CN110384980A - 一种催化滤芯及其制备方法与装置及装置的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种催化滤芯及其制备方法与装置及装置的应用,所述制备方法包括如下步骤:将纳米催化剂浆料通过喷射的方法植入空白陶瓷纤维滤芯内部,通过加热固化后得到催化滤芯;所述装置包括浆料储存单元、浆料喷射单元、滤芯固定单元和加热单元,所述浆料储存单元与浆料喷射单元,且两者之间设有浆料输送单元,所述滤芯固定单元包括自上而下设置的圆滚、移动滑轮以及支撑托架,所述加热单元为烘干隧道炉。本发明所得催化滤芯在1m/min的过滤风速下,压降低于600Pa,过滤后气体中的含尘量低于1mg/m3,在250‑400℃内的脱硝活性最高可达98%以上。

Description

一种催化滤芯及其制备方法与装置及装置的应用
技术领域
本发明属于低温烟气净化领域,涉及一种陶瓷纤维滤芯,尤其涉及一种催化滤芯及其制备方法与装置及装置的应用。
背景技术
催化滤芯具有同时除尘和催化的作用,其基本原理是:烟气中的灰尘被催化滤芯的外表面过滤、分离,无尘烟气随后与负载在滤芯内部的催化剂发生催化反应达到脱除污染物的目的。催化滤芯能将多种污染物协同治理,降低了投资、运行成本和占地空间,已成为中小型燃烧设备尾部烟气净化处理的研究热点。
目前已发展应用的催化滤芯植入方式主要以浸渍法为主,CN 107876043 A公开的一种用于烟气净化的陶瓷催化滤芯及烟气一体化脱硫脱硝除尘方法,采用微孔氧化铝陶瓷滤管为基体,经氧化锌修饰后等体积浸渍4.0%-6.0%的V2O5和WO3活性组分,然后经2-6次浸渍Al2O3-SiO2-TiO2复合溶胶镀膜制成。其采用了先浸渍活性组分,再覆膜的工艺,杜绝了催化剂堵塞催化滤膜的可能,但其制备过程繁琐,由滤芯吸水性不同导致的浸渍滤芯各部位负载量和膜层厚度差异性明显。
CN 108358652 A公开了一种具有孔梯度结构的汽油机颗粒捕集器陶瓷滤芯的制备方法,该方法通过优选不同长径比的陶瓷纤维,分别与高温粘结剂溶液混合,然后按照长径比从大到小的顺序,采用分批主料,沉降堆积,一次排液的真空抽滤法成型,经微波干燥和热处理得到所述的孔梯度纤维多孔陶瓷滤芯,并负载催化剂实现低温再生。该方法可制备各种尺寸和形状的滤芯,但同样存在制备过程繁琐,滤芯的吸水性不同导致的滤芯各部位负载量和膜层厚度差异性明显。
CN 106512598 A公布的具有除尘和催化脱硝功能的陶瓷膜过滤元件及制备方法,采用的是以堇青石为基体制备的陶瓷纤维过滤器,经表面涂蜡预处理后超声浸渍催化剂的工艺。其用石蜡对过滤器表面做预处理,能有效减轻浸渍过程中催化剂对催化滤膜的堵塞,但石蜡属消耗品,使得成本增加,且浸渍后采取抽真空的方式负载催化剂能耗较大。两种方法均容易出现催化剂涂覆不均和干燥煅烧过程受热不均的缺点,对催化滤芯活性和使用寿命影响很大。
因此,研究如何在滤芯内部均匀、有效地植入催化剂的同时,尽可能地简化操作和降低成本,具有非常重要的现实意义。
发明内容
鉴于现有技术中存在的问题,本发明的目的之一在于提供催化滤芯及其制备方法与装置及装置的应用,由所述陶瓷纤维滤芯催化剂内植入方法与系统得到的催化滤芯的内部均匀、有效地植入有催化剂,且所述陶瓷纤维滤芯催化剂内植入方法的操作简单,所述系统的设备简单、成本低。所述陶瓷纤维滤芯催化剂内植入方法与系统对于催化滤芯的推广应用具有重要的现实意义。
为达此目的,本发明采用以下技术方案:
第一方面,本发明提供了一种催化滤芯的制备方法,所述制备方法包括如下步骤:将纳米催化剂浆料通过喷射的方式植入空白陶瓷纤维滤芯内部,经过加热固化后得到催化滤芯。
本发明采用喷射的方法将纳米催化剂浆料植入空白陶瓷纤维滤芯内部,使纳米催化剂浆料得以均匀地分布,克服了浸渍方法中存在的陶瓷纤维滤芯吸水性不同带来的负载量与膜层厚度不同的问题,而且,本发明所述喷射的方法操作简单,所需设备的成本低,便于工业化推广。
优选地,所述制备方法包括以下步骤:
(1)将纳米催化剂浆料喷射植入旋转的空白陶瓷纤维滤芯内部;
(2)植入纳米催化剂的陶瓷纤维滤芯在旋转的条件下进行加热固化,将纳米催化剂固定在滤芯上,固化完成后冷却,得到催化滤芯。
本发明将纳米催化剂浆料通过喷射的方法植入旋转的空白陶瓷纤维滤芯内部并对植入纳米催化剂的陶瓷纤维滤芯在旋转的条件下进行加热固化,不仅利用喷射的方法使催化剂浆料在空白陶瓷纤维滤芯的内部得到均匀布置,还能够依靠陶瓷纤维滤芯转动使喷射出的催化剂浆料与陶瓷纤维滤芯的内部均匀接触,从而进一步提高纳米催化剂的植入效果。
优选地,步骤(1)所述纳米催化剂浆料的固含量为3-10%,例如可以是3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%或10%。
优选地,步骤(1)所述纳米催化剂浆料中粒度分布为0.1-1μm,例如可以是0.1μm、0.2μm、0.3μm、0.4μm、0.5μm、0.6μm、0.7μm、0.8μm、0.9μm或1μm。
优选地,步骤(1)所述空白陶瓷纤维滤芯的壁厚为10-20mm,例如可以是10mm、11mm、12mm、13mm、14mm、15mm、16mm、17mm、18mm、19mm或20mm。
优选地,步骤(1)所述空白陶瓷纤维滤芯的孔隙率为50-80%,例如可以是50%、52%、55%、58%、60%、62%、65%、68%、70%、72%、75%、77%或80%。
优选地,步骤(1)所述空白陶瓷纤维滤芯外表面的致密膜孔径为1-10μm,例如可以是1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm或10μm;厚度为0.2-0.6mm,例如可以是0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm或0.6mm。
优选地,步骤(2)所述加热固化的具体操作为:先在100-150℃下保温1-3h,然后升温至400-600℃,保温3-5h。
优选地,步骤(1)所述旋转的转速为5-10r/min,例如可以是5r/min、6r/min、7r/min、8r/min、9r/min或10r/min。
优选地,步骤(2)所述旋转的转速为5-10r/min,例如可以是5r/min、6r/min、7r/min、8r/min、9r/min或10r/min。
本发明所述空白陶瓷纤维滤芯的直径为任意直径,优选为60-200mm,例如可以是60mm、70mm、80mm、90mm、100mm、110mm、120mm、130mm、140mm、150mm、160mm、170mm、180mm、190mm或200mm。本发明使直径为60-200mm的陶瓷纤维滤芯以5-10r/min的速度进行旋转,不仅使纳米催化剂浆料喷涂的更加均匀,还能保证干燥固化过程中的催化剂不产生二次迁移,从而进一步提高纳米催化剂的植入效果。
本发明所述热固化时,首次保温的时间为100-150℃,例如可以是100℃、105℃、110℃、115℃、120℃、125℃、130℃、135℃、140℃、145℃或150℃,首次保温的时间为1-3h,例如可以是1h、1.5h、2h、2.5h或3h;二次保温的温度为400-600℃,例如可以是400℃、420℃、440℃、460℃、480℃、500℃、520℃、540℃、560℃、580℃或600℃,二次保温的时间为3-5h,例如可以是3h、3.5h、4h、4.5h或5h。
优选地,步骤(2)中所述加热固化时的加热方法包括电力加热、燃气加热、微波加热、蒸汽加热或导热油加热中的任意一种或至少两种的组合,典型但非限制性的组合包括电力加热与燃气加热的组合,燃气加热与微波加热的组合,蒸汽加热与微波加热的组合或蒸汽加热与导热油加热的组合,优选为微波加热。
第二方面,本发明提供了一种如第一方面所述制备方法得到的催化滤芯,所述催化滤芯中纳米催化剂的负载质量为3-10%,例如可以是3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%或10%。
第三方面,本发明提供了一种制备如第二方面所述催化滤芯的装置,所述装置包括:浆料储存单元、浆料喷射单元、滤芯固定单元和加热单元。
所述浆料储存单元与浆料喷射单元连接,且二者之间设有浆料输送单元。
所述滤芯固定单元包括自上而下设置的圆滚、移动滑轮以及支撑托架。
所述加热单元为烘干隧道炉。
所述圆滚带动空白陶瓷纤维滤芯滚动,移动滑轮带动圆滚在支撑托架上移动,使浆料喷射单元将浆料喷射于滚动的陶瓷纤维滤芯中,然后陶瓷纤维滤芯移动至烘干隧道炉进行加热固化,冷却后得到催化滤芯。
优选地,所述浆料喷射单元包括多孔浆料喷射管和电动阀门,所述电动阀门控制多孔浆料喷射管喷射浆料的速度,使纳米催化剂浆料均匀地植入空白陶瓷纤维滤芯内部。
优选地,所述滤芯固定单元包括至少两个圆滚,例如可以是2个、3个或4个;其中一个连接有电机,并固定在所述移动滑轮上。
本发明通过连接有电机的圆滚带动空白陶瓷纤维滤芯转动,其余圆滚从动并对空白陶瓷纤维滤芯起到限位的作用,使空白陶瓷纤维滤芯转动的更加平稳,从而使纳米催化剂浆料能够均匀地喷射植入旋转的空白陶瓷纤维滤芯内部。
而且,本发明所述圆滚不仅在空白陶瓷纤维滤芯植入催化剂的过程中使空白陶瓷纤维滤芯转动,还能使空白陶瓷纤维滤芯在加热固化过程中使空白陶瓷纤维滤芯转动,从而有利于纳米催化剂浆料中的纳米催化剂均匀的分散在基体孔道内,增大了活性成分颗粒的铺展面积和催化活性位点。
优选地,所述浆料储存单元为浆料罐。
优选地,所述浆料罐为搅拌浆料罐。
优选地,所述移动滑轮下部设有浆料槽,与所述浆料储存单元连接。
第四方面,本发明提供了如第三方面所述装置的应用,所述应用包括以下步骤:
(1)将浆料罐中的纳米催化剂浆料通过平流泵输送,控制浆料流量从多孔浆料喷射管中喷出,植入随着圆滚旋转的空白陶瓷纤维滤芯内部;其中,植入过程中多余的纳米催化剂浆料回流进入移动滑轮下部的浆料槽中,返回至搅拌浆料罐中;
(2)将植入纳米催化剂的陶瓷纤维滤芯通过移动滑轮送入烘干隧道炉进行加热固化,加热固化过程中,植入纳米催化剂的陶瓷纤维滤芯随着圆滚旋转,固化完成后冷却,得到催化滤芯。
与现有技术方案相比,本发明至少具有以下有益效果:
(1)本发明采用陶瓷纤维滤芯为基体,通过喷射方式将纳米催化剂植入滤芯内部,实现了催化剂从内到外的梯度分布,避免了浸渍过程中陶瓷纤维滤芯外层的致密膜被催化剂堵塞或者酸腐蚀的影响;
(2)本发明所述陶瓷纤维滤芯内负载纳米催化剂颗粒,其中,纳米催化剂颗粒在植入与干燥固化过程中不断旋转,有利于纳米催化剂颗粒均匀地分散在陶瓷纤维滤芯内的基体孔道内,增大了活性成分颗粒的铺展面积和催化活性位点,而且纳米催化剂的平均粒径较小,对基体孔道的气体流量影响小,所得催化滤芯的阻力不会太高,在1m/min的过滤风速下,压降低于600Pa;
(3)本发明所得催化滤芯,从外到内依次为致密膜和催化层,致密膜的结构致密,孔径小,能有效地将烟气中的粉尘截留在滤芯表面,使处理后气体的含尘量低于1mg/m3,从而达到除尘的目的;同时无尘烟气与催化层中催化剂发生化学反应,达到催化的目的,在250-400℃内的脱硝活性最高可到98%以上;本发明所得催化滤芯集除尘和催化功效于一体,占地面积小,初始投资少,运行维护简单,成本低,适合大规模工业化推广和应用;
(4)本发明提供的一种陶瓷纤维滤芯催化剂内植入方法与系统可同时对多根空白陶瓷纤维滤芯进行操作,所得催化滤芯内部的纳米催化剂浆料分布均匀,克服了浸渍法带来的陶瓷纤维滤芯吸水率不同带来的负载量与膜厚度不同的问题。
附图说明
图1为实施例1所述制备催化滤芯的装置的结构示意图;
图2为实施例1所述制备催化滤芯的装置的俯视结构示意图;
图3为实施例2所述制备催化滤芯的装置的结构示意图;
图4为实施例2所述制备催化滤芯的装置的俯视结构示意图。
其中:1,搅拌浆料罐;2,平流泵;3,电动阀门;4,多孔浆料喷射管;51,圆滚;52,移动滑轮;53,支撑托架;6,烘干隧道炉;7,浆料槽。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
为更好地说明本发明,便于理解本发明的技术方案,本发明的典型但非限制性的实施例如下:
实施例1
本实施例提供了一种制备催化滤芯的装置,所述装置的结构示意图如图1与图2所示,所述装置包括:浆料储存单元、浆料喷射单元、滤芯固定单元和加热单元。
所述浆料储存单元与浆料喷射单元之间设有平流泵2,所述浆料储存单元为搅拌浆料罐1,所述浆料喷射单元包括多孔浆料喷射管4和电动阀门3,所述平流泵2的入口与搅拌浆料罐1的出口连接,所述平流泵2的出口通过电动阀门3与多孔浆料喷射管4连接。
所述滤芯固定单元包括自上而下设置的圆滚51、移动滑轮52以及支撑托架53,圆滚51的数量为两个,其中一个连接有电机,另一个圆滚51从动,并对空白陶瓷纤维滤芯起到限位的作用。
所述加热单元为烘干隧道炉6。
实施例2
本实施例提供了一种制备催化滤芯的装置,所述装置的结构示意图如图3与图4所示,所述装置包括:浆料储存单元、浆料喷射单元、滤芯固定单元和加热单元。
所述浆料储存单元与浆料喷射单元之间设有平流泵2,所述浆料储存单元为搅拌浆料罐1,所述浆料喷射单元包括多孔浆料喷射管4和电动阀门3,所述平流泵2的入口与搅拌浆料罐1的出口连接,所述平流泵2的出口通过电动阀门3与多孔浆料喷射管4连接。
所述滤芯固定单元包括自上而下设置的圆滚51、移动滑轮52以及支撑托架53,圆滚51的数量为四个,其中一个连接有电机,另外三个圆滚51从动,并对空白陶瓷纤维滤芯起到限位的作用。
所述加热单元为烘干隧道炉6。
所述移动滑轮52下部设置有浆料槽7,所述浆料槽7与搅拌浆料罐1连接。
应用例1
本应用例提供了一种应用实施例1提供的装置制备催化滤芯的方法,本应用例所用空白陶瓷纤维滤芯的直径为120mm,壁厚为15mm,孔隙率为60%,外表面致密膜孔径为5μm、厚度为0.4mm;所用纳米催化剂为V-W-Ti纳米催化剂,纳米催化剂浆料的固含量为5%,粒度D50为0.5μm。
所述方法包括如下步骤:
(1)将搅拌浆料罐1中的纳米催化剂浆料通过恒流泵输送,通过电动阀门3控制浆料的流量,控制浆料流量从多孔浆料喷射管4中喷出,均匀植入随着圆滚51旋转的空白陶瓷纤维滤芯内部,所述空白陶瓷纤维滤芯的转速为8r/min;
(2)将植入纳米催化剂的陶瓷纤维滤芯通过移动滑轮52送入烘干隧道炉6,植入纳米催化剂的陶瓷纤维滤芯随着圆滚51旋转,旋转的转速为8r/min,先在130℃下保温2h,然后升温至500℃保温4h,使纳米催化剂固定在陶瓷纤维滤芯内部,冷却后得到催化滤芯。
本应用例制备的催化滤芯中催化剂的总负载量为7%,在1m/min的过滤风速下,压降低于400Pa,过滤后气体含尘量由600mg/m3降至低于5mg/m3,在250-400℃内的脱硝活性大于80%。
应用例2
本应用例提供了一种应用实施例2提供的装置制备催化滤芯的方法,本应用例所用空白陶瓷纤维滤芯的直径为150mm,壁厚为18mm,孔隙率为70%,外表面致密膜孔径为8μm、厚度为0.5mm;所用纳米催化剂为V-W-Ti纳米催化剂,纳米催化剂浆料的固含量为8%,粒度D50为0.8μm。
所述方法包括如下步骤:
(1)将搅拌浆料罐1中的纳米催化剂浆料通过恒流泵输送,通过电动阀门3控制浆料的流量,控制浆料流量从多孔浆料喷射管4中喷出,均匀植入随着圆滚51旋转的空白陶瓷纤维滤芯内部,所述空白陶瓷纤维滤芯的转速为9r/min,植入过程中多余的纳米催化剂浆料回流进入移动滑轮52下部的浆料槽7中,返回至搅拌浆料罐1中;
(2)将植入纳米催化剂的陶瓷纤维滤芯通过移动滑轮52送入烘干隧道炉6,植入纳米催化剂的陶瓷纤维滤芯随着圆滚51旋转,旋转的转速为9r/min,先在140℃下保温1.5h,然后升温至550℃保温3.5h,使纳米催化剂固定在陶瓷纤维滤芯内部,冷却后得到催化滤芯。
本应用例制备的催化滤芯中催化剂的总负载量为10%,在1m/min的过滤风速下,压降低于500Pa,过滤后气体含尘量由500mg/m3降至低于1mg/m3,在250-400℃内的脱硝活性在98%以上。
应用例3
本应用例提供了一种应用实施例2提供的装置制备催化滤芯的方法,本应用例所用空白陶瓷纤维滤芯的直径为90mm,壁厚为12mm,孔隙率为55%,外表面致密膜孔径为3μm、厚度为0.3mm;所用纳米催化剂为V-W-Ti纳米催化剂,纳米催化剂浆料的固含量为4%,粒度D50为0.3μm。
所述方法包括如下步骤:
(1)将搅拌浆料罐1中的纳米催化剂浆料通过恒流泵输送,通过电动阀门3控制浆料的流量,控制浆料流量从多孔浆料喷射管4中喷出,均匀植入随着圆滚51旋转的空白陶瓷纤维滤芯内部,所述空白陶瓷纤维滤芯的转速为6r/min,植入过程中多余的纳米催化剂浆料回流进入移动滑轮52下部的浆料槽7中,返回至搅拌浆料罐1中;
(2)将植入纳米催化剂的陶瓷纤维滤芯通过移动滑轮52送入烘干隧道炉6,植入纳米催化剂的陶瓷纤维滤芯随着圆滚51旋转,旋转的转速为6r/min,先在120℃下保温2.5h,然后升温至450℃保温4.5h,使纳米催化剂固定在陶瓷纤维滤芯内部,冷却后得到催化滤芯。
本应用例制备的催化滤芯中催化剂的总负载量为5%,在1m/min的过滤风速下,压降低于400Pa,过滤后气体含尘量由1500mg/m3降至低于5mg/m3,在250-400℃内的脱硝活性大于80%。
应用例4
本应用例提供了一种应用实施例2提供的装置制备催化滤芯的方法,本应用例所用空白陶瓷纤维滤芯的直径为200mm,壁厚为20mm,孔隙率为80%,外表面致密膜孔径为10μm、厚度为0.6mm;所用纳米催化剂为V-W-Ti纳米催化剂,纳米催化剂浆料的固含量为10%,粒度D50为1μm。
所述方法包括如下步骤:
(1)将搅拌浆料罐1中的纳米催化剂浆料通过恒流泵输送,通过电动阀门3控制浆料的流量,控制浆料流量从多孔浆料喷射管4中喷出,均匀植入随着圆滚51旋转的空白陶瓷纤维滤芯内部,所述空白陶瓷纤维滤芯的转速为10r/min,植入过程中多余的纳米催化剂浆料回流进入移动滑轮52下部的浆料槽7中,返回至搅拌浆料罐1中;
(2)将植入纳米催化剂的陶瓷纤维滤芯通过移动滑轮52送入烘干隧道炉6,植入纳米催化剂的陶瓷纤维滤芯随着圆滚51旋转,旋转的转速为10r/min,先在150℃下保温1h,然后升温至600℃保温3h,使纳米催化剂固定在陶瓷纤维滤芯内部,冷却后得到催化滤芯。
本应用例制备的催化滤芯中催化剂的总负载量为10%,在1m/min的过滤风速下,压降低于600Pa,过滤后气体含尘量由300mg/m3降至低于5mg/m3,在250-400℃内的脱硝活性大于90%。
应用例5
本应用例提供了一种应用实施例2提供的装置制备催化滤芯的方法,本应用例所用空白陶瓷纤维滤芯的直径为60mm,壁厚为10mm,孔隙率为50%,外表面致密膜孔径为1μm、厚度为0.2mm;所用纳米催化剂为V-W-Ti纳米催化剂,纳米催化剂浆料的固含量为3%,粒度D50为0.1μm。
所述方法包括如下步骤:
(1)将搅拌浆料罐1中的纳米催化剂浆料通过恒流泵输送,通过电动阀门3控制浆料的流量,控制浆料流量从多孔浆料喷射管4中喷出,均匀植入随着圆滚51旋转的空白陶瓷纤维滤芯内部,所述空白陶瓷纤维滤芯的转速为5r/min,植入过程中多余的纳米催化剂浆料回流进入移动滑轮52下部的浆料槽7中,返回至搅拌浆料罐1中;
(2)将植入纳米催化剂的陶瓷纤维滤芯通过移动滑轮52送入烘干隧道炉6,植入纳米催化剂的陶瓷纤维滤芯随着圆滚51旋转,旋转的转速为5r/min,先在100℃下保温3h,然后升温至400℃保温5h,使纳米催化剂固定在陶瓷纤维滤芯内部,冷却后得到催化滤芯。
本应用例制备的催化滤芯中催化剂的总负载量为3%,在1m/min的过滤风速下,压降低于300Pa,过滤后气体含尘量由10000mg/m3降至低于5mg/m3,在250-400℃内的脱硝活性大于75%。
对比应用例1
本对比应用例提供了一种催化滤芯的制备方法,所述方法包括如下步骤:
(1)将壁厚为15mm,孔隙率为60%,外表面致密膜孔径为5μm、厚度为0.4mm的空白陶瓷纤维滤芯静态浸入固含量为5%、粒径D50为0.5μm的纳米催化剂浆料中60min,所述纳米催化剂浆料中的纳米催化剂为V-W-Ti纳米催化剂;
(2)将浸取催化剂浆料后的陶瓷纤维滤芯送入烘干隧道炉6中进行静态烘干,先在130℃下保温2h,然后升温至500℃保温4h,使纳米催化剂固定,冷却后得到催化滤芯。
使本对比应用例制备的催化滤芯中催化剂的总负载量为7%,在1m/min的过滤风速下,压降高于600Pa,过滤后气体含尘量由600mg/m3降至低于5mg/m3,在250-400℃内的脱硝活性低于60%。
对比应用例2
本对比应用例提供了一种催化滤芯的制备方法,所述方法包括如下步骤:
(1)将壁厚为18mm,孔隙率为70%,外表面致密膜孔径为8μm、厚度为0.5mm的空白陶瓷纤维滤芯静态浸入固含量为8%、粒径D50为0.8μm的纳米催化剂浆料中60min,所述纳米催化剂浆料中的纳米催化剂为V-W-Ti纳米催化剂;
(2)将浸取催化剂浆料后的陶瓷纤维滤芯送入烘干隧道炉6中进行静态烘干,先在140℃下保温1.5h,然后升温至550℃保温3.5h,使纳米催化剂固定,冷却后得到催化滤芯。
使本对比应用例制备的催化滤芯中催化剂的总负载量为10%,在1m/min的过滤风速下,压降高于800Pa,过滤后气体含尘量由500mg/m3降至低于8mg/m3,在250-400℃内的脱硝活性低于70%。
对比应用例3
本对比应用例提供了一种催化滤芯的制备方法,所述方法包括如下步骤:
(1)将壁厚为12mm,孔隙率为55%,外表面致密膜孔径为3μm、厚度为0.3mm的空白陶瓷纤维滤芯静态浸入固含量为4%、粒径D50为0.3μm的纳米催化剂浆料中60min,所述纳米催化剂浆料中的纳米催化剂为V-W-Ti纳米催化剂;
(2)将浸取催化剂浆料后的陶瓷纤维滤芯送入烘干隧道炉6中进行静态烘干,先在120℃下保温2.5h,然后升温至450℃保温4.5h,使纳米催化剂固定,冷却后得到催化滤芯。
使本对比应用例制备的催化滤芯中催化剂的总负载量为5%,在1m/min的过滤风速下,压降高于1500Pa,过滤后气体含尘量由1500mg/m3降至低于5mg/m3,在250-400℃内的脱硝活性低于56%。
对比应用例4
本对比应用例提供了一种催化滤芯的制备方法,所述方法包括如下步骤:
(1)将壁厚为20mm,孔隙率为80%,外表面致密膜孔径为10μm、厚度为0.6mm的空白陶瓷纤维滤芯静态浸入固含量为10%、粒径D50为1μm的纳米催化剂浆料中60min,所述纳米催化剂浆料中的纳米催化剂为V-W-Ti纳米催化剂;
(2)将浸取催化剂浆料后的陶瓷纤维滤芯送入烘干隧道炉6中进行静态烘干,先在150℃下保温1h,然后升温至600℃保温3h,使纳米催化剂固定,冷却后得到催化滤芯。
使本对比应用例制备的催化滤芯中催化剂的总负载量为10%,在1m/min的过滤风速下,压降高于2000Pa,过滤后气体含尘量由300mg/m3降至低于5mg/m3,在250-400℃内的脱硝活性低于77%。
对比应用例5
本对比应用例提供了一种催化滤芯的制备方法,所述方法包括如下步骤:
(1)将壁厚为10mm,孔隙率为50%,外表面致密膜孔径为1μm、厚度为0.2mm的空白陶瓷纤维滤芯静态浸入固含量为3%、粒径D50为0.1μm的纳米催化剂浆料中60min,所述纳米催化剂浆料中的纳米催化剂为V-W-Ti纳米催化剂;
(2)将浸取催化剂浆料后的陶瓷纤维滤芯送入烘干隧道炉6中进行静态烘干,先在100℃下保温3h,然后升温至400℃保温5h,使纳米催化剂固定,冷却后得到催化滤芯。
使本对比应用例制备的催化滤芯中催化剂的总负载量为3%,在1m/min的过滤风速下,压降高于1500Pa,过滤后气体含尘量由10000mg/m3降至低于5mg/m3,在250-400℃内的脱硝活性低于50%。
综上所述,本发明所述陶瓷纤维滤芯内负载纳米催化剂颗粒,其中,纳米催化剂颗粒在植入与干燥固化过程中不断旋转,有利于纳米催化剂颗粒均匀地分散在陶瓷纤维滤芯内的基体孔道内,增大了活性成分颗粒的铺展面积和催化活性位点,而且纳米催化剂的平均粒径较小,对基体孔道的气体流量影响小。
而且由内向外的植入方式实现了催化剂从内向外的梯度分布,避免了外壁过多催化剂堵塞表面膜的堵塞,所得催化滤芯的阻力不会太高,克服了传统浸渍(泡)法带来的陶瓷纤维催化滤芯中催化剂表面负载过多,压降过大的问题,同时旋转干燥的方式使得催化剂固化过程中不会产生二次迁移,影响其分布状态。
本发明所得催化滤芯在1m/min的过滤风速下,压降低于600Pa,过滤后气体中的含尘量低于1mg/m3,在250-400℃内的脱硝活性最高达到98%以上。
申请人声明,本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征,但本发明并不局限于上述详细结构特征,即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了,对本发明的任何改进,对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等,均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种催化滤芯的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括如下步骤:将纳米催化剂浆料通过喷射的方式植入空白陶瓷纤维滤芯内部,经过加热固化后得到催化滤芯。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括以下步骤:
(1)将纳米催化剂浆料喷射植入旋转的空白陶瓷纤维滤芯内部;
(2)植入纳米催化剂的陶瓷纤维滤芯在旋转的条件下进行加热固化,将纳米催化剂固定在滤芯上,固化完成后冷却,得到催化滤芯。
3.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)所述纳米催化剂浆料的固含量为3-10%;
优选地,步骤(1)所述纳米催化剂浆料中粒度分布为0.1-1μm。
4.根据权利要求2或3所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)所述空白陶瓷纤维滤芯的壁厚为10-20mm;
优选地,步骤(1)所述空白陶瓷纤维滤芯的孔隙率为50-80%;
优选地,步骤(1)所述空白陶瓷纤维滤芯外表面的致密膜孔径为1-10μm,厚度为0.2-0.6mm。
5.根据权利要求2-4任一项所述的制备方法,其特征在于,步骤(2)所述加热固化的具体操作为:先在100-150℃下保温1-3h,然后升温至400-600℃,保温3-5h;
优选地,步骤(1)所述旋转的转速为5-10r/min;
优选地,步骤(2)所述旋转的转速为5-10r/min。
6.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,步骤(2)中所述加热固化时的加热方法包括电力加热、燃气加热、微波加热、蒸汽加热或导热油加热中的任意一种或至少两种的组合,优选为微波加热。
7.一种如权利要求1-6任一项所述的制备方法得到的催化滤芯,其特征在于,所述催化滤芯中纳米催化剂的负载质量为3-10%。
8.一种制备如权利要求7所述催化滤芯的装置,其特征在于,所述装置包括:浆料储存单元、浆料喷射单元、滤芯固定单元和加热单元;
所述浆料储存单元与浆料喷射单元连接,且二者之间设有浆料输送单元;
所述滤芯固定单元包括自上而下设置的圆滚、移动滑轮以及支撑托架;
所述加热单元为烘干隧道炉。
9.根据权利要求8所述的装置,其特征在于,所述浆料喷射单元包括多孔浆料喷射管和电动阀门;
优选地,所述浆料输送单元包括恒流泵,所述恒流泵的入口与浆料储存单元连接,恒流泵的出口与浆料喷射单元连接;
优选地,所述滤芯固定单元包括至少两个圆滚,其中一个连接有电机,并固定在所述移动滑轮上;
优选地,所述浆料储存单元为浆料罐;
优选地,所述移动滑轮下部设有浆料槽,与所述浆料储存单元连接。
10.根据权利要求8或9所述的装置的应用,其特征在于,所述应用包括以下步骤:
(1)将搅拌浆料罐中的纳米催化剂浆料通过恒流泵输送,控制浆料流量从多孔浆料喷射管中喷出,植入随着圆滚旋转的空白陶瓷纤维滤芯内部;其中,植入过程中多余的纳米催化剂浆料回流进入移动滑轮下部的浆料槽中,返回至搅拌浆料罐中;
(2)将植入纳米催化剂的陶瓷纤维滤芯通过移动滑轮送入烘干隧道炉进行加热固化,加热固化过程中,植入纳米催化剂的陶瓷纤维滤芯随着圆滚旋转,固化完成后冷却,得到催化滤芯。
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