CN110354584A - 一种聚四氟乙烯催化滤料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种聚四氟乙烯催化滤料的制备方法，其包括如下步骤：在水性聚四氟乙烯乳液中添加纳米级催化材料，混匀后，除水脱干，在5～20rpm的搅拌速率、100～120℃的温度下进行烘干，得到干燥粉末；将所述干燥粉末在330～360℃下进行烧结，得到表面依附有纳米催化材料的聚四氟乙烯粉末；将所述聚四氟乙烯粉末在分散到水中后，得到分散乳液；将所述分散乳液对聚四氟乙烯纤维进行浸渍或涂布后，依次进行干燥、定型和烧结，得到负载有纳米催化材料的纤维；将所述负载有纳米催化材料的纤维进行编织，得到所述聚四氟乙烯催化滤料。本发明具有如下有益效果：纳米材料和PTFE分散树脂能混合均匀，避免纳米材料脱落，影响使用功效。

Description

一种聚四氟乙烯催化滤料的制备方法
技术领域
本发明涉及过滤材料技术领域，尤其涉及一种聚四氟乙烯催化滤料的制备方法。
背景技术
随着人民生活水平日益提高，尤其是快递、外卖等行业的发展，造成了大量的城市生活垃圾，目前主要采用垃圾焚烧的方式处理这些生活垃圾，但由于目前中国的垃圾分类还刚刚起步，导致垃圾焚烧厂的垃圾成分复杂，燃烧过程中会产生大量的有机废气，甚至会含有剧毒的二噁英等物质，为了解决这一问题，有研究在传统的垃圾焚烧用PTFE滤袋的基础上，开发了具有催化功能的PTFE滤袋。
目前现有的PTFE催化滤袋主要采用两种方式进行催化改性。
一种是在生产PTFE纤维的过程中，首先将PTFE分散树脂与催化材料混合，催化材料一般采用一氧化钛、二氧化钛、二氧化锰、二氧化硅等纳米材料，然后再推压、挤出、拉丝等工艺制成纤维，最后将催化纤维织成滤料。这种工艺路线能够使得滤料具有一定的催化功能，但由于起到催化作用的材料很多在纤维内部，而非纤维表面，使得催化材料不能够直接和垃圾焚烧烟气接触，导致催化效果不明显，另外，由于PTFE树脂和纳米催化材料的物化性质不同，使得两个材料很难结合在一起，在PTFE成纤过程中极易发生纤维断裂，催化材料脱落等现象，又进一步影响催化降解VOCs的使用效果。
另一种是在PTFE滤料上直接浸渍或者喷涂含有催化材料的溶液，再通过烘干、烧结等方法使得催化材料粘结、依附在PTFE纤维表面。这种工艺虽然解决了使得催化材料直接和VOCs气体接触，提高催化效率的问题，但由于已经织成的滤料最高只能承受250～260℃的温度，使得催化材料只是简单在负载、依附在纤维表面，非常容易脱落，严重影响使用寿命，并且在喷涂或者浸渍的过程中，常常使用溶剂型的催化材料溶液，使得后期烘干过程中，产生环境污染问题。也就是说环保产品生产的过程中本身是不环保的这样的悖论。而如果在溶液中添加一些粘合剂以提高纳米催化材料在PTFE纤维上的结合力，则会造成实际工况使用中，在200℃～250℃的工况条件下，粘合剂如果不能承受如此高的问题，则会造成粘合剂脱落或者碳化，如果采用如聚全氟乙丙烯，偏氟乙烯等作为粘合剂，虽然能够承受高温，但接近材料本身的熔点温度，造成粉尘粘结在滤料表面，而无法“清灰”，造成设备运行阻力极具增高。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种聚四氟乙烯催化滤料的制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明提供了一种聚四氟乙烯催化滤料的制备方法，其包括如下步骤：
在水性聚四氟乙烯乳液中添加纳米级催化材料，混匀后，除水脱干，在5～20rpm的搅拌速率、100～120℃的温度下进行烘干，得到干燥粉末；
将所述干燥粉末在330～360℃下进行烧结，得到表面依附有纳米催化材料的聚四氟乙烯粉末；
将所述聚四氟乙烯粉末在分散到水中后，得到分散乳液；
将所述分散乳液对聚四氟乙烯纤维进行浸渍或涂布后，依次进行干燥、定型和烧结，得到负载有纳米催化材料的纤维；
将所述负载有纳米催化材料的纤维进行编织，得到所述聚四氟乙烯催化滤料。
作为优选方案，所述纳米级催化材料的粒径为50～200nm，纳米级催化材料的添加量为水性聚四氟乙烯乳液重量的1～5％。
作为优选方案，所述纳米级催化材料为一氧化钛、二氧化钛、二氧化锰、二氧化硅中的至少一种。
作为优选方案，所述聚四氟乙烯乳液的粒径为200～400nm。
作为优选方案，所述干燥的温度为100～120℃，所述定型的温度为330～360℃。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、PTFE树脂的粒径和纳米材料的粒径不同，若直接固体状态下混合，很难混合均匀，在水性分散液中混合后，使得纳米材料也充分分散在水溶液中，再干燥后，纳米材料和PTFE分散树脂能够混合均匀；
2、混合料先高温烧结，使得纳米材料先附载在PTFE树脂的表面，二者成为一体，保证终端产品使用过程中，避免纳米材料脱落，影响使用功效；
3、纳米材料附载在PTFE树脂表面，从而在烟气过滤过程中与烟气充分接触，保证催化降解VOCs的效果。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为对比例1中的不含有催化材料的覆膜滤料的表面形貌图；
图2为本发明中实施例1制备的含有催化滤料的覆膜滤料表面形貌图；
图3为本发明中实施例1、实施例2和对比例1制备的新型催化滤料对于甲苯的降解效果对比图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
本实施例提供了一种聚四氟乙烯催化滤料的制备方法，具体包括如下步骤：
在树脂粒径为200nm的水性聚四氟乙烯乳液中添加粒径为50nm的二氧化钛粉末，控制二氧化钛粉末的加入量为水性聚四氟乙烯乳液重量的1％，混匀后，除水脱干，在20rpm的搅拌速率、100℃的温度下进行烘干，得到干燥粉末；
将所述干燥粉末在330℃下进行烧结，得到表面依附有二氧化钛的聚四氟乙烯粉末；
将所述聚四氟乙烯粉末在分散到水中后，得到分散乳液；
将所述分散乳液对聚四氟乙烯纤维进行浸渍后，依次在100℃下进行干燥、330℃下进行定型和烧结，得到负载有纳米二氧化钛的纤维；
将所述负载有纳米二氧化钛的纤维进行编织，得到所述聚四氟乙烯催化滤料。
本实施例制备负载有纳米二氧化钛的纤维的扫描电镜照片如图2所示，在纤维的表面附着有大小不一的颗粒，说明纳米二氧华钛颗粒已经负载在聚四氟乙烯纤维的表面。
实施例2
本实施例提供了一种聚四氟乙烯催化滤料的制备方法，具体包括如下步骤：
在树脂粒径为300nm的水性聚四氟乙烯乳液中添加粒径为50nm的二氧化锰粉末，控制二氧化锰粉末的加入量为水性聚四氟乙烯乳液重量的2％，混匀后，除水脱干，在10rpm的搅拌速率、110℃的温度下进行烘干，得到干燥粉末；
将所述干燥粉末在350℃下进行烧结，得到表面依附有二氧化锰的聚四氟乙烯粉末；
将所述聚四氟乙烯粉末在分散到水中后，得到分散乳液；
将所述分散乳液对聚四氟乙烯纤维进行浸渍后，依次在100℃下进行干燥、330℃下进行定型和烧结，得到负载有纳米二氧化锰的纤维；
将所述负载有纳米二氧化锰的纤维进行编织，得到所述聚四氟乙烯催化滤料。
实施例3
本实施例提供了一种聚四氟乙烯催化滤料的制备方法，具体包括如下步骤：
在树脂粒径为400nm的水性聚四氟乙烯乳液中添加粒径为50nm的二氧化硅粉末，控制二氧化硅粉末的加入量为水性聚四氟乙烯乳液重量的5％，混匀后，除水脱干，在20rpm的搅拌速率、120℃的温度下进行烘干，得到干燥粉末；
将所述干燥粉末在360℃下进行烧结，得到表面依附有二氧化硅的聚四氟乙烯粉末；
将所述聚四氟乙烯粉末在分散到水中后，得到分散乳液；
将所述分散乳液对聚四氟乙烯纤维进行浸渍后，依次在100℃下进行干燥、330℃下进行定型和烧结，得到负载有纳米二氧化硅的纤维；
将所述负载有纳米二氧化硅的纤维进行编织，得到所述聚四氟乙烯催化滤料。
对比例1
本对比例与实施例1的区别仅在于，未添加纳米二氧化钛粉末。
本对比例制备负载有纳米二氧化钛的纤维的扫描电镜照片如图1所示，在纤维的表面光滑，说明无催化材料负载在聚四氟乙烯纤维的表面。
对比例2
本对比例与实施例1的区别仅在于，二氧化钛粉末的粒径为300nm。
利用实施例1、实施例2和对比例1制备的滤料对甲苯进行处理，结果如图3所示，未负载催化材料的滤料对甲苯的处理效率最低，负载有纳米二氧化锰的滤料对甲苯的处理效率好于未负载催化材料的滤料，但是不如负载有纳米二氧化钛的滤料。由此可知，负载有二氧化钛的滤料对甲苯的处理效果最好。
综上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。

Claims (5)

1.一种聚四氟乙烯催化滤料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
在水性聚四氟乙烯乳液中添加纳米级催化材料，混匀后，除水脱干，在5～20rpm的搅拌速率、100～120℃的温度下进行烘干，得到干燥粉末；
将所述干燥粉末在330～360℃下进行烧结，得到表面依附有纳米催化材料的聚四氟乙烯粉末；
将所述聚四氟乙烯粉末在分散到水中后，得到分散乳液；
将所述分散乳液对聚四氟乙烯纤维进行浸渍或涂布后，依次进行干燥、定型和烧结，得到负载有纳米催化材料的纤维；
将所述负载有纳米催化材料的纤维进行编织，得到所述聚四氟乙烯催化滤料。
2.如权利要求1所述的聚四氟乙烯催化滤料的制备方法，其特征在于，所述纳米级催化材料的粒径为50～200nm，纳米级催化材料的添加量为水性聚四氟乙烯乳液重量的1～5％。
3.如权利要求1或2所述的聚四氟乙烯催化滤料的制备方法，其特征在于，所述纳米级催化材料为一氧化钛、二氧化钛、二氧化锰、二氧化硅中的至少一种。
4.如权利要求1所述的聚四氟乙烯催化滤料的制备方法，其特征在于，所述聚四氟乙烯乳液的粒径为200～400nm。
5.如权利要求1所述的聚四氟乙烯催化滤料的制备方法，其特征在于，所述干燥的温度为100～120℃，所述定型的温度为330～360℃。
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