CN111229015A - 一种浸渍改性化纤材料、制备方法及化学过滤器 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种浸渍改性化纤材料、制备方法及应用该浸渍改性化纤材料的化学过滤器，采用聚丙烯（PP）或聚丙烯腈（PAN）的化纤材料作为基材。减少了危险废物的处理成本。能耗低，只会产生少量的VOCs废气，也没有炭粉，减少对环境的污染。

Description

一种浸渍改性化纤材料、制备方法及化学过滤器
技术领域
本发明涉及一种浸渍改性化纤及过滤器，具体的说是一种化学过滤器用浸渍改性化纤材料、浸渍改性化纤的制备方法，以及采用浸渍改性化纤制成的化学过滤器。
背景技术
在液晶面板、半导体等制程中或应用于纸浆厂、数据中心、商业建筑的化学过滤装置，需要控制环境中的H2S、SO2、HF、HCl、酸性气体和氨、胺、碱性气体等离子气态污染物在管控的浓度，现有的产品用改性活性炭作为吸附材料制成化学过滤器，这种吸附材料是经过打折加工成块状的滤芯后，组装到塑料、钣金或型材外框，用密封胶把滤芯和外框固定在一起，形成化学过滤器成品，改性活性炭作为吸附材料制成化学过滤器有以下缺陷：
(1)改性活性炭是颗粒状态，用这种材料制作的滤布，需要用热熔胶粉或低熔点纤维等粘合剂把颗粒固定在一起，粘合剂会导致滤布成型后的压损提高，粘合剂会覆盖改性活性炭部分颗粒表面的微孔，缩短使用寿命，粘合剂还会增加化学过滤器微量的释气。
(2)改性活性炭是用物理吸附和化学吸附的原理去除空气中的H2S、SO2、HF、HCl、酸性气体和氨、胺、碱性气体等离子气态污染物，离子被物理吸附后会再脱附，造成二次污染。
(3)改性活性炭化学过滤器在运行时，气流通过滤布会产生0.1μm-10μm的粒子，气流经过下游的HEPA/ULPA过滤器会被拦截，缩短下游粒子过滤器的寿命。
(4)活性炭是多孔吸附材料，在使用过程中可以通过物理吸附和化学吸附原理，可同时去除空气中所有VOCs(挥发性有机化合物，volatile organic compounds)、酸性和碱性气态污染物，但是无法针对性的去除某种气体。因为在液晶面板、半导体等生产环境中，很多情况下VOCs、酸性和碱性气态污染物是同时存在的，但是某些制程只需要控制某种气态污染物，比如说某些制程需要用改性活性炭化学过滤器去除环境中的酸性气态污染物，环境中同时存在不需要管控的VOCs和碱性气态污染物，会缩短活性炭的使用寿命。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提出一种化学过滤器用浸渍改性化纤材料，采用聚丙烯(PP)或聚丙烯腈(PAN)的化纤材料作为基材。聚丙烯(PP)或聚丙烯腈(PAN)具有防腐蚀、耐高温、防酸碱的优点。
进一步的，浸渍改性化纤材料由直径5μm-50μm和长度30mm-80mm的短纤维组成，经过针刺工艺加工成无纺布，表面密度范围150g/m2-300g/m2,厚度范围1.5mm-3.0mm。
进一步的，根据市场需要制备不同种类的过滤器，选择碱性浸渍溶液或酸性浸渍溶液对过滤器进行浸泡。采用碱性浸渍溶液浸泡的过滤器，适用于在酸性环境中进行工作。采用酸性浸渍溶液浸泡的过滤器适用于碱性环境中进行工作。
所述基材经过的碱性浸渍溶液或酸性浸渍溶液中浸泡10至30分钟后，在45-70℃下恒温干燥0.5至1小时。所述碱性浸渍溶液为配置浓度为5％-15％的KOH或NaOH浸渍溶液；所述酸性浸渍溶液为磷酸水溶液或硫酸水溶液，酸性浸渍溶液的配置浓度为5％-30％。
本发明还提出一种浸渍改性化纤材料的制备方法，其包括如下步骤：
所述浸渍改性化纤材料采用聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚丙烯(PP)或聚丙烯腈(PAN)的化纤材料作为基材。所述基材经过配置浓度为5％-15％的KOH或NaOH溶液浸泡10至30分钟后，在45-70℃下恒温干燥0.5至1小时。或在浸渍溶液的配置浓度为5％-30％磷酸水溶液或硫酸水溶液浸泡10至30分钟后，在45-70℃下恒温干燥0.5至1小时。
在浸渍溶液中浸泡时，所述浸渍改性化纤材料水平放置在浸渍溶液中，如果竖着放，或倾斜放置，拿出来的时候，残夜会竖向滴，形成上部浓度低，下部浓度高的现象，导致浸渍液分布面不均匀，造成寿命低。
本发明还提出一种浸渍改性化纤材料的制备方法，包括如下步骤：
基材处理的步骤:采用聚丙烯(PP)或聚丙烯腈(PAN)的化纤材料作为基材,将基材安装在过滤器框架上，制成过滤器；
浸泡的步骤：将过滤器平放浸泡在浸渍溶液中进行浸泡，所述浸渍溶液为碱性水溶液或酸性水溶液；所述碱性水溶液为配置浓度为5％-15的氢氧化钾或氢氧化钠水溶液；所述酸性水溶液为配置浓度为5％-30％的磷酸或硫酸水溶液。
干燥的步骤：将过滤器从浸渍溶液中水平取出，干燥。所述干燥的步骤，采用吹干和烘干的方式进行干燥。
还包括空吹的步骤：对干燥后的过滤器进行空吹，消除过滤器中残留的气味，过滤器会有酸酸的气味，经过空吹之后，就会消除这种气味。
还包括擦拭的步骤，将干燥后的过滤器进行擦拭，消除残留在边框上的浸渍溶液。
所述基材处理的步骤包括：
卷料的步骤：将三层聚丙烯(PP)或聚丙烯腈(PAN)的化纤材料基材作为滤芯进行打折，打成V字形或Z字形或W形。
裁剪的步骤：根据需要固定折数后，进行剪裁，裁剪成边框大小的块状滤料；
制成过滤器的步骤:将块状滤料放在过滤器框架上，用胶水将块状滤料固定在过滤器框架上。
本发明还提出一种浸渍改性化纤化学过滤器，其吸附材料采用浸渍改性化纤，具体的说是用浸渍改性化纤材料替代改性活性炭作为化学过滤器中的吸附材料。浸渍改性化纤材料用化学吸附原理去除H2S、SO2、HF、HCl、酸性气体和氨、胺、碱性气体等离子气态污染物，不存在物理吸附，会减少离子气态污染物被吸附后再脱附的风险。
进一步的，所述浸渍改性化纤采用聚丙烯(PP)或聚丙烯腈(PAN)的化纤材料作为基材。
进一步的，所述浸渍改性化纤经过配置浓度为5％-15％的KOH或NaOH溶液浸泡10至30分钟后，在45-70℃下恒温干燥0.5至1小时。通过KOH或NaOH溶液的处理，增加表面的碱性含氧官能团，提高碱性，从而提高除酸性气体等离子气态污染物的能力。
进一步的，本发明浸渍改性化纤化学过滤器，滤芯由浸渍改性化纤材料打折加工成块状，由浸渍改性化纤材料单独加工制成。
进一步的，本发明浸渍改性化纤化学过滤器，在浸渍改性化纤材料进风面和出风面各增加一层50g/m2-100g/m2的长丝无纺布滤料，滤芯由长丝无纺布滤料、浸渍改性化纤材料以及长丝无纺布滤料三层一起打折加工成块状，在浸渍改性化纤材料进风面和出风面各增加一层50g/m2-100g/m2的长丝无纺布滤料可以增加滤芯挺度。
进一步的，所述浸渍改性化纤由直径5μm-50μm和长度30mm-80mm的短纤维组成，经过针刺工艺加工成无纺布，表面密度范围150g/m2-300g/m2,厚度范围1.5mm-3.0mm。不需要用到热熔胶粉或纤维等粘合剂把吸附材料固定在一起，解决了滤布成型后的压损提高，不会有粘合剂覆盖吸附材料表面微孔导致使用寿命缩短的问题，无粘合剂的吸附材料减少了释气的产生。浸渍改性化纤材料对离子气态污染物的吸附速率比改性活性炭高，本发明浸渍改性化纤材料是由直径5μm-50μm的短纤维组成，改性活性炭是300μm-850μm的颗粒，离子气态污染物在浸渍改性化纤材料的扩散速度会比改性活性炭慢很多，延长了离子气态污染物通过滤材的停留时间，所以本发明浸渍改性化纤材料对离子气态污染物的吸附速率比改性活性炭高10至100倍。
化纤材料不像活性炭，没有炭粉脱落，发尘量也比改性活性炭少，解决了改性活性炭化学过滤器在运行时，气流通过滤布产生0.1μm-10μm的粒子而缩短下游HEPA/ULPA粒子过滤器的寿命的问题。浸渍改性化纤材料通过化学吸附原理，可针对性的去除H2S、SO2、HF、HCl、酸性气态污染物，在环境中同时存在低浓度或高浓度并且不需要管控的VOCs和碱性气态污染物，因不会吸附VOCs和碱性气态污染物，可延长浸渍改性化纤材料作为吸附材料的化学过滤器的使用寿命。
有益效果：
本发明浸渍改性化纤化学过滤器浸渍改性化纤材料由直径5μm-50μm和长度30mm-80mm的短纤维组成，经过针刺工艺加工成无纺布，表面密度范围150g/m2-300g/m2,厚度范围1.5mm-3.0mm，不需要用到热熔胶粉或纤维等粘合剂把吸附材料固定在一起，解决了滤布成型后的压损提高，浸渍改性化纤材料作为吸附材料代替改性活性炭的化学过滤器，降低了化学过滤器的压损，降低了在液晶面板、半导体厂等应用的运行能耗。
在液晶面板、半导体等制造工厂的应用，化学过滤器一般是安装在HEPA/ULPA粒子过滤器的上游，浸渍改性化纤材料不像活性炭，没有炭粉脱落，发尘量也比改性活性炭少，解决了改性活性炭化学过滤器在运行时，气流通过滤布产生0.1μm-10μm的粒子而缩短下游HEPA/ULPA粒子过滤器的寿命的问题。
根据《国家危险废物名录》，废弃的活性炭、离子交换树脂、催化剂等工业用的气态污染物吸附材料属于危险废物。根据《固废法》第六十四条：从事收集、贮存、利用、处置危险废物经营活动的单位，必须按照国家有关规定申请领取危险废物经营许可证。化学过滤器中的主要吸附材料属于危险废物，化学过滤器失效后用户需要找有危废处理资质的单位回收和处理废弃的化学过滤器，危险废物的处理费用是按照质量核算费用，对比浸渍改性化纤材料和改性活性炭作为化学过滤器中的吸附材料，同样的应用环境，浸渍改性化纤材料的克重或用量只需要改性活性炭的40％至60％，大量减少了液晶面板、半导体等制造工厂每年危险废物的处理成本。对比浸渍改性化纤材料和改性活性炭的改性方法，改性活性炭是用高温改性，改性过程产生大量的VOCs废气和炭粉，需要分别配置VOCs废气治理装置和除尘器处理后排出；而浸渍改性化纤材料只需低温改性，在45-70℃下恒温干燥0.5至1小时，能耗低，只会产生少量的VOCs废气，也没有炭粉，减少对环境的污染。
附图说明
图1为本发明化学过滤器结构示意图；
图2为本发明化学过滤器气流方向图。
具体实施例
实施例1：一种化学过滤器用浸渍改性化纤材料，采用聚丙烯(PP)或聚丙烯腈(PAN)的化纤材料作为基材。
进一步的，浸渍改性化纤材料由直径5μm-50μm和长度30mm-80mm的短纤维组成，经过针刺工艺加工成无纺布，表面密度范围150g/m2-300g/m2,厚度范围1.5mm-3.0mm。
进一步的，所述基材经过配置浓度为5％-15％的KOH或NaOH溶液浸泡10至30分钟后，在45-70℃下恒温干燥0.5至1小时。
实施例2：本发明还提出一种浸渍改性化纤材料的制备方法，其包括如下步骤：
所述浸渍改性化纤材料采用聚丙烯(PP)或聚丙烯腈(PAN)的化纤材料作为基材，所述基材经过配置浓度为5％-15％的KOH或NaOH溶液浸泡10至30分钟后，在45-70℃下恒温干燥0.5至1小时。
实施例3：本发明还提出一种浸渍改性化纤材料的制备方法，包括如下步骤：
基材处理的步骤:采用聚丙烯(PP)或聚丙烯腈(PAN)的化纤材料作为基材,将基材安装在过滤器框架上，制成过滤器；
浸泡的步骤：将过滤器平放浸泡在浸渍溶液中进行浸泡，所述浸渍溶液为碱性水溶液或酸性水溶液；所述碱性水溶液为配置浓度为5％-15的氢氧化钾或氢氧化钠水溶液；所述酸性水溶液为配置浓度为5％-30％的磷酸或硫酸水溶液。干燥的步骤：将过滤器从浸渍溶液中水平取出，干燥。所述干燥的步骤，采用吹干和烘干的方式进行干燥。
还包括空吹的步骤：对干燥后的过滤器进行空吹，消除过滤器中残留的气味，过滤器会有酸酸的气味，经过空吹之后，就会消除这种气味。
还包括擦拭的步骤，将干燥后的过滤器进行擦拭，消除残留在边框上的浸渍溶液。
所述基材处理的步骤包括：
卷料的步骤：将三层聚丙烯(PP)或聚丙烯腈(PAN)的化纤材料基材作为滤芯进行打折，打成V字形或Z字形或W形。
裁剪的步骤：根据需要固定折数后，进行剪裁，裁剪成边框大小的块状滤料；
制成过滤器的步骤:将块状滤料放在过滤器框架上，用胶水将块状滤料固定在过滤器框架上。
实施例4：本发明还提出一种浸渍改性化纤化学过滤器，其吸附材料采用浸渍改性化纤，具体的说是用浸渍改性化纤材料替代改性活性炭作为化学过滤器中的吸附材料。浸渍改性化纤材料用化学吸附原理去除H2S、SO2、HF、HCl、酸性气体和氨、胺、碱性气体等离子气态污染物，不存在物理吸附，会减少离子气态污染物被吸附后再脱附的风险。
进一步的，所述浸渍改性化纤采用聚丙烯(PP)或聚丙烯腈(PAN)的化纤材料作为基材。
进一步的，所述浸渍改性化纤经过配置浓度为5％-15％的KOH或NaOH溶液浸泡10至30分钟后，在45-70℃下恒温干燥0.5至1小时。通过KOH或NaOH溶液的处理，增加表面的碱性含氧官能团，提高碱性，从而提高除酸性气体等离子气态污染物的能力。
进一步的，本发明浸渍改性化纤化学过滤器，滤芯由浸渍改性化纤材料打折加工成块状，由浸渍改性化纤材料单独加工制成。
进一步的，本发明浸渍改性化纤化学过滤器，在浸渍改性化纤材料进风面和出风面各增加一层50g/m2-100g/m2的长丝无纺布滤料，滤芯由长丝无纺布滤料、浸渍改性化纤材料以及长丝无纺布滤料三层一起打折加工成块状，在浸渍改性化纤材料进风面和出风面各增加一层50g/m2-100g/m2的长丝无纺布滤料可以增加滤芯挺度。
进一步的，所述浸渍改性化纤由直径5μm-50μm和长度30mm-80mm的短纤维组成，经过针刺工艺加工成无纺布，表面密度范围150g/m2-300g/m2,厚度范围1.5mm-3.0mm。不需要用到热熔胶粉或纤维等粘合剂把吸附材料固定在一起，解决了滤布成型后的压损提高，不会有粘合剂覆盖吸附材料表面微孔导致使用寿命缩短的问题，无粘合剂的吸附材料减少了释气的产生。浸渍改性化纤材料对离子气态污染物的吸附速率比改性活性炭高，本发明浸渍改性化纤材料是由直径5μm-50μm的短纤维组成，改性活性炭是300μm-850μm的颗粒，离子气态污染物在浸渍改性化纤材料的扩散速度会比改性活性炭慢很多，延长了离子气态污染物通过滤材的停留时间，所以本发明浸渍改性化纤材料对离子气态污染物的吸附速率比改性活性炭高10至100倍。
化纤材料不像活性炭，没有炭粉脱落，发尘量也比改性活性炭少，解决了改性活性炭化学过滤器在运行时，气流通过滤布产生0.1μm-10μm的粒子而缩短下游HEPA/ULPA粒子过滤器的寿命的问题。浸渍改性化纤材料通过化学吸附原理，可针对性的去除H2S、SO2、HF、HCl、酸性气态污染物，在环境中同时存在低浓度或高浓度并且不需要管控的VOCs和碱性气态污染物，因不会吸附VOCs和碱性气态污染物，可延长浸渍改性化纤材料作为吸附材料的化学过滤器的使用寿命。
进一步的，本发明化学过滤器尺寸范围，长≤1220mm、宽≤1220mm、厚≤300mm。浸渍改性化纤材料经过打折加工成块状的滤芯后，组装到塑料框架，用密封胶把滤芯和框架固定在一起，形成化学过滤器成品。
参见图1和图2，本发明浸渍改性化纤化学过滤器包括外框2、吸附材料1、气密垫片3、密封胶4，所述气密垫片3设于外框2的外表面上，所述吸附材料1固定在外框2的内部，所述吸附材料1与外框2的连接处采用密封胶4粘结和密封。进一步的，外框由横杆和竖杆组合而成。还包括塑料角5，所述塑料角设在外框横杆和竖杆的连接处。
对于以上浸渍改性化纤化学过滤器，进行单一酸性气体的加速饱和吸附容量测试，去除对象分别为浓度1ppmv二氧化硫和浓度1ppmv硫化氢，设置去除效率下降到70％为化学过滤器的寿命。测试结果得出，化学过滤器去除1ppmv二氧化硫单一气体寿命是27小时，去除1ppmv硫化氢单一气体寿命是23小时。对于以上浸渍改性化纤化学过滤器，进行单一碱性气体的加速饱和吸附容量测试，去除对象为浓度10ppmv氨气，设置去除效率下降到70％为化学过滤器的寿命。测试结果得出，化学过滤器去除10ppmv氨气单一气体寿命是20小时，初始去除效率99％；对比改性活性炭化学过滤器，化学过滤器去除10ppmv氨气单一气体寿命是14小时，初始去除效率93％。

Claims (10)

1.一种浸渍改性化纤材料，其特征在于：采用聚丙烯PP或聚丙烯腈PAN的化纤材料作为基材。
2.根据权利要求1所述的浸渍改性化纤材料，其特征在于：浸渍改性化纤材料由直径5µm-50µm和长度30mm-80mm的短纤维组成，经过针刺工艺加工成无纺布，表面密度范围150g/m2-300g/m2,厚度范围1.5mm-3.0mm。
3.根据权利要求1所述的浸渍改性化纤材料，其特征在于：所述基材经过的碱性浸渍溶液或酸性浸渍溶液中浸泡10至30分钟后，在45-70℃下恒温干燥0.5至1小时，所述碱性浸渍溶液为配置浓度为5%-15%的KOH或NaOH浸渍溶液；所述酸性浸渍溶液为配置浓度为5%-30%的磷酸水溶液或硫酸水溶液。
4.一种浸渍改性化纤材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
基材处理的步骤:采用聚丙烯PP或聚丙烯腈PAN的化纤材料作为基材,将基材安装在过滤器框架上，制成过滤器；
浸泡的步骤：将过滤器平放浸泡在浸渍溶液中进行浸泡，所述浸渍溶液为碱性水溶液或酸性水溶液；
干燥的步骤：将过滤器从浸渍溶液中水平取出，干燥。
5.根据权利要求4所述的浸渍改性化纤材料的制备方法，其特征在于： 还包括空吹的步骤：对干燥后的过滤器进行空吹，消除过滤器中残留的气味。
6.根据权利要求4所述的浸渍改性化纤材料的制备方法，其特征在于：还包括擦拭的步骤，将干燥后的过滤器进行擦拭，消除残留在边框上的浸渍溶液。
7.根据权利要求4所述的浸渍改性化纤材料的制备方法，其特征在于：所述碱性水溶液为氢氧化钾或氢氧化钠水溶液；所述酸性水溶液为磷酸或硫酸水溶液。
8.根据权利要求4所述的浸渍改性化纤材料的制备方法，其特征在于：所述基材处理的步骤包括：
卷料的步骤：将三层聚丙烯（PP）或聚丙烯腈（PAN）的化纤材料基材作为滤芯进行打折，打成V字形或Z字形或W形；
裁剪的步骤：根据需要固定折数后，进行剪裁，裁剪成边框大小的块状滤料；
制成过滤器的步骤:将块状滤料放在过滤器框架上，用胶水将块状滤料固定在过滤器框架上。
9.一种应用权利要求1浸渍改性化纤材料制成的浸渍改性化纤化学过滤器。
10.一种应用权利要求4浸渍改性化纤材料的制备方法制成的浸渍改性化纤化学过滤器。
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