四氟乙烯纤维、普通聚苯硫醚纤维混合后，开松、梳理、铺网、针刺加固；
(5)除尘脱汞一体化滤料的制备：将上述步骤所得的迎尘层、基布层、背尘层通过针刺作用使得纤维、基布相互抱合勾连成素毡，然后将所得素毡进行压光烧毛、浸渍定型，出料即得。
进一步，所述步骤(1)中功能性聚四氟乙烯纤维制备：
a、将聚四氟乙烯颗粒、煤油、改性活性炭粉末以及矿石类吸附剂放置在零下15℃的制冷室中冷冻处理10-20小时；
b、将步骤a冷冻处理的聚四氟乙烯颗粒、煤油、改性活性炭粉末以及矿石类吸附剂在旋转机上先进行正转40-50min，再反转40-50min，混合共80-100min，得混合料；
c、将步骤b的混合料于55-60℃下静置10-20h，得聚四氟乙烯混合熟料；
d、将步骤c所得聚四氟乙烯混合熟料挤压成条，得聚四氟乙烯坯条，其中所述压坯时间10-20min，挤出压力为3.8-4.2MPa，口模温度控制在60-65℃；
e、将步骤d的聚四氟乙烯坯条浸泡在50-55℃的保温水箱中保温处理；
f、将步骤e保温处理的聚四氟乙烯坯条放入压延机上压延出坯膜并收卷，得聚四氟乙烯膜坯；其中所述的压延机料缸温度在50-60℃，压延速度0-5m/min。
g、将步骤f所得聚四氟乙烯膜坯脱油、烧结、牵伸、制丝、卷曲、定型、切断后得到功能性聚四氟乙烯纤维；其中脱脂温度为300-350℃，脱脂辊速为10-20m/min；所述的烧结温度为350-450℃；所述牵伸前段速度4-9m/min，牵伸后段速度40-50m/min；针刺辊速10-25m/min，梳理辊速15-35m/min。
进一步，所述步骤(5)中压光烧毛通过压光烧毛一体机完成，其工艺参数为：温度在140-180℃，压辊速度8-12m/min，压辊间距0.5-2mm；
所述浸渍定型具体步骤包括：
h将所得素毡放入浸渍乳液中浸渍处理步骤；
i、将浸渍处理后的素毡进行热定型处理步骤；
其中所述的浸渍乳液为：聚四氟乙烯乳液∶去离子水∶硅烷偶联剂∶改性活性炭粉末∶矿石类吸附剂＝1∶10∶0.1∶0.1∶0.1；
所述的热定型工艺为：125-240℃区间，由低温区段到高温区段逐渐加热，定型机传导速度为10-15m/min，温度分为四段，第一段：125-135℃区间，加热10-15s，风机速度30-35HZ；第二段：160-200℃区间，加热10-15s，风机速度40-45HZ；第三段：220-240℃区间，加热15-20s，风机速度40-45HZ；第四段：160-180℃区间，加热10-15s，风机速度30-35HZ；最后进行干燥，条件为常温下冷却15-30s。
本发明技术有益效果：本发明滤料分为三层，包括由普通聚四氟乙烯纤维和聚苯硫醚纤维混纺制成的迎尘层、由普通聚四氟乙烯纤维加工形成的基布层以及由功能性聚四氟乙烯纤维、普通聚四氟乙烯纤维和普通聚苯硫醚纤维混纺制成的背尘层，三者通过针刺作用使得纤维、基布相互抱合钩连而成；在背尘层中引入功能性聚四氟乙烯纤维，通过植入活性组分改性活性炭粉末以及矿石类吸附剂，在活性炭的表面均匀分布的一层MnO2细粒，其可以氧化单质汞，生成氧化态汞，起到去除单质汞的效果，和矿石类吸附剂联用的目的在于一是提高吸附量的前提下，降低活性炭的使用比例，从而降低成本，二是两种材料都有导电效果，降低静电作用对聚四氟乙烯纤维细度均匀性的影响。
同时，在背尘层中引入功能性聚四氟乙烯纤维，还可以避免了活性炭位点被粉尘占据，粉尘首先被迎尘层阻挡形成粉饼层，含汞气体穿过迎尘层、基布支撑层后进入背尘层，背尘中的功能性聚四氟乙烯纤维可以更好的净化气体单质汞，具有除尘和脱汞的双重功效的优点。
附图说明
图1为本发明实施例所述一种除尘脱汞一体化滤料的剖视图；
图2为本发明实施例所述一种除尘脱汞一体化滤料的制备工艺流程图。
附图说明：PPS纤维为聚苯硫醚纤维，PTFE纤维为聚四氟乙烯纤维。
具体实施方式
为便于本领域技术人员理解本发明技术方案，现结合说明书附图对本发明技术方案做进一步的说明。
实施例1
参阅图1，一种除尘脱汞一体化滤料，分为三层，从上到下包括由普通聚四氟乙烯纤维和聚苯硫醚纤维混纺制成的迎尘层1、由普通聚四氟乙烯纤维加工形成的基布层3以及由功能性聚四氟乙烯纤维、普通聚四氟乙烯纤维和普通聚苯硫醚纤维混纺制成的背尘层2，所述的基布层3位于背尘层2上，所述的迎尘层1位于基布层3上；所述的迎尘层1通过针刺法置于所述基布层3之上，所述的背尘层2通过针刺法置于所述基布层3之下。
所述迎尘层1由50％普通聚四氟乙烯纤维+50％超细聚苯硫醚纤维构成，克重为220g/m2；所述的普通聚四氟乙烯纤维细度2D*50mm；所述的超细聚苯硫醚纤维细度1D*51mm，将普通聚四氟乙烯纤维和超细聚苯硫醚纤维混纺作为迎尘层使用，具有良好的耐热、耐腐蚀、阻燃和过滤性能，起到截留烟尘中的飞灰的作用，使用寿命长。
所述背尘层2由20％功能性聚四氟乙烯纤维+30％普通聚四氟乙烯纤维+50％普通聚苯硫醚纤维构成，克重为220g/m2；所述的功能性聚四氟乙烯纤维由聚四氟乙烯颗粒、煤油、改性活性炭粉末以及沸石按照质量比21∶5.3∶2∶3构成；所述的聚四氟乙烯纤维细度2-8D*50mm；所述的聚苯硫醚纤维细度2D*65mm；在背尘层2中引入功能性聚四氟乙烯纤维，通过植入活性组分改性活性炭粉末以及矿石类吸附剂，避免了活性炭位点被粉尘占据，可以更好的净化气体单质汞。
所述基布层3采用聚四氟乙烯纤维，通过经纬向机织加工形成基布层，所述的基布层克重为120g/m2。
所述的改性活性炭粉末由下列方法制得：
A、将18mL浓HNO3注入到200mL去离子水中，然后向溶液中加入48％的Mn(NO3)2溶液5mL和2.66gKMnO4制得活性MnO2溶液；
B、取100g活性炭粉末用步骤A制得的活性MnO2溶液浸渍处理9小时，取出过滤，于85℃蒸干，制得改性活性炭粉。
参阅图2，一种制备所述的除尘脱汞一体化滤料的方法，包括以下步骤：
(1)功能性聚四氟乙烯纤维制备：
a、将聚四氟乙烯颗粒、煤油、改性活性炭粉末以及沸石放置在零下15℃的制冷室中冷冻处理15小时；
b、将步骤a冷冻处理的聚四氟乙烯颗粒、煤油、改性活性炭粉末以及矿石类吸附剂在旋转机上先进行正转45min，再反转45min，混合共90min，得混合料；
c、将步骤b的混合料于58℃下静置15h，得聚四氟乙烯混合熟料；
d、将步骤c所得聚四氟乙烯混合熟料挤压成条，得聚四氟乙烯坯条，其中所述压坯时间15min，挤出压力为4MPa，口模温度控制在63℃；
e、将步骤d的聚四氟乙烯坯条浸泡在53℃的保温水箱中保温处理；
f、将步骤e保温处理的聚四氟乙烯坯条放入压延机上压延出坯膜并收卷，得聚四氟乙烯膜坯；其中所述的压延机料缸温度在55℃，压延速度3m/min。
g、将步骤f所得聚四氟乙烯膜坯脱油、烧结、牵伸、制丝、卷曲、定型、切断后得到功能性聚四氟乙烯纤维；其中脱脂温度为330℃，脱脂辊速为15m/min；所述的烧结温度为400℃；所述牵伸前段速度6m/min，牵伸后段速度45m/min；针刺辊速20m/min，梳理辊速25m/min；
(2)迎尘层的制备：将普通聚四氟乙烯纤维与超细聚苯硫醚纤维混合开松后，通过机械成网形成多层混合纤维网，通过针刺进行勾连缠绕加固形成迎尘层；
(3)基布层的制备：采用普通聚四氟乙烯纤维，通过经纬向机织加工形成基布层；
(4)背尘层的制备：采用步骤(1)所得功能性聚四氟乙烯纤维、普通聚四氟乙烯纤维、普通聚苯硫醚纤维混合后，开松、梳理、铺网、针刺加固；
(5)除尘脱汞一体化滤料的制备：将上述步骤所得的迎尘层、基布层、背尘层通过针刺作用使得纤维、基布相互抱合勾连成素毡，然后将所得素毡进行压光烧毛、浸渍定型，出料即得。
进一步，所述步骤(5)中压光烧毛通过压光烧毛一体机完成，其工艺参数为：温度在160℃，压辊速度10m/min，压辊间距1.5mm。
进一步，所述步骤(5)中浸渍定型具体步骤包括：
h将所得素毡放入浸渍乳液中浸渍处理步骤；
i、将浸渍处理后的素毡进行热定型处理步骤；
其中所述的浸渍乳液为：聚四氟乙烯乳液∶去离子水∶硅烷偶联剂∶改性活性炭粉末∶沸石＝1∶10∶0.1∶0.1∶0.1；
所述的热定型工艺为：125-240℃区间，由低温区段到高温区段逐渐加热，定型机传导速度为10-15m/min，温度分为四段，第一段：125-135℃区间，加热10s，风机速度30-35HZ；第二段：160-200℃区间，加热10s，风机速度40-45HZ；第三段：220-240℃区间，加热15s，风机速度40-45HZ；第四段：160-180℃区间，加热10s，风机速度30-35HZ；最后进行干燥，条件为常温下冷却20s。
所述的沸石还可以为矾土、蛭石、膨润土中的任意一种；粒径为1-10um。
利用本发明的除尘脱汞一体化滤料的脱尘脱汞效率：80％。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种除尘脱汞一体化滤料，其特征在于，其包括由普通聚四氟乙烯纤维和聚苯硫醚纤维混纺制成的迎尘层、由普通聚四氟乙烯纤维加工形成的基布层以及由功能性聚四氟乙烯纤维、普通聚四氟乙烯纤维和普通聚苯硫醚纤维混纺制成的背尘层；
所述的基布层位于背尘层上，所述的迎尘层位于基布层上；所述的迎尘层通过固定连接置于所述基布层之上，所述的背尘层通过固定连接置于所述基布层之下；
所述背尘层中功能性聚四氟乙烯纤维主要由聚四氟乙烯颗粒、煤油、改性活性炭粉末以及矿石类吸附剂构成。
2.根据权利要求1所述的一种除尘脱汞一体化滤料，其特征在于，所述的迎尘层由50％普通聚四氟乙烯纤维+50％超细聚苯硫醚纤维构成，克重为210-230g/m2；其中所述的普通聚四氟乙烯纤维细度1-3D*50mm；所述的超细聚苯硫醚纤维细度1D*51mm。
3.根据权利要求1所述的一种除尘脱汞一体化滤料，其特征在于，所述的基布层克重为110-130g/m2。
4.根据权利要求1所述的一种除尘脱汞一体化滤料，其特征在于，所述的背尘层由20％功能性聚四氟乙烯纤维+30％普通聚四氟乙烯纤维+50％普通聚苯硫醚纤维构成，克重为210-230g/m2；其中所述的聚四氟乙烯纤维细度2-8D*50mm；所述的聚苯硫醚纤维细度2D*65mm。
5.根据权利要求1所述的一种除尘脱汞一体化滤料，其特征在于，所述的聚四氟乙烯颗粒、煤油、改性活性炭粉末以及矿石类吸附剂的质量比为(20-22)∶(5-5.5)∶(1-3)∶(2-4)。
6.根据权利要求5所述的一种除尘脱汞一体化滤料，其特征在于，所述的所述的矿石类吸附剂为沸石、矾土、蛭石、膨润土中的任意一种；粒径为1-10um。
7.根据权利要求5所述的一种除尘脱汞一体化滤料，其特征在于，所述的改性活性炭粉末由下列方法制得：
A、将15-20mL浓HNO3注入到200mL去离子水中，然后向溶液中加入45-50％的Mn(NO3)2溶液5mL和2.5-2.76gKMnO4制得活性MnO2溶液；
B、取100g活性炭粉末用步骤A制得的活性MnO2溶液浸渍处理8-10小时，取出过滤，于80-90℃蒸干，制得改性活性炭粉。
8.一种制备如权利要求1-7任意一项所述的除尘脱汞一体化滤料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)功能性聚四氟乙烯纤维制备：
a、将聚四氟乙烯颗粒、煤油、改性活性炭粉末以及矿石类吸附剂冷冻处理；
b、将步骤a冷冻处理的聚四氟乙烯颗粒、煤油、改性活性炭粉末以及矿石类吸附剂旋转混合80-100min，得混合料；
c、将步骤b的混合料于55-60℃下静置10-20h，得聚四氟乙烯混合熟料；
d、将步骤c所得聚四氟乙烯混合熟料挤压成条，得聚四氟乙烯坯条；
e、将步骤d的聚四氟乙烯坯条浸泡在保温水箱中保温处理；
f、将步骤e保温处理的聚四氟乙烯坯条放入压延机上压延出坯膜并收卷，得聚四氟乙烯膜坯；
g、将步骤f所得聚四氟乙烯膜坯脱油、烧结、牵伸、制丝、卷曲、定型、切断后得到功能性聚四氟乙烯纤维；
(2)迎尘层的制备：将普通聚四氟乙烯纤维与超细聚苯硫醚纤维混合开松后，通过机械成网形成多层混合纤维网，通过针刺进行勾连缠绕加固形成迎尘层；
(3)基布层的制备：采用普通聚四氟乙烯纤维，通过经纬向机织加工形成基布层；
(4)背尘层的制备：采用步骤(1)所得功能性聚四氟乙烯纤维、普通聚四氟乙烯纤维、普通聚苯硫醚纤维混合后，开松、梳理、铺网、针刺加固；
(5)除尘脱汞一体化滤料的制备：将上述步骤所得的迎尘层、基布层、背尘层通过针刺作用使得纤维、基布相互抱合勾连成素毡，然后将所得素毡进行压光烧毛、浸渍定型，出料即得。
9.根据权利要求8所述的一种除尘脱汞一体化滤料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中功能性聚四氟乙烯纤维制备：
a、将聚四氟乙烯颗粒、煤油、改性活性炭粉末以及矿石类吸附剂放置在零下15℃的制冷室中冷冻处理10-20小时；
b、将步骤a冷冻处理的聚四氟乙烯颗粒、煤油、改性活性炭粉末以及矿石类吸附剂在旋转机上先进行正转40-50min，再反转40-50min，混合共80-100min，得混合料；
c、将步骤b的混合料于55-60℃下静置10-20h，得聚四氟乙烯混合熟料；
d、将步骤c所得聚四氟乙烯混合熟料挤压成条，得聚四氟乙烯坯条，其中所述压坯时间10-20min，挤出压力为3.8-4.2MPa，口模温度控制在60-65℃；
e、将步骤d的聚四氟乙烯坯条浸泡在50-55℃的保温水箱中保温处理；
f、将步骤e保温处理的聚四氟乙烯坯条放入压延机上压延出坯膜并收卷，得聚四氟乙烯膜坯；其中所述的压延机料缸温度在50-60℃，压延速度0-5m/min。
g、将步骤f所得聚四氟乙烯膜坯脱油、烧结、牵伸、制丝、卷曲、定型、切断后得到功能性聚四氟乙烯纤维；其中脱脂温度为300-350℃，脱脂辊速为10-20m/min；所述的烧结温度为350-450℃；所述牵伸前段速度4-9m/min，牵伸后段速度40-50m/min；针刺辊速10-25m/min，梳理辊速15-35m/min。
10.根据权利要求8所述的一种除尘脱汞一体化滤料的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中压光烧毛通过压光烧毛一体机完成，其工艺参数为：温度在140-180℃，压辊速度8-12m/min，压辊间距0.5-2mm；
所述浸渍定型具体步骤包括：
h将所得素毡放入浸渍乳液中浸渍处理步骤；
i、将浸渍处理后的素毡进行热定型处理步骤；
其中所述的浸渍乳液为：聚四氟乙烯乳液∶去离子水∶硅烷偶联剂∶改性活性炭粉末∶矿石类吸附剂＝1∶10∶0.1∶0.1∶0.1；
所述的热定型工艺为：125-240℃区间，由低温区段到高温区段逐渐加热，定型机传导速度为10-15m/min，温度分为四段，第一段：125-135℃区间，加热10-15s，风机速度30-35HZ；第二段：160-200℃区间，加热10-15s，风机速度40-45HZ；第三段：220-240℃区间，加热15-20s，风机速度40-45HZ；第四段：160-180℃区间，加热10-15s，风机速度30-35HZ；最后进行干燥，条件为常温下冷却15-30s。
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