CN111871196A - 一种纤维基载体和废气处理模块及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种纤维基载体和废气处理模块及制备方法，第一路进料单元处的平面状耐火纤维纸依次经第一路进料张紧单元、第一路进料导向单元而进入施胶单元进行施胶；第二路进料单元处的平面状耐火纤维纸依次经第二路进料张紧单元、第二路进料导向单元而进入瓦楞压制单元，在瓦楞压制单元被压制成波纹状的瓦楞耐火纤维纸后进入复合单元与施胶后的平面状耐火纤维纸汇聚，二者被挤压而黏结复合成载体模块复合基材后经导向单元后进入收卷单元而收集成卷状，待用；将收集后的载体模块复合基材加工成圆柱体、扇形体或立方体模块；再对加工成型后的载体模块复合基材进行强化处理，经干燥、焙烧后得到载体模块。实现了工业化批量生产，提高模块使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及大气污染控制的环境材料技术领域，尤其涉及一种用于制备催化模块、吸附模块或吸附催化模块的纤维基载体和废气处理模块及制备方法。
背景技术
整体式吸附、催化材料以整体式载体为基材，利用涂覆或附着手段，将吸附材料、催化材料涂覆或附着在载体表面，广泛用于大气污染控制领域，如NOx、VOCs、O3等污染物的消除与净化。整体式载体具有用于气体流通的规整孔道，孔壁可涂覆吸附、催化材料，进一步提高接触面积，降低阻力。
目前，整体式载体主要有三大类，即陶瓷基蜂窝载体、金属基蜂窝载体和耐火纤维基蜂窝载体。其中，陶瓷基蜂窝载体采用挤出成型制备，主要用于制备固定源、移动源催化剂，但存在材料形状、尺寸和结构参数受限的问题，不易制备大尺寸载体。金属基蜂窝载体具有优异的导热性能、低的热容，常用作汽车尾气催化剂载体。耐火纤维基蜂窝载体，主要用于制备整体式吸附材料，固定源和移动源催化剂，具有优异的结构特点，可控调节形状、尺寸和结构参数，成为热点。
耐火纤维基蜂窝载体的制备和应用仍存在系列缺点，影响整体性能及规模化生产，具体如下：1)结构参数控制，需根据不同应用领域调整调整孔径、壁厚及节距等结构参数，存在系列问题；2)大尺寸载体模块的制备，尤其用于吸附、催化场合的大尺寸载体，存在加工难度大、载体变形、强度低等缺点；3)载体孔道内部起毛、孔壁坍塌，进而导致阻力增大及后续涂层缺陷。此外，复合单元之间结合强度低，载体出现分层、错位等缺点。
申请号为201310124002.7的中国专利文献公开了一种高性能转轮吸附用芯体材料的制造方法，在木浆悬浮液中加入有机纤维、分子筛、陶瓷纤维制得料浆，通过湿法抄纸制备含有分子筛吸附剂的湿纸，将湿纸分别进行热压成型和针刺穿刺整理，得到瓦楞纸和平板纸，然后将两者进行热压成型、烧结处理，得到陶瓷纤维双面瓦楞纸。存在如下不足之处：1)抄纸浆液中引入大量木浆、有机纤维，其在后续烧结过程发生氧化、分解，纤维纸损失骨架，进而引起结构疏松、强度降低、分子筛脱落；2)方案中通过针刺或起毛等后整理方法，制备起毛的纸材，以提高比表面积，但存在孔道阻力增大，分子筛层易脱落等；3)在抄纸过程预先加入分子筛吸附剂，难以控制分子筛填充量，且限值了材料应用范围；
申请号为201110239675.8的中国专利文献公开了一种吸附挥发性有机物的分子筛蜂窝体，具体步骤为：1)将陶瓷纤维、粘结剂、纸浆和沸石分子筛分散到水中，调节成一定浓度的悬浮液；2)对悬浮液进行疏解分离，然后加入絮凝剂、抄成纸板；3)将抄成的湿纸板分别压制成平面型和瓦楞状，进行烘干，得到平面型、瓦楞状分子筛纸板；4)将平面型分子筛纸板和瓦楞状分子筛纸板交替叠加或卷成蜂窝结构，然后进行焙烧，得到分子筛蜂窝体。但在制备中引入纸浆等，其高温烧结会形成孔隙，导致结构疏松、分子筛强度降低。超纸过程加入分子筛，分子筛在抄纸过程易流失，分布均匀性、含量难以控制。此外，将平面型、瓦楞状分子筛纸板交替叠加或卷成蜂窝结构，层次之间结合强度低，容易形成分层、错位、结构松散等，进而影响性能。
发明内容
基于此，本发明的目的在于提供一种用于制备催化模块、吸附模块或吸附催化模块的纤维基载体和废气处理模块及制备方法，其制备方法简单、易实现工业化批量生产，采用此制备方法制备的纤维基载体形状、尺寸可根据需求自由调整，以耐火纤维纸为基材，通过交织形成多孔结构，具有骨架功能，可将吸附材料、催化材料固定在表面和体相，提高了使用寿命。为实现上述目的，
本发明的技术方案如下：
一种纤维基载体的制备方法，所述纤维基载体用于制备催化模块、吸附模块或吸附催化模块，所述方法包括如下步骤：
1)制备复合基材：
1.1在第一路进料单元处和第二路进料单元处分别放置平面状耐火纤维纸；
1.2第一路进料单元处的平面状耐火纤维纸依次经第一路进料张紧单元、第一路进料导向单元而进入施胶单元进行施胶；施胶后的平面状耐火纤维纸进入复合单元；
第二路进料单元处的平面状耐火纤维纸依次经第二路进料张紧单元、第二路进料导向单元而进入瓦楞压制单元，在瓦楞压制单元被压制成波纹状的瓦楞耐火纤维纸；
被压制成波纹状的瓦楞耐火纤维纸经第二路出料导向单元而进入复合单元与施胶后的平面状耐火纤维纸汇聚；
施胶后的平面状耐火纤维纸和被压制成波纹状的瓦楞耐火纤维纸在复合单元被挤压而黏结复合成载体模块复合基材；
1.3载体模块复合基材经导向单元后进入收卷单元，由收卷单元收集成卷状，待用；
2)载体模块制备:
2.1将收集后的载体模块复合基材通过卷绕的方式加工成圆柱体，或通过卷绕分割的方式加工成扇形体，或通过层叠的方式加工成立方体模块；
2.2对步骤2.1中加工成型后的载体模块复合基材进行强化处理，经干燥、焙烧后得到载体模块。
上述技术方案中，步骤1.2中所述收卷单元的收卷速度为3-50m/min，所述瓦楞压制单元的温度为50-350℃，瓦楞的高度为1.0-10mm。
上述技术方案中，步骤1.2中所述施胶单元进行施胶采用的是硅溶胶、铝溶胶、纤维素、纤维素醚、聚乙烯醇、树脂乳液、改性树脂乳液、聚氧化乙烯、聚氨酯和改性聚氨酯中的一种或两种以上。
上述技术方案中，步骤2.2中强化处理是指将步骤2.1中加工成型后的载体模块复合基材置于强化液中浸渍5-40min，所述强化液为硅溶胶、铝溶胶、硅铝溶胶、钛溶胶、拟薄水铝、树脂乳液、改性树脂乳液、纤维素、纤维素盐、纤维素醚、聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯酰胺(PMA)和聚氧化乙烯中的一种或两种以上，所述的强化液中有效成分浓度为5-50％。
上述技术方案中，步骤2.2中所述干燥的条件为60-300℃下干燥0.5-6h。
上述技术方案中，步骤2.2中所述焙烧的条件为300-700℃下焙烧1-8h。
上述技术方案中，耐火纤维纸的材质为陶瓷纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、石英纤维、硅酸铝纤维、氧化铝纤维、莫来石纤维和高硅氧纤维中的一种或两种以上。
一种纤维基载体，采用上述任一技术方案所述的纤维基载体的制备方法而得。
一种废气处理模块，所述废气处理模块为吸附催化模块，采用上述的纤维基载体在其表面涂覆或附着吸附材料、催化材料而制成；或者，所述废气处理模块为吸附模块，采用上述的纤维基载体在其表面涂覆或附着吸附材料而制成；或者，所述废气处理模块为催化模块，采用上述的纤维基载体在其表面涂覆或附着催化材料而制成。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1)本发明制备方法简单、易实现工业化。制备的纤维基载体与现有陶瓷蜂窝载体相比，可大幅度降低成本，且制备方法灵活，载体形状、尺寸可根据需求自由调整。
2)本发明的纤维基载体，具有轻质、低密度等特点，易加工成大尺寸载体模块，方便安装、更换和维护。
3)本发明的纤维基载体，以耐火纤维纸为基材，通过交织形成多孔结构，具有骨架功能，可将吸附材料、催化材料固定在表面和体相，提高了使用寿命。
4)本发明的纤维基载体，具有较大的几何表面积、孔隙率，提供更大的作用表面，孔道尺寸和厚度可根据要求自由调整。
5)本发明的纤维基载体，密度小、热容低、热膨胀系数小，其体积密度为常规陶瓷型载体的60-70％，大大减少了重量、设备体积和运行能耗。
6)本发明的纤维基载体，表面涂覆或附着不同功能材料，可用于制备VOCs吸附、催化氧化、SCR催化剂等整体式环境功能材料，涂覆后材料镶嵌在载体耐火纤维纸表面或体相，进一步发挥了材料性能。
附图说明
图1为本发明一实施例的纤维基载体制备流程示意图；
图2为本发明一实施例的纤维基载体结构示意图；
图3为本发明制备的载体模块为立方体模块的示意图；
其中：
1第一路进料单元；2第二路进料单元；3复合单元；4导向单元；
5收卷单元；6平面状耐火纤维纸；7瓦楞耐火纤维纸；8载体模块复合基材；
11第一路进料张紧单元；12第一路进料导向单元；13施胶单元；
21第二路进料张紧单元；22第二路进料导向单元；23瓦楞压制单元；
24第二路出料导向单元。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
参照图1至图3，本发明一实施例的纤维基载体的制备方法，所述纤维基载体用于制备催化模块、吸附模块或吸附催化模块，该方法包括如下步骤：
步骤S1，制备复合基材：
步骤S1.1，在第一路进料单元1处和第二路进料单元2处分别放置平面状耐火纤维纸6；
步骤S1.2，第一路进料单元1处的平面状耐火纤维纸6依次经第一路进料张紧单元11、第一路进料导向单元12而进入施胶单元13进行施胶；施胶后的平面状耐火纤维纸6进入复合单元3；
第二路进料单元2处的平面状耐火纤维纸6依次经第二路进料张紧单元21、第二路进料导向单元22而进入瓦楞压制单元23，在瓦楞压制单元23被压制成波纹状的瓦楞耐火纤维纸7；
被压制成波纹状的瓦楞耐火纤维纸7经第二路出料导向单元24而进入复合单元3与施胶后的平面状耐火纤维纸6汇聚；
施胶后的平面状耐火纤维纸6和被压制成波纹状的瓦楞耐火纤维纸7在复合单元3被挤压而黏结复合成载体模块复合基材8，即平面状耐火纤维纸6的施胶面与波纹状的瓦楞耐火纤维纸7的瓦楞波峰黏结，形成孔道结构，得到复合基材，如图2所示。
步骤S1.3，载体模块复合基材8经导向单元4后进入收卷单元5，由收卷单元5收集成卷状，待用；
步骤S2，载体模块制备:
步骤S2.1，将收集后的载体模块复合基材8通过卷绕的方式加工成圆柱体，或通过卷绕分割的方式加工成扇形体，或通过层叠的方式加工成立方体模块；其中，可通过卷绕的方式得到不同尺寸的圆柱形模块，可通过卷绕分割的方式得到不同尺寸的扇形模块，可通过层叠的方式得到不同尺寸的立方体模块。图3中就是通过层叠的方式得到的立方体模块，立方体模块的长度为L、宽度为W、高度为H，调整长度L、宽度W和高度H的值就可以得到不同尺寸的立方体模块。
步骤S2.2，对步骤S2.1中加工成型后的载体模块复合基材8进行强化处理，经干燥、焙烧后得到载体模块。
其中，耐火纤维纸6的材质可为陶瓷纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、石英纤维、硅酸铝纤维、氧化铝纤维、莫来石纤维和高硅氧纤维中的一种或两种以上。当耐火纤维纸6的材质采用两种或两种以上上述材质时，材质可以任意比例复合。
第一路进料张紧单元11、第二路进料张紧单元21和第二路出料导向单元24的数量均也可为一个或多个，图1中第一路进料张紧单元11、第二路进料张紧单元21、第二路出料导向单元24的数量均为两个，设置多个，便于进行调整和改变方向。
作为一种可优选方式，步骤S1.2中，收卷单元5的收卷速度为3-50m/min(米/分钟)，瓦楞压制单元23的温度为50-350℃，瓦楞的高度为1.0-10mm(毫米)。较佳地，步骤S1.2中，收卷单元5的收卷速度为35m/min，瓦楞压制单元23的温度为200℃，瓦楞的高度为1.0-10mm。
步骤S1.2中，施胶单元13进行施胶采用的是硅溶胶、铝溶胶、纤维素、纤维素醚、聚乙烯醇、树脂乳液、改性树脂乳液、聚氧化乙烯、聚氨酯和改性聚氨酯中的一种或两种以上。当进行施胶采用两种或两种以上上述材料配制时，可以任意比例混合得到。
作为另一种优选方式，步骤S2.2中强化处理是指将步骤S2.1中加工成型后的载体模块复合基材8置于强化液中浸渍5-40min(分钟)，强化液为硅溶胶、铝溶胶、硅铝溶胶、钛溶胶、拟薄水铝、树脂乳液、改性树脂乳液、纤维素、纤维素盐、纤维素醚、聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯酰胺(PMA)和聚氧化乙烯中的一种或两种以上，所述的强化液中有效成分浓度为5-50％，优选40％。其中，当强化液采用两种或两种以上上述材料配制时，可以任意比例混合得到。
步骤S2.2中所述干燥的条件为60-300℃下干燥0.5-6h。步骤S2.2中所述焙烧的条件为300-700℃下焙烧1-8h。较佳地，步骤S2.2中所述干燥的条件为200℃下干燥3h；步骤S2.2中所述焙烧的条件为450℃下焙烧4h。
在其它实施例中，第二路进料单元2、第二路进料张紧单元21、第二路进料导向单元22、瓦楞压制单元23均可以为两组，两组工作方式相同，每一组的瓦楞压制单元23将平面状耐火纤维纸6压制成波纹状的瓦楞耐火纤维纸7经第二路出料导向单元24而进入复合单元3与施胶后的平面状耐火纤维纸6汇聚；平面状耐火纤维纸6的两面均施胶，施胶后的平面状耐火纤维纸6置于两组波纹状的瓦楞耐火纤维纸7之间，这样施胶后的平面状耐火纤维纸6和被压制成波纹状的瓦楞耐火纤维纸7在复合单元3同样被挤压而黏结复合成载体模块复合基材8，其它与上述制备方法相同。如此更利于改变载体模块复合基材的厚度和孔结构，提高生产效率。
根据本发明的另一实施例，提供了一种纤维基载体，采用上述任一技术方案所述的纤维基载体的制备方法而得。
根据本发明的再一实施例，提供了一种废气处理模块，所述废气处理模块为吸附催化模块，采用上述的纤维基载体在其表面涂覆或附着吸附材料、催化材料而制成；或者，所述废气处理模块为吸附模块，采用上述的纤维基载体在其表面涂覆或附着吸附材料而制成；或者，所述废气处理模块为催化模块，采用上述的纤维基载体在其表面涂覆或附着催化材料而制成。
也就是说，可采用上述的纤维基载体在其表面涂覆或附着催化材料而制成催化模块；也可采用上述的纤维基载体在其表面涂覆或附着吸附材料而制成吸附模块；或采用上述的纤维基载体在其表面涂覆或附着吸附催化材料而制成吸附催化模块。
用于催化模块、吸附模块或吸附催化模块的纤维基载体，表面涂覆或附着不同功能材料，可用于制备VOCs吸附、催化氧化、SCR催化剂等整体式环境功能材料，涂覆后材料镶嵌在载体耐火纤维纸表面或体相，进一步发挥了材料性能。采用本发明的制备方法制备的纤维基载体，其制备过程简单，易工业化批量生产；由耐火纤维纸制备，具有较高的抗热性能、热膨胀系数低，适应性强。通过瓦楞状耐火纤维纸和平面状耐火纤维纸复合得到载体复合基材，载体孔径、壁厚、节距可根据需要自由调整。载体模块以耐火纤维为基材，通过相互交织得到多孔结构，具有丰富的孔结构，具有更高的几何表面积，提供更大作用截面，提高了吸附材料、催化材料的涂覆性能，更进一步优化了传质，充分发挥了材料的性能。复合基材通过卷绕、卷绕分割或层叠的方式加工得到载体，可根据需要自由调整载体形状、尺寸等结构参数。载体的密度低，是常规陶瓷载体的60-70％，可大大降低设备规模和运行能耗。本发明的吸附催化模块、吸附模块或吸附催化模块载体，尤其适用于在其表面涂覆吸附材料、催化材料，用于大气污染控制领域。
需要说明的是，在不冲突的情况下，以上各实施例及实施例中的特征可以相互组合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种纤维基载体的制备方法，所述纤维基载体用于制备催化模块、吸附模块或吸附催化模块，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
1)制备复合基材：
1.1在第一路进料单元(1)处和第二路进料单元(2)处分别放置平面状耐火纤维纸(6)；
1.2第一路进料单元(1)处的平面状耐火纤维纸(6)依次经第一路进料张紧单元(11)、第一路进料导向单元(12)而进入施胶单元(13)进行施胶；施胶后的平面状耐火纤维纸(6)进入复合单元(3)；
第二路进料单元(2)处的平面状耐火纤维纸(6)依次经第二路进料张紧单元(21)、第二路进料导向单元(22)而进入瓦楞压制单元(23)，在瓦楞压制单元(23)被压制成波纹状的瓦楞耐火纤维纸(7)；
被压制成波纹状的瓦楞耐火纤维纸(7)经第二路出料导向单元(24)而进入复合单元(3)与施胶后的平面状耐火纤维纸(6)汇聚；
施胶后的平面状耐火纤维纸(6)和被压制成波纹状的瓦楞耐火纤维纸(7)在复合单元(3)被挤压而黏结复合成载体模块复合基材(8)；
1.3载体模块复合基材(8)经导向单元(4)后进入收卷单元(5)，由收卷单元(5)收集成卷状，待用；
2)载体模块制备:
2.1将收集后的载体模块复合基材(8)通过卷绕的方式加工成圆柱体，或通过卷绕分割的方式加工成扇形体，或通过层叠的方式加工成立方体模块；
2.2对步骤2.1中加工成型后的载体模块复合基材(8)进行强化处理，经干燥、焙烧后得到载体模块。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1.2中所述收卷单元(5)的收卷速度为3-50m/min，所述瓦楞压制单元(23)的温度为50-350℃，瓦楞的高度为1.0-10mm。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1.2中所述施胶单元(13)进行施胶采用的是硅溶胶、铝溶胶、纤维素、纤维素醚、聚乙烯醇、树脂乳液、改性树脂乳液、聚氧化乙烯、聚氨酯和改性聚氨酯中的一种或两种以上。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2.2中强化处理是指将步骤2.1中加工成型后的载体模块复合基材(8)置于强化液中浸渍5-40min，所述强化液为硅溶胶、铝溶胶、硅铝溶胶、钛溶胶、拟薄水铝、树脂乳液、改性树脂乳液、纤维素、纤维素盐、纤维素醚、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺和聚氧化乙烯中的一种或两种以上，所述的强化液中有效成分浓度为5-50％。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2.2中所述干燥的条件为60-300℃下干燥0.5-6h。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤2.2中所述焙烧的条件为300-700℃下焙烧1-8h。
7.根据权利要求1-6任一项所述的制备方法，其特征在于，耐火纤维纸(6)的材质为陶瓷纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、石英纤维、硅酸铝纤维、氧化铝纤维、莫来石纤维和高硅氧纤维中的一种或两种以上。
8.一种纤维基载体，其特征在于，采用权利要求1-7任一项所述纤维基载体的制备方法而得。
9.一种废气处理模块，其特征在于，所述废气处理模块为吸附催化模块，采用权利要求8所述的纤维基载体在其表面涂覆或附着吸附材料、催化材料而制成；或者，所述废气处理模块为吸附模块，采用权利要求8所述的纤维基载体在其表面涂覆或附着吸附材料而制成；或者，所述废气处理模块为催化模块，采用权利要求8所述的纤维基载体在其表面涂覆或附着催化材料而制成。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN113117645A (zh) * | 2021-05-25 | 2021-07-16 | 美埃(中国)环境科技股份有限公司 | 一种瓦楞型蜂窝吸附材料及其制备方法 |
| CN113754402A (zh) * | 2021-09-16 | 2021-12-07 | 青岛华世洁环保科技有限公司 | 玻纤载体基催化剂废料回收利用方法及由其制得的粘结剂 |
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