CN110694353B - 一种陶瓷纤维催化滤芯及其一体化制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种陶瓷纤维催化滤芯及其一体化制备方法。该一体化制备方法包括如下步骤:(1)将催化剂制备成催化剂浆料,将陶瓷短纤维制备成陶瓷短纤维浆料;(2)无机纤维布负载上步骤(1)制备得到的所述催化剂浆料,受热固化后得到催化滤布;(3)将步骤(2)制备得到的所述催化滤布负载上步骤(1)制备得到的所述陶瓷短纤维浆料,在真空模具上缠绕成型,经脱模、干燥处理得到陶瓷纤维催化滤芯。该一体化制备方法流程简单、占地空间小、成本较低、制备尺寸可调节。制备得到的陶瓷纤维催化滤芯具有催化剂分布均匀、气孔率高、机械强度高、耐磨损性能优良的特点。
Description
技术领域
本发明涉及烟气净化领域,具体地说,涉及一种陶瓷纤维催化滤芯及其一体化制备方法。
背景技术
随着国家经济快速发展,我国以氮氧化物和二噁英为特征的区域性大气污染问题日益突出。氮氧化物是造成雾霾的重要原因,会引起酸雨、光化学烟雾等现象。二噁英是一种致癌物,会造成严重的生殖和发育问题,严重影响免疫系统。面对越来越严峻的环境问题,国家出台了一系列的措施,制定了严格的大气污染物排放标准,研究者也加紧了对烟气净化技术的研发。但是,目前烟气净化技术还存在一些薄弱点,比如烟气的除尘、脱硝和脱二噁英等净化技术都是单独进行开发的,形成了各自的技术体系和工艺流程,导致现阶段烟气净化系统占地面积大,工序繁杂,设备造价高,而且多套设备串联容易出现互相影响造成故障,导致设备整体运行状况不佳,增加维护运营成本。为此,开发除尘和脱硝脱二噁英的协同技术具有重要意义。
为了解决上述问题,研究者进行了相关研究,主要致力于将脱硝脱二噁英催化剂负载在除尘载体上。高温陶瓷过滤材料作为常用的除尘载体,具有使用温度高、孔隙率高、机械强度大、适用范围广、过滤效率高等优点,在烟气净化领域显示出极大优势。目前,将催化剂负载在高温陶瓷过滤材料上的制备方法主要有如下两种:
一种是在以碳化硅、刚玉、堇青石、铝矾土或莫来石为原料整体挤压制得的高密度颗粒堆积过滤元件上,采用浸渍法、溶胶凝胶法、涂覆法将催化剂负载上去的制备方法。例如CN107803113A公开了一种烟气除尘脱硝脱二噁英一体化陶瓷过滤器的制备方法,该制备方法采用以钛酸铝、高铝或刚玉为材质的除尘陶瓷过滤器为载体,超声浸渍上可溶性催化活性组分,通过自蔓延燃烧反应在除尘陶瓷过滤器孔内负载上硝脱脱二噁英活性物质,制得烟气除尘脱硝脱二噁英一体化陶瓷过滤器。该制备方法的缺陷在于,制备得到的一体化陶瓷过滤器气孔率较低、过滤阻力大、韧性差,高温易发生脆性断裂,同时该一体化陶瓷过滤器的尺寸不易调节,大尺寸级别的制备困难、成本较高,不利于大规模应用。
另一种是采用陶瓷纤维为原料真空抽滤制得低密度陶瓷纤维过滤元件后,再将催化剂负载上去的制备方法。例如CN109091956A公开了一种基于陶瓷纤维的除尘脱硝一体化滤料的制备方法,该制备方法将陶瓷纤维布浸渍上催化剂浆料后,经干燥煅烧再覆上陶瓷纤维复合膜,制得除尘脱硝脱二噁英一体化滤料。该制备方法的缺陷在于,制备得到的一体化滤料的机械强度较低,抗磨损能力弱,并且因烟气停留时间短而导致催化活性降低,只适用于烟气流速低且含尘量较低的应用场合。
以上现有技术中的制备方法,均是先制备高温陶瓷过滤材料,再负载上催化剂,使得制备的陶瓷催化过滤材料具备催化和除尘的双重功能。但是,这些制备方法普遍存在过程复杂、成本较高、无法实现催化剂和陶瓷过滤材料的一体化制备等问题。制备得到的陶瓷催化过滤材料也存在气孔率较低、机械强度较低,尺寸不易调节,大尺寸级别的制备困难、成本较高等问题。
发明内容
鉴于现有技术中存在的问题,本发明提出一种以无机纤维布为载体,先后涂覆上催化剂浆料、陶瓷短纤维浆料后,在真空模具上缠绕成型并进一步得到陶瓷纤维催化滤芯的一体化制备方法。由该方法制备得到的陶瓷纤维催化滤芯不仅具备除尘和脱硝脱二噁英的双重功能,还可以调节尺寸来适应各种应用场合。
本发明的目的之一在于提供一种陶瓷纤维催化滤芯的一体化制备方法,包括如下步骤:
(1)将催化剂制备成催化剂浆料,将陶瓷短纤维制备成陶瓷短纤维浆料;
(2)无机纤维布负载上步骤(1)制备得到的所述催化剂浆料,受热固化后得到催化滤布;
(3)将步骤(2)制备得到的所述催化滤布负载上步骤(1)制备得到的所述陶瓷短纤维浆料,在真空模具上缠绕成型,经脱模、干燥处理得到陶瓷纤维催化滤芯。
本发明提供的一种陶瓷纤维催化滤芯的一体化制备方法,以无机纤维布为基体,负载上催化剂后,通过缠绕陶瓷短纤维并真空成型的方式制备尺寸可调节的催化除尘一体化的长管状陶瓷纤维催化滤芯。该陶瓷纤维催化滤芯不仅保留了陶瓷纤维特有的高孔隙率和低过滤阻力,还依靠无机纤维布为催化剂提供有效支撑,使得催化剂均匀分散,同时该陶瓷纤维催化滤芯的机械强度和耐磨损性能均有所提高。
作为本发明优选地技术方案,步骤(1)所述催化剂浆料包括所述催化剂、固化剂和水。
优选地,步骤(1)所述催化剂浆料中催化剂的质量浓度为20-50%,如20%、25%、30%、35%、40%、45%或50%等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地,步骤(1)所述催化剂浆料中固化剂的质量浓度为5-20%,如5%、7%、10%、12%、15%、18%或20%等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地,步骤(1)所述催化剂浆料中固体的粒度为0.1-1μm,如0.1μm、0.2μm、0.3μm、0.4μm、0.5μm、0.6μm、0.7μm、0.8μm、0.9μm或1μm等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地,所述催化剂为过渡金属氧化物催化剂。
优选地,所述过渡金属氧化物催化剂包括钒钛系催化剂、锰系催化剂或氧化铁系催化剂中的任意一种或至少两种的混合物,所述混合物典型但非限制性的实例是:钒钛系催化剂和锰系催化剂的混合物,钒钛系催化剂和氧化铁系催化剂的混合或锰系催化剂和氧化铁系催化剂的混合物等。
钒钛系催化剂指的是以五氧化二钒为活性组分,三氧化钼或三氧化钨为助剂,二氧化钛为载体的复合氧化物纳米催化剂;锰系催化剂指的是以不同价态的氧化锰复合而成的催化剂;氧化铁系催化剂指的是氧化铁和氧化铜等复合而成的催化剂。
优选地,所述过渡金属氧化物催化剂包括五氧化二钒、三氧化二钒、二氧化钒、三氧化钼、三氧化钨、五氧化三钛、三氧化二钛、四氧化三锰、二氧化锰、氧化铜、四氧化三铁或三氧化二铁中的任意一种或至少两种的混合物,所述混合物典型但非限制性的实例是:五氧化二钒、三氧化二钒和五氧化三钛的混合物,五氧化二钒、三氧化钼和二氧化钛的混合物,五氧化二钒、三氧化钨和二氧化钛的混合物,三氧化二钒、二氧化钒和三氧化二钛的混合物,五氧化二钒、五氧化三钛和三氧化二钛的混合物,四氧化三锰和二氧化锰的混合物,四氧化三铁和氧化铜的混合物或四氧化三铁和三氧化二铁的混合物等。
优选地,所述固化剂包括聚乙烯醇、聚丙烯酸酯、聚四氟乙烯、聚乙烯醇缩醛、聚乙酸乙烯酯或聚异丁烯中的任意一种或至少两种的混合物,所述混合物典型但非限制性的实例是:聚乙烯醇和聚丙烯酸酯的混合物,聚丙烯酸酯和聚乙酸乙烯酯的混合物,聚乙烯醇和聚乙烯醇缩醛的混合物,聚丙烯酸酯、聚四氟乙烯和聚乙酸乙烯酯的混合物,聚丙烯酸酯、聚乙烯醇缩醛和聚异丁烯的混合物,聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯和聚异丁烯的混合物或聚乙烯醇缩醛、聚乙酸乙烯酯和聚异丁烯的混合物等。
作为本发明优选地技术方案,步骤(1)所述陶瓷短纤维浆料包括所述陶瓷短纤维、分散剂、粘结剂和水。
优选地,步骤(1)所述陶瓷短纤维浆料中陶瓷短纤维的质量浓度为3-40%,如3%、5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%或40%等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地,步骤(1)所述陶瓷短纤维浆料中分散剂的质量浓度为1-5%,如1%、2%、3%、4%或5%等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地,步骤(1)所述陶瓷短纤维浆料中粘结剂的质量浓度为5-10%,如5%、6%、7%、8%、9%或10%等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地,步骤(1)所述陶瓷短纤维浆料的制备方法包括,将所述陶瓷短纤维、所述分散剂、所述粘结剂和水进行搅拌和/或球磨。
优选地,步骤(1)所述陶瓷短纤维浆料中陶瓷短纤维的纤维直径为2-15μm,如2μm、3μm、5μm、7μm、9μm、10μm、12μm、14μm或15μm等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地,步骤(1)所述陶瓷短纤维浆料中陶瓷短纤维的纤维长度为0.1-6μm,如0.1μm、0.3μm、0.5μm、0.8μm、1μm、2μm、3μm、4μm、5μm或6μm等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地,所述陶瓷短纤维包括硅酸铝纤维、高铝纤维、莫来石纤维、石英纤维或高硅氧纤维中的任意一种或至少两种的混合物,所述混合物典型但非限制性的实例是:硅铝酸纤维和高铝纤维的混合物,高铝纤维和高硅氧纤维的混合物,莫来石纤维和石英纤维的混合物,硅酸铝纤维和莫来石纤维的混合物,硅酸铝纤维、高铝纤维和高硅氧纤维的混合物,莫来石纤维、石英纤维和高硅氧纤维的混合物或硅酸铝纤维、高铝纤维、石英纤维和高硅氧纤维的混合物等。
优选地,所述分散剂为乙烯基双硬脂酰胺、单硬脂酸甘油酯、三硬脂酸甘油酯或油酸酰中的任意一种或至少两种的混合物,所述混合物典型但非限制性的实例是:乙烯基双硬脂酰胺和单硬脂酸甘油酯的混合物,单硬脂酸甘油酯和三硬脂酸甘油酯的混合物,乙烯基双硬脂酰胺和酸酰的混合物或单硬脂酸甘油酯、三硬脂酸甘油酯和油酸酰的混合物等。
优选地,所述粘结剂包括水玻璃、硅溶胶、铝溶胶、磷酸二氢铝或硅胶中的任意一种或至少两种的混合物,所述混合物典型但非限制性的实例是:水玻璃和硅溶胶的混合物,硅溶胶和铝溶胶的混合物,硅溶胶和硅胶的混合物,铝溶胶和磷酸二氢铝的混合物,水玻璃、硅溶胶和铝溶胶的混合物,硅溶胶、铝溶胶和磷酸二氢铝的混合物或硅溶胶、铝溶胶和硅胶的混合物等。
作为本发明优选地技术方案,步骤(2)所述无机纤维布包括玻璃纤维布、高硅氧纤维布、陶瓷纤维布或石棉纤维布中的任意一种或至少两种的混合物,所述混合物典型但非限制性的实例是:玻璃纤维布和高硅氧纤维布的混合物,高硅氧纤维布和陶瓷纤维布的混合物,玻璃纤维布和陶瓷纤维布的混合物或陶瓷纤维布和石棉纤维布的混合物等。
优选地,步骤(2)所述无机纤维布的通孔率为40-80%,如40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%或80%等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地,步骤(2)所述无机纤维布的孔径为0.3-0.6mm,如0.3mm、0.4mm、0.5mm或0.6mm等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地,步骤(2)所述无机纤维布的纤维直径为2-10μm,如2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm或10μm等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地,步骤(2)所述无机纤维布的宽度为0.5-10m,如0.5m、1m、2m、3m、4m、5m、6m、7m、8m、9m或10m等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选地技术方案,步骤(2)所述无机纤维布负载上所述催化剂浆料后去除水分。
作为本发明优选地技术方案,步骤(2)所述受热固化的温度为100-200℃,如100℃、120℃、150℃、170℃或200℃等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地,步骤(2)所述受热固化的时间为30-80min,如30min、40min、50min、60min、70min或80min等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地,步骤(2)所述受热固化的方式为微波或鼓风干燥固化。
作为本发明优选地技术方案,步骤(3)所述缠绕成型伴随着所述真空模具内部抽真空。
优选地,步骤(3)所述真空模具为圆筒型。
优选地,步骤(3)所述真空模具的真空度为0.03-0.09MPa,如0.03MPa、0.04MPa、0.05MPa、0.06MPa、0.07MPa、0.08MPa或0.09MPa等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地,步骤(3)所述缠绕成型的缠绕厚度达到5-20mm之后,截断所述催化滤布,如5mm、6mm、8mm、10mm、11mm、13mm、15mm、16mm、18mm或20mm等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地,将截断所述催化滤布的真空模具升至空气中继续抽真空10-30min,10min、15min、20min、25min或30min等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选地技术方案,步骤(3)所述干燥处理的干燥温度为50-200℃,如50℃、70℃、100℃、130℃、150℃、180℃或200℃等,并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地,步骤(3)所述干燥处理的干燥时间为10-30h,如10h、11h、13h、15h、16h、18h、20h、22h、24h、25h、27h、29h或30h等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选地技术方案,所述一体化制备方法包括如下步骤:
(1)所述催化剂浆料的制备:将所述催化剂、所述固化剂和水混合均匀,得到催化剂的质量浓度为20-50%固体的粒度为0.1-1μm的所述催化剂浆料;
所述陶瓷短纤维浆料的制备:将所述陶瓷短纤维、所述分散剂、所述粘结剂和水混合均匀,得到陶瓷短纤维的质量浓度为3-40%的所述陶瓷短纤维浆料;
其中,所述陶瓷短纤维浆料中陶瓷短纤维的纤维直径为2-15μm,纤维长度为0.1-6μm;
(2)将通孔率为40-80%、孔径为0.3-0.6mm、纤维直径为2-10μm、宽度为0.5-10m的所述无机纤维布负载上步骤(1)制备得到的所述催化剂浆料后去除水分,在100-200℃下受热固化30-80min,得到所述催化滤布;
(3)将步骤(2)制备得到的所述催化滤布负载上步骤(1)制备得到的所述陶瓷短纤维浆料,在所述真空模具上缠绕成型伴随着所述真空模具内部抽真空,当缠绕厚度达到5-20mm之后截断所述催化滤布,将所述真空模具升至空气中继续抽真空10-30min并脱模,然后在50-200℃下干燥处理10-30h得到所述陶瓷纤维催化滤芯;
其中,所述真空模具的真空度为0.03-0.09MPa。
本发明的目的之二在于提供一种采用所述一体化制备方法得到的陶瓷纤维催化滤芯,所述陶瓷纤维催化滤芯为管状结构。
优选地,所述陶瓷纤维催化滤芯的催化剂负载量为5-15%,如5%、7%、9%、10%、12%、14%或15%等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地,所述陶瓷纤维催化滤芯的气孔率为60-80%,如60%、62%、64%、65%、67%、69%、70%、71%、73%、75%、76%、78%或80%等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选为,所述陶瓷纤维催化滤芯的机械强度为5-8MPa,如5MPa、5.5MPa、6MPa、6.5MPa、7MPa、7.5MPa或8MPa等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明所述陶瓷纤维催化滤芯的基本原理是:外层的致密陶瓷膜将烟气中的粉尘截留在外表面,无尘烟气通过载有催化剂的滤芯内层孔道时发生催化反应,依次达到催化和除尘的双重目的。
与现有技术相比,本发明至少具有以下有益效果:
(1)本发明所述一体化制备方法流程简单、占地空间小、成本较低,可连续大批量生产;
(2)本发明所述一体化制备方法,可以制备大尺寸陶瓷纤维催化滤芯,并且可以调节尺寸来适应各种应用场合;
(3)采用本发明所述一体化制备方法得到的陶瓷纤维催化滤芯,催化剂分布均匀,在150-500℃下脱硝脱二噁英活性高于90%。
(4)本发明所述陶瓷纤维催化滤芯气孔率高达80%、在1m/min的过滤风速下压降最小可为400Pa、过滤后气体尘含量最小可为1mg/m3,而且机械强度高达8MPa,耐磨损性能优良。
附图说明
图1是本发明提供的陶瓷纤维催化滤芯一体化制备方法的流程图
图中:1-旋转支架;2-无机纤维布;3-浆料槽;4-定向滚轮;5-催化剂浆料;6-搅拌器;7-转动圆滚;8-烘干隧道炉;9-催化滤布;10-陶瓷短纤维浆料;11-真空模具。
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。本领域技术人员应该明了,所述实施例仅仅是帮助理解本发明,不应视为对本发明的具体限制。
本发明实施例对应的流程图如图1所示,无机纤维布2在定向滚轮4的带动下,从旋转支架1离开并进入浆料槽3,匀速通过并负载上催化剂浆料5,从两个并排的转动圆滚7中间穿过,挤出催化剂浆料中的水,随后进入烘干隧道炉8受热固化得到催化滤布9,催化滤布9匀速通过并负载上陶瓷短纤维浆料10,在真空模具11上缠绕成型,经脱模、干燥处理得到陶瓷纤维催化滤芯。以下实施例均在图1基础上实施。
实施例1
一种陶瓷纤维催化滤芯的一体化制备方法,包括如下步骤:
(1)催化剂浆料的制备:将质量组成为10%五氧化二钒、10%三氧化钼和80%二氧化钛的钒钛系催化剂、聚乙烯醇和水混合均匀,得到固体的粒度为0.1μm的催化剂浆料5,其中钒钛系催化剂的质量浓度为40%,聚乙烯醇的质量浓度为5%;
陶瓷短纤维浆料的制备:将硅酸铝纤维、乙烯基双硬脂酰胺、硅溶胶和水混合,通过球磨制备得到纤维直径为0.1μm纤维长度为2μm的陶瓷短纤维浆料10,其中硅酸铝纤维的质量浓度为20%,乙烯基双硬脂酰胺的质量浓度为1%,硅溶胶的质量浓度为5%;
(2)通孔率为60%、孔径为0.3mm、纤维直径为2μm、宽度为3m的玻璃纤维布2在定向滚轮4的带动下,从旋转支架1离开并进入浆料槽3,匀速通过并负载上催化剂浆料5,从两个并排的转动圆滚7中间穿过,挤出催化剂浆料中的水,随后进入烘干隧道炉8于100℃下受热固化80min,得到催化滤布9;
(3)步骤(2)制备得到的催化滤布9在定向滚轮4的带动下,匀速通过并负载上陶瓷短纤维浆料10,在真空度为0.03MPa的真空模具11上缠绕成型且真空抽滤,当缠绕厚度达到20mm之后截断催化滤布9,将真空模具11升至空气中继续抽真空10min并脱模,然后在200℃下干燥处理10h,得到管状结构陶瓷纤维催化滤芯。
实施例2
一种陶瓷纤维催化滤芯的一体化制备方法,包括如下步骤:
(1)催化剂浆料的制备:将质量组成为60%四氧化三锰和40%二氧化锰的锰系催化剂、聚乙烯醇和水混合均匀,得到固体的粒度为1μm的催化剂浆料5,其中锰系催化剂的质量浓度为30%,聚乙烯醇的质量浓度为20%;
陶瓷短纤维浆料的制备:将高铝纤维、单硬脂酸甘油酯、铝溶胶和水混合,通过搅拌制备得到纤维直径为1.5μm纤维长度为6μm的陶瓷短纤维浆料10,其中高铝纤维的质量浓度为3%,单硬脂酸甘油酯的质量浓度为5%,铝溶胶的质量浓度为10%;
(2)通孔率为70%、孔径为0.4mm、纤维直径为5μm、宽度为5m的高硅氧纤维布2在定向滚轮4的带动下,从旋转支架1离开并进入浆料槽3,匀速通过并负载上催化剂浆料5,从两个并排的转动圆滚7中间穿过,挤出催化剂浆料中的水,随后进入烘干隧道炉8于120℃下受热固化70min,得到催化滤布9;
(3)步骤(2)制备得到的催化滤布9在定向滚轮4的带动下,匀速通过并负载上陶瓷短纤维浆料10,在真空度为0.05MPa的真空模具11上缠绕成型且真空抽滤,当缠绕厚度达到20mm之后截断催化滤布9,将真空模具11升至空气中继续抽真空30min并脱模,然后在105℃下干燥处理25h,得到管状结构陶瓷纤维催化滤芯。
实施例3
一种陶瓷纤维催化滤芯的一体化制备方法,包括如下步骤:
(1)催化剂浆料的制备:将质量组成为80%四氧化三铁和20%氧化铜的氧化铁系催化剂、聚丙烯酸酯和水混合均匀,得到固体的粒度为0.5μm的催化剂浆料5,其中氧化铁系催化剂的质量浓度为40%,聚丙烯酸酯的质量浓度为15%;
陶瓷短纤维浆料的制备:将石英纤维、三硬脂酸甘油酯、铝溶胶和水混合,通过球磨制备得到纤维直径为0.5μm纤维长度为3μm的陶瓷短纤维浆料10,其中石英纤维的质量浓度为20%,三硬脂酸甘油酯的质量浓度为3%,铝溶胶的质量浓度为8%;
(2)通孔率为60%、孔径为0.5mm、纤维直径为10μm、宽度为0.5m的陶瓷纤维布2在定向滚轮4的带动下,从旋转支架1离开并进入浆料槽3,匀速通过并负载上催化剂浆料5,从两个并排的转动圆滚7中间穿过,挤出催化剂浆料中的水,随后进入烘干隧道炉8于200℃下受热固化30min,得到催化滤布9;
(3)步骤(2)制备得到的催化滤布9在定向滚轮4的带动下,匀速通过并负载上陶瓷短纤维浆料10,在真空度为0.09MPa的真空模具11上缠绕成型且真空抽滤,当缠绕厚度达到10mm之后截断催化滤布9,将真空模具11升至空气中继续抽真空20min并脱模,然后在50℃下干燥处理30h,得到管状结构陶瓷纤维催化滤芯。
实施例4
一种陶瓷纤维催化滤芯的一体化制备方法,包括如下步骤:
(1)催化剂浆料的制备:将质量组成为10%五氧化二钒、10%三氧化钨和80%二氧化钛的钒钛系催化剂、聚乙酸乙烯酯和水混合均匀,得到固体的粒度为0.8μm的催化剂浆料5,其中钒钛系催化剂的质量浓度为50%,聚乙酸乙烯酯的质量浓度为10%;
陶瓷短纤维浆料的制备:将石英纤维、三硬脂酸甘油酯、磷酸二氢铝和水混合,通过搅拌制备得到纤维直径为0.5μm纤维长度为10μm的陶瓷短纤维浆料10,其中石英纤维的质量浓度为40%,三硬脂酸甘油酯的质量浓度为4%,磷酸二氢铝的质量浓度为6%;
(2)通孔率为80%、孔径为0.6mm、纤维直径为8μm、宽度为10m的石棉纤维布2在定向滚轮4的带动下,从旋转支架1离开并进入浆料槽3,匀速通过并负载上催化剂浆料5,从两个并排的转动圆滚7中间穿过,挤出催化剂浆料中的水,随后进入烘干隧道炉8于100℃下受热固化80min,得到催化滤布9;
(3)步骤(2)制备得到的催化滤布9在定向滚轮4的带动下,匀速通过并负载上陶瓷短纤维浆料10,在真空度为0.08MPa的真空模具11上缠绕成型且真空抽滤,当缠绕厚度达到5mm之后截断催化滤布9,将真空模具11升至空气中继续抽真空10min并脱模,然后在150℃下干燥处理20h,得到管状结构陶瓷纤维催化滤芯。
实施例5
一种陶瓷纤维催化滤芯的一体化制备方法,包括如下步骤:
(1)催化剂浆料的制备:将质量组成为20%五氧化二钒、60%五氧化三钛和20%三氧化二钛的钒钛系催化剂、聚异丁烯和水混合均匀,得到固体的粒度为0.7μm的催化剂浆料5,其中钒钛系催化剂的质量浓度为40%,聚异丁烯的质量浓度为7%;
陶瓷短纤维浆料的制备:将莫来石纤维、油酸酰、水玻璃和水混合,通过搅拌制备得到纤维直径为8μm纤维长度为4μm的陶瓷短纤维浆料10,其中莫来石纤维的质量浓度为5%,油酸酰的质量浓度为2%,水玻璃的质量浓度为9%;
(2)通孔率为40%、孔径为0.5mm、纤维直径为6μm、宽度为0.5m的石棉纤维布2在定向滚轮4的带动下,从旋转支架1离开并进入浆料槽3,匀速通过并负载上催化剂浆料5,从两个并排的转动圆滚7中间穿过,挤出催化剂浆料中的水,随后进入烘干隧道炉8于150℃下受热固化50min,得到催化滤布9;
(3)步骤(2)制备得到的催化滤布9在定向滚轮4的带动下,匀速通过并负载上陶瓷短纤维浆料10,在真空度为0.07MPa的真空模具11上缠绕成型且真空抽滤,当缠绕厚度达到15mm之后截断催化滤布9,将真空模具11升至空气中继续抽真空25min并脱模,然后在140℃下干燥处理15h,得到管状结构陶瓷纤维催化滤芯。
对比例1
本对比例除了步骤(2)没有进行受热固化,其他工艺条件和实施例1完全相同。
对比例2
本对比例除了步骤(2)采用的是棉麻布,代替无机纤维布,其他工艺条件和实施例2完全相同。
对比例3
本对比例除了步骤(3)没有进行干燥处理,其他工艺条件和实施例3完全相同,则无法制备一体化催化滤管(滤管必须是干燥之后才能使用);另外不添加纤维布,也无法实现纳米催化剂与短纤维的复合。
陶瓷纤维催化滤芯性能测试:将上述制备的陶瓷纤维催化滤芯进行催化剂负载量、气孔率、机械强度、在1m/min过滤风速下的压降、过滤后气体含尘量和脱硝脱二噁英的催化活性,共六项性能测试。其中,性能测试所用初始烟气包括1000mg/m3氮氧化物、1500mg/m3二氧化硫、0.6mg/m3二噁英、12g/m3飞灰。陶瓷纤维催化滤芯性能测试结果见表1。
表1陶瓷纤维催化滤芯性能测试结果
表1的测试结果表明:实施例1至5采用本发明所述一体化制备方法得到的陶瓷纤维催化滤芯,催化剂分布均匀、气孔率高、机械强度高、催化活性>90%,具有良好的除尘和脱硝脱二噁英的双重功能。对比例1因为在步骤(2)没有进行受热固化,导致该方法得到的陶瓷纤维催化滤芯各个测试结果均较差,尤其是机械强度和过滤后气体含尘量较差。对比例2因为在步骤(2)采用的是棉麻布,导致该方法得到的陶瓷纤维催化滤芯主要存在机械强度较差的问题。对比例3因为在步骤(3)没有进行干燥处理,导致该方法得到的陶瓷纤维催化滤芯在机械强度、压降和催化活性存在严重缺陷。
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。
以上详细描述了本发明的优选实施方式,但是,本发明并不限于上述实施方式中的具体细节,在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种简单变型,这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是,在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征,在不矛盾的情况下,可以通过任何合适的方式进行组合,为了避免不必要的重复,本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外,本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合,只要其不违背本发明的思想,其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (29)
1.一种陶瓷纤维催化滤芯的一体化制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)将催化剂制备成催化剂浆料,将陶瓷短纤维制备成陶瓷短纤维浆料;
(2)无机纤维布负载上步骤(1)制备得到的所述催化剂浆料,受热固化后得到催化滤布;
其中,所述无机纤维布包括玻璃纤维布、高硅氧纤维布、陶瓷纤维布或石棉纤维布中的任意一种或至少两种的混合物;
所述无机纤维布的通孔率为40-80%,孔径为0.3-0.6mm,纤维直径为2-10μm,所述无机纤维布的宽度为0.5-10m;
(3)将步骤(2)制备得到的所述催化滤布负载上步骤(1)制备得到的所述陶瓷短纤维浆料,在真空模具上缠绕成型,经脱模、干燥处理得到陶瓷纤维催化滤芯。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)所述催化剂浆料包括所述催化剂、固化剂和水。
3.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)所述催化剂浆料中催化剂的质量浓度为20-50%,固化剂的质量浓度为5-20%。
4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)所述催化剂浆料中固体的粒度为0.1-1μm。
5.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述催化剂为过渡金属氧化物催化剂。
6.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,所述过渡金属氧化物催化剂包括钒钛系催化剂、锰系催化剂或氧化铁系催化剂中的任意一种或至少两种的混合物。
7.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,所述过渡金属氧化物催化剂包括五氧化二钒、三氧化二钒、二氧化钒、三氧化钼、三氧化钨、五氧化三钛、三氧化二钛、四氧化三锰、二氧化锰、氧化铜、四氧化三铁或三氧化二铁中的任意一种或至少两种的混合物。
8.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于,所述固化剂包括聚乙烯醇、聚丙烯酸酯、聚四氟乙烯、聚乙烯醇缩醛、聚乙酸乙烯酯或聚异丁烯中的任意一种或至少两种的混合物。
9.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)所述陶瓷短纤维浆料包括所述陶瓷短纤维、分散剂、粘结剂和水。
10.根据权利要求9所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)所述陶瓷短纤维浆料中陶瓷短纤维的质量浓度为3-40%,分散剂的质量浓度为1-5%,粘结剂的质量浓度为5-10%。
11.根据权利要求9所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)所述陶瓷短纤维浆料的制备方法包括,将所述陶瓷短纤维、所述分散剂、所述粘结剂和水进行搅拌和/或球磨。
12.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)所述陶瓷短纤维浆料中陶瓷短纤维的纤维直径为2-15μm,纤维长度为0.1-6μm。
13.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述陶瓷短纤维包括硅酸铝纤维、高铝纤维、莫来石纤维、石英纤维或高硅氧纤维中的任意一种或至少两种的混合物。
14.根据权利要求9所述的制备方法,其特征在于,所述分散剂为乙烯基双硬脂酰胺、单硬脂酸甘油酯、三硬脂酸甘油酯或油酸酰中的任意一种或至少两种的混合物。
15.根据权利要求9所述的制备方法,其特征在于,所述粘结剂包括水玻璃、硅溶胶、铝溶胶、磷酸二氢铝或硅胶中的任意一种或至少两种的混合物。
16.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(2)所述无机纤维布负载上所述催化剂浆料后去除水分。
17.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(2)所述受热固化的温度为100-200℃。
18.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(2)所述受热固化的时间为30-80min。
19.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(2)所述受热固化的方式为微波或鼓风干燥固化。
20.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(3)所述缠绕成型伴随着所述真空模具内部抽真空。
21.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(3)所述真空模具为圆筒型。
22.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(3)所述真空模具的真空度为0.03-0.09MPa。
23.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(3)所述缠绕成型的缠绕厚度达到5-20mm之后,截断所述催化滤布。
24.根据权利要求23所述的制备方法,其特征在于,将截断所述催化滤布的真空模具升至空气中继续抽真空10-30min。
25.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(3)所述干燥处理的干燥温度为50-200℃。
26.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(3)所述干燥处理的干燥时间为10-30h。
27.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)所述催化剂浆料的制备:将所述催化剂、固化剂和水混合均匀,得到催化剂的质量浓度为20-50%固体的粒度为0.1-1μm的所述催化剂浆料;
所述陶瓷短纤维浆料的制备:将所述陶瓷短纤维、分散剂、粘结剂和水混合均匀,得到陶瓷短纤维的质量浓度为3-40%的所述陶瓷短纤维浆料;
其中,所述陶瓷短纤维浆料中陶瓷短纤维的纤维直径为2-15μm,纤维长度为0.1-6μm;
(2)将通孔率为40-80%、孔径为0.3-0.6mm、纤维直径为2-10μm、宽度为0.5-10m的所述无机纤维布负载上步骤(1)制备得到的所述催化剂浆料后去除水分,在100-200℃下受热固化30-80min,得到所述催化滤布;
(3)将步骤(2)制备得到的所述催化滤布负载上步骤(1)制备得到的所述陶瓷短纤维浆料,在所述真空模具上缠绕成型伴随着所述真空模具内部抽真空,当缠绕厚度达到5-20mm之后截断所述催化滤布,将所述真空模具升至空气中继续抽真空10-30min并脱模,然后在50-200℃下干燥处理10-30h得到所述陶瓷纤维催化滤芯;
其中,所述真空模具的真空度为0.03-0.09MPa。
28.一种采用权利要求1至27任一项所述制备方法得到的陶瓷纤维催化滤芯,其特征在于,所述陶瓷纤维催化滤芯为管状结构。
29.根据权利要求28所述的陶瓷纤维催化滤芯,其特征在于,所述陶瓷纤维催化滤芯的催化剂负载量为5-15%,气孔率为60-80%,机械强度为5-8MPa。
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