CN112295737A - 一种充电静电集尘极及含集尘极的除颗粒装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种充电静电集尘极的制备方法，是将驻极体材料进行充电后，在无源条件下作为电极用以捕集废气中的颗粒物。本发明进一步提供一种充电静电集尘极、含集尘极的除颗粒装置及其应用。本发明提供的一种充电静电集尘极及含集尘极的除颗粒装置，通过除颗粒装置中充电后的驻极体材料在无源条件下作为电极形成静电场，所获得的充电静电集尘极收集废气中的颗粒物。该种装置结构简单，成本低廉，可单独使用或与其他类型净化装置共同使用，用于车辆尾气或工业废气的排放的颗粒物的捕集、净化和去除。

Description

一种充电静电集尘极及含集尘极的除颗粒装置

技术领域

本发明属于环保技术领域，涉及一种充电静电集尘极及含集尘极的除颗粒装置，具体涉及一种充电静电集尘极的制备方法及制备获得的集尘极、含集尘极的除颗粒装置用于收集废气中的颗粒物。

背景技术

现有静电除颗粒装置，是利用静电场作用力除去废气中的颗粒物，有两个基本要素：一是让颗粒物带电，二是把带电后的颗粒收集、捕集到集尘极上。目前的机动车排放控制领域和工业除尘领域常见的静电除颗粒物装置，形式多样，但基本都是由电子发射极(让颗粒带电)和集尘极(捕集、收集带电的颗粒)，且都离不开适配的高压电源。而高压电源在使用过程中，存在因外界供电源不稳等原因导致高压电源瞬间或短时间失效的可能，从而限制了现有的静电除颗粒装置的应用范围。

目前的解决方案，要么加大设计余量；要么采用备用方案，加多级装置。成本大幅度提高、占用的空间更大。而且由于电子发生极和集尘极一般都需要配套使用，且必须要保持适当的间距，以形成有效电场。从而大大降低了静电净化装置的灵活性，也限制了其应用和发展。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种充电静电集尘极及含集尘极的除颗粒装置，用于解决现有技术中缺乏用于去除废气中的颗粒物的充电后形成无源静电场的集尘极及其含集尘极的除颗粒装置的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种充电静电集尘极的制备方法，是将驻极体材料进行充电后，在无源条件下作为电极用以捕集废气中的颗粒物。

优选地，所述驻极体材料为具有驻极性能的无机化合物和/或有机化合物。

更优选地，所述无机化合物选自含氧化合物、含氮化合物或玻璃纤维中的一种或多种组合。

进一步优选地，所述含氧化合物选自金属基氧化物、含氧复合物、含氧的无机杂多酸盐中的一种或多种组合。

更进一步优选地，所述金属基氧化物选自氧化铝、氧化锌、氧化锆、氧化钛、氧化钡、氧化钽、氧化硅、氧化铅、氧化锡中的一种或多种组合。

最优选地，所述金属基氧化物为氧化铝。

更进一步优选地，所述含氧复合物选自钛锆复合氧化物或钛钡复合氧化物中的一种或多种组合。

更进一步优选地，所述含氧的无机杂多酸盐选自钛酸锆、锆钛酸铅或钛酸钡中的一种或多种组合。

进一步优选地，所述含氮化合物为氮化硅。

更优选地，所述有机化合物选自氟聚合物、聚碳酸酯、PP、PE、PVC、天然蜡、树脂、松香中的一种或多种组合。

进一步优选地，所述氟聚合物选自聚四氟乙烯(PTFE)、聚全氟乙丙烯(Teflon-FEP)、可溶性聚四氟乙烯(PFA)、聚偏氟乙烯(PVDF)中的一种或多种组合。

最优选地，所述氟聚合物为聚四氟乙烯(PTFE)。

本发明第二方面提供一种充电静电集尘极，由上述方法制得。

优选地，所述充电静电集尘极还包括支撑材料，所述支撑材料通常用于负载所述驻极体材料。

本发明第三方面提供一种含集尘极的除颗粒装置，包括有上述充电静电集尘极。

优选地，所述充电静电集尘极可以独立设置。

优选地，所述除颗粒装置还包括有电子发生极，所述电子发生极与所述充电静电集尘极可以组合设置。

优选地，所述充电静电集尘极在除颗粒装置中的布置方式选自单层布置或多层布置中的一种。

更优选地，所述单层布置方式是将充电静电集尘极以单层布置在除颗粒装置中与废气气流方向垂直的位置，具体位置可以是除颗粒装置的顶盖、管道如管壁等处。

更优选地，所述多层布置方式是将充电静电集尘极以至少两层布置在除颗粒装置中。

优选地，所述除颗粒装置中废气通过电场方式选自通过式或过滤式中的一种。

更优选地，所述通过式的废气通过电场方式为：即切向流过滤方式，使废气以旁通通过的方式，通过至少两个充电静电集尘极形成的无源电场或者充电静电集尘极与电子发生极形成的有源、无源混合电场。

更优选地，所述过滤式的废气通过电场方式为：即垂直过滤方式，使废气以壁面通过的方式，通过至少两个充电静电集尘极形成的无源电场或者充电静电集尘极与电子发生极形成的有源、无源混合电场。

优选地，所述除颗粒装置中废气的气流流向方式选自平行通过方式、垂直贯穿方式或倾斜进气方式中的一种。

本发明第三方面提供一种含集尘极的除颗粒装置在去除污染源废气中颗粒物的用途。

优选地，所述污染源为移动污染源或固定污染源。

更优选地，所述移动污染源选自车辆或船舶中的一种。

进一步优选地，所述移动污染源选自车辆发动机或船舶发动机中的一种。

进一步优选地，所述车辆选自机动车或机车中的一种。

更优选地，所述移动污染源废气为车辆或船舶的尾气。

更优选地，所述固定污染源为排放工业废气的设施。

更优选地，所述固定污染源废气为工业废气。

优选地，所述装置设于所述污染源的排气系统中。

如上所述，本发明提供的一种充电静电集尘极及含集尘极的除颗粒装置，其核心部件是含有驻极体材料的充电静电集尘极，其利用驻极体材料的驻极能力，在对驻极体材料的充电后，不需要外接电源、没有外接电源或外接电源失效的情况下，依然可以作为电极产生无源静电场，从而收集废气中的颗粒物。该种装置，还可通过充电静电集尘极单独设置或充电静电集尘极与电子发生极组合设置，使废气中的颗粒物经过电子发生极时被带电，带电的颗粒物随后被附近的充电静电集尘极收集，从而达到去除废气中的颗粒物的目的。该种装置结构简单，成本低廉，尚未见有相近的技术方案。本发明提供的一种充电静电集尘极及含集尘极的除颗粒装置，可单独使用或与其他类型净化装置共同使用，用于机动车尾气或工业废气的排放的颗粒物的捕集、净化和去除。

附图说明

图1显示为本发明中一种含集尘极的除颗粒装置的通过式结构示意图。

图2显示为本发明中一种含集尘极的除颗粒装置的过滤式结构示意图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1至图2。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

本发明第一方面提供一种充电静电集尘极的制备方法，是将驻极体材料进行充电后，在无源条件下作为电极用以捕集废气中的颗粒物。

本发明所提供的充电静电集尘极的制备方法中，所述无源是指驻极体材料在充电后不需要再外加电源。所述无源条件下的电极是指在不需要外加电源情况下，完全以充电后驻极体材料的驻极能力建立起来的电极。所述电极可以形成静电场从而捕集废气中的颗粒物。

本发明所提供的充电静电集尘极的制备方法中，所述颗粒物是指固体颗粒、附着有液体的固体颗粒、液体颗粒或气溶胶。

本发明所提供的充电静电集尘极的制备方法中，所述驻极体材料在外接电源充电后带有电荷，并在外接电源消失后电荷仍然保持存在。在使用时，所述驻极体材料可以不另外外接电源，即可作为电极用于形成静电场，使制备获得的所述集尘极在无源情况下，就可独立收集(捕集)废气中已带电的颗粒物，从而实现对废气中颗粒物的连续无间断净化，应用领域和应用范围更广。

本发明所提供的充电静电集尘极的制备方法中，所述驻极体材料外接电源充电，可以是间歇性供电，也可以是持续性供电，其供电量可以是全电量供电，也可以是部分电量供电。

本发明所提供的充电静电集尘极的制备方法中，所述驻极体材料的形状和大小可根据所需制备的集尘极的形状和大小进行相应调整。

本发明所提供的充电静电集尘极的制备方法中，所述驻极体材料通常整体上带有电荷，作为电极形成静电场可以对具有极性的颗粒物进行吸附，例如，所述驻极体材料可以在其表面带电荷，也可以在其本体内带电荷，更可以同时在其表面及本体内均带电荷。

本发明所提供的充电静电集尘极的制备方法中，所述驻极体材料为具有驻极性能的无机化合物和/或有机化合物。

所述无机化合物可以为含氧化合物，所述含氧化合物作为含有氧元素的化合物，通常可以为金属基氧化物，金属基氧化物具体可以为铝、锌、锆、钛、钡、钽、硅、铅、锡等的氧化物。也可以为含氧复合物，含氧复合物具体可以为钛锆复合氧化物或钛钡复合氧化物。也可以为含氧的无机杂多酸盐，具体可以是钛酸锆、锆钛酸铅(PZT)、钛酸钡等。所述无机化合物也可以为含氮化合物，所述含氮化合物可以为氮化硅。所述无机化合物更可以是玻璃纤维。最佳的无机化合物可选用氧化铝。

所述有机化合物可以为氟聚合物、聚碳酸酯、PP、PE、PVC、天然蜡、树脂、松香等。

具体来说，所述氟聚合物可以为聚四氟乙烯(PTFE)、聚全氟乙丙烯(Teflon-FEP)、可溶性聚四氟乙烯(PFA)、聚偏氟乙烯(PVDF)等。最佳的有机化合物可选用聚四氟乙烯(PTFE)。

本发明所提供的充电静电集尘极的制备方法中，所述驻极体材料可以是单一材料，也可以是复合材料。所述复合材料可以由多个具有驻极性能的无机化合物和/或有机化合物组成。

本发明所提供的充电静电集尘极的制备方法中，所述驻极体材料可以是颗粒物的捕集量达到设定的阀值后直接废弃的一次性材料，也可以是捕集颗粒物后通过清洗例如水洗等从而再生的多次重复使用材料。从成本和材料的易得性考虑，当驻极体材料的价值高且不易得，可作为重复使用材料回收后重复使用；当驻极体材料的价值低且易得，可作为一次性材料，一次性使用后抛弃。

本发明第二方面提供一种充电静电集尘极，由上述方法制得。

本发明所提供的充电静电集尘极中，所述集尘极是指在充电后的驻极体材料形成的无源静电场中，通过静电场作用力，收集、捕获已带有电荷或具有极性的颗粒物的电极。

本发明所提供的充电静电集尘极中，所述集尘极通过驻极体材料所带电荷，可以只带负电荷，也可以只带正电荷，所述集尘极可以包括多个子集尘极，各个子集尘极可以带有不同的电荷，例如，至少部分的子集尘极可以带有正电荷，再例如，至少部分的子集尘极可以带有负电荷。按集尘极的延伸方向，可以依次包括第一子集尘极和第二子集尘极，按集尘极的延伸方向，也可以并列包括第一子集尘极和第二子集尘极，所述第一子集尘极的电荷可以与第二子集尘极的电荷不同，也可以相同。

本发明所提供的充电静电集尘极中，在使用时，所述集尘极可以不另外外接电源，通过无源静电场捕集废气中的颗粒物。所述集尘极也可以另外外接电源，通过形成有源静电场捕集废气中的颗粒物。

本发明所提供的充电静电集尘极中，还可以包括支撑材料，所述支撑材料通常用于负载所述驻极体材料，具体来说，所述驻极体材料可直接制成集尘极，也可以与支撑材料组合制成集尘极。

本发明第三方面提供一种含集尘极的除颗粒装置，包括有上述充电静电集尘极。

本发明所提供的含集尘极的除颗粒装置中，所述充电静电集尘极可以独立设置。

所述充电静电集尘极独立设置时，可以包括有多个充电静电集尘极，所述多个充电静电集尘极的电荷可以是相同的，也可以是不同的，在本发明一具体实施例中，所述充电静电集尘极可以通过至少两组驻极体材料作为电极形成无源静电场，所述两组驻极体材料互相之间电荷通常不同，从而通过所形成的无源静电场，进行吸附去除废气中的颗粒物。

本发明所提供的含集尘极的除颗粒装置中，还可以包括有电子发生极，所述电子发生极与所述充电静电集尘极可以组合设置。

所述电子发生极与所述充电静电集尘极组合设置时，可以同时包括充电静电集尘极和电子发生极，所述充电静电集尘极可以与电子发生极形成有源、无源混合电场，进行吸附去除废气中的颗粒物。其中，所述电子发生极作为现有的有源静电装置，可以在线(间歇或连续地)对其附近的驻极体材料进行补电或加电，以提高或保持所述驻极体材料的驻极能力，从而对废气中的颗粒物进行加电，再利用集尘极收集已加电的颗粒物。所述电子发生极可以作为阴极发射负离子，也可以作为阳极发射正离子即接受负离子。当所述电子发生极作为阴极发射负离子时，所述集尘极作为阳极接受负离子；当所述电子发生极作为阳极发射正离子即接受负离子时，所述集尘极作为阴极接受正离子即发射负离子。

在组合设置中，所述充电静电集尘极与电子发生极之间的位置设置方式，可根据电子发生极与充电静电集尘极的具体位置情况进行设置。具体例如，所述位置设置方式包括但不限于正面正对、正面不正对、不正面正对、不正面也不正对。电极的延伸方向互相之间可以呈现一定的角度，电极的延伸方向也可以是一致的，电极的表面可以是不相对的，至少部分的电极的表面也可以是相对的，电极之间表面相对具体指按流体的流动方向，特定区段的流体同时与两个电极表面接触。

本发明所提供的含集尘极的除颗粒装置中，所述充电静电集尘极在除颗粒装置中的布置方式可以是单层布置，也可以是多层布置。

具体来说，所述单层布置方式：是将充电静电集尘极以单层布置在除颗粒装置中与废气气流方向垂直的位置，具体位置可以是除颗粒装置的顶盖、管道如管壁等处。所述单层布置方式多用于所述电子发生极与所述充电静电集尘极的组合设置中，便于充电静电集尘极与电子发生极相配合形成有源、无源混合电场。

具体来说，所述多层布置方式：是将充电静电集尘极以至少两层布置在除颗粒装置中，从而形成无源电场，便于废气以通过式或过滤式通过电场。所述多层布置方式多用于充电静电集尘极的独立设置中，也可用于所述电子发生极与所述充电静电集尘极的组合设置中。

本发明所提供的含集尘极的除颗粒装置中，所述除颗粒装置中废气通过电场方式选自通过式或过滤式中的一种。

具体来说，所述通过式的废气通过电场方式为：即切向流过滤方式，如图1所示，使废气以旁通通过的方式，通过至少两个充电静电集尘极形成的无源电场或者充电静电集尘极与电子发生极形成的有源、无源混合电场。

具体来说，所述过滤式的废气通过电场方式为：即垂直过滤方式，如图2所示，使废气以壁面通过的方式，通过至少两个充电静电集尘极形成的无源电场或者充电静电集尘极与电子发生极形成的有源、无源混合电场。所述过滤式的废气通过电场方式中，充电静电集尘极和电子发生极均采用多孔材料，便于废气通过气孔流经电极。

本发明所提供的含集尘极的除颗粒装置中，所述除颗粒装置中废气的气流流向方式选自平行通过方式、垂直贯穿方式或倾斜进气方式中的一种。其中，所述除颗粒装置中废气的气流流向通常可以与集尘极的延伸方向基本一致，也可以与集尘极的延伸方向成一定角度。在本发明一具体实施例中，如图1所示，至少两个充电静电集尘极可以形成的无源电场或者充电静电集尘极与电子发生极形成的有源、无源混合电场，废气的流动方向基本平行于充电静电集尘极的延伸方向。在本发明另一具体实施例中，如图2所示，至少两个充电静电集尘极可以形成的无源电场或者充电静电集尘极与电子发生极形成的有源、无源混合电场，废气的流动方向与充电静电集尘极的延伸方向程一定角度，具体可以是90°或者其它角度。

本发明所提供的含集尘极的除颗粒装置中，所述装置可单独使用，也可与现有的其他类型的去除废气中的颗粒物的装置配合使用，用以去除废气中的颗粒物。所述现有的其他类型的去除废气中的颗粒物的装置，可以是现有的静电去除废气中的颗粒物的装置，具体布袋除尘器、旋风分离装置、壁流式颗粒捕集器DPF、GPF或至水洗装置等。

本发明所提供的含集尘极的除颗粒装置中，所述充电静电集尘极可以安装在除颗粒装置的任何位置，具体来说，可以是贴在净化装置的端盖，出入口或管道内壁上。所述充电静电集尘极也可以用于取代部分已有的净化装置，例如与有源静电场联合使用，可以是在有源电场后端，也可以贴在有源电场集尘极的内侧，用于全部或部分取代有源电场集尘极。

本发明第四方面提供一种含集尘极的除颗粒装置在去除污染源废气中颗粒物的用途。

本发明所提供的用途中，所述污染源为移动污染源或固定污染源。所述移动污染源可以是车辆，所述车辆可以是机动车，也可以是机车，具体位置在车辆发动机。所述移动污染源也可以是船舶，具体位置在船舶发动机。所述移动污染源废气为车辆或船舶的尾气。所述固定污染源为排放工业废气的设施。所述固定污染源废气为工业废气。

本发明所提供的用途中，所述装置设于所述污染源的排气系统中。

本发明所提供的用途中，所述除颗粒装置通过集尘极收集污染物废气中已经带电的颗粒物。

实施例1

选择驻极体材料，驻极体材料为玻璃纤维，具有驻极能力。将充电后的驻极体材料作为充电静电集尘极。将含有驻极体材料的充电静电集尘极独立设置，组成除颗粒装置。通过充电静电集尘极多层布置，至少两组驻极体材料作为电极形成无源电场，进行加电吸附去除废气中的颗粒物。

也可将含有驻极体材料的充电静电集尘极与电子发生极进行组合设置，组成除颗粒装置。组合设置中，充电静电集尘极与电子发生极设置位置平行等距离，充电静电集尘极单层布置，并以充电静电集尘极为阳极，电子发生极为阴极，从而形成有源、无源混合电场。当电子发生极作为阴极发射负离子，集尘极作为阳极接受负离子，从而电子发生极可以对废气中的颗粒物进行加电，集尘极收集废气中已带电的颗粒物。

上述废气通过电场方式为通过式。除颗粒装置中废气的气流流向方式为平行通过方式。具体见图1所示。

在机动车启动排气后，除颗粒装置经充电静电集尘极，通过驻极体材料作为电极形成的静电场，能够有效去除废气中的颗粒物。通过除颗粒装置中有源、无源混合电场的静电除尘协同作用，可达到99％上的净化效率。通过单独的无源电场作用，可达到30％以上的净化效率。

实施例2

选择驻极体材料，驻极体材料为gama-三氧化铝，具有驻极能力。将充电后的驻极体材料作为充电静电集尘极。将含有驻极体材料的充电静电集尘极独立设置，组成除颗粒装置。即将驻极体材料通过涂覆成型的方式负载在400目的铁铬铝蜂窝载体上，再通过外加电场对gama涂层(驻极材料)进行加电，使其带正电。然后安装在排气管中，独立作为无源静电场，进行加电吸附去除废气中的颗粒物。

上述废气通过电场方式为过滤式。除颗粒装置中废气的气流流向方式为垂直贯穿方式。具体见图2所示。

在机动车启动排气后，除颗粒装置经充电静电集尘极，通过驻极体材料作为电极形成的无源静电场，能够有效去除废气中的颗粒物。通过单独的无源电场作用，可达到50％以上的净化效率。

实施例3

选择驻极体材料，驻极体材料为聚四氟乙烯穿孔板，具有驻极能力，驻极材料的直径58mm，长200mm，孔密度200目，孔径0.2mm，孔形状为三角形。。将充电后的驻极体材料作为充电静电集尘极，充电静电集尘极呈圆柱形。将含有驻极体材料的充电静电集尘极独立设置，组成除颗粒装置。安装在有源的静电场出口处，通过充电静电集尘极多层布置，至少两组驻极体材料作为电极形成无源电场，进行加电吸附去除废气中的颗粒物。

也可将含有驻极体材料的充电静电集尘极与电子发生极进行组合设置，组成除颗粒装置。组合设置中，充电静电集尘极与电子发生极设置位置平行等距离，充电静电集尘极单层布置，并以充电静电集尘极为阳极，电子发生极为阴极，从而形成有源、无源混合电场。当电子发生极作为阴极发射负离子，集尘极作为阳极接受负离子，从而电子发生极可以对废气中的颗粒物进行加电，集尘极收集废气中已带电的颗粒物。

上述废气通过电场方式为过滤式。除颗粒装置中废气的气流流向方式为垂直贯穿方式(壁流式)。具体见图2所示。

在机动车启动排气后，除颗粒装置经充电静电集尘极，通过驻极体材料作为电极形成的静电场，能够有效去除废气中的颗粒物。通过除颗粒装置中有源、无源混合电场的静电除尘协同作用，可达到99％上的净化效率。通过单独的无源电场作用，可达到30％以上的净化效率。

所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种充电静电集尘极的制备方法，是将驻极体材料进行充电后，在无源条件下作为电极用以捕集废气中的颗粒物，所述驻极体材料为具有驻极性能的无机化合物和/或有机化合物。

2.根据权利要求1所述的一种充电静电集尘极的制备方法，其特征在于，所述无机化合物选自含氧化合物、含氮化合物或玻璃纤维中的一种或多种组合。

3.根据权利要求1所述的一种充电静电集尘极的制备方法，其特征在于，所述有机化合物选自氟聚合物、聚碳酸酯、PP、PE、PVC、天然蜡、树脂、松香中的一种或多种组合。

4.一种充电静电集尘极，根据权利要求1-3任一所述的制备方法制得。

5.一种含集尘极的除颗粒装置，其特征在于，包括有根据权利要求4所述的充电静电集尘极。

6.根据权利要求5所述的一种含集尘极的除颗粒装置，其特征在于，所述充电静电集尘极可以独立设置。

7.根据权利要求5所述的一种含集尘极的除颗粒装置，其特征在于，所述除颗粒装置还包括有电子发生极，所述电子发生极与所述充电静电集尘极可以组合设置。

8.根据权利要求5所述的一种含集尘极的除颗粒装置，其特征在于，所述充电静电集尘极在除颗粒装置中的布置方式选自单层布置或多层布置中的一种。

9.根据权利要求5所述的一种含集尘极的除颗粒装置，其特征在于，所述除颗粒装置中废气通过电场方式选自通过式或过滤式中的一种。

10.根据权利要求5-9任一所述的一种含集尘极的除颗粒装置在去除污染源废气中颗粒物的用途。

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