CN112717556A - 一种具有脱硝脱二噁英功能的过滤材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种具有脱硝脱二噁英功能的过滤材料的制备方法，涉及环境催化和大气污染治理领域，基于现有的除尘脱硝脱脱二噁英一体化除尘滤料制备工艺工艺复杂的问题而提出的。在传统针刺过滤材料生产过程的叠网工序向铺好的每层网上喷洒高温的脱硝脱二噁英催化剂纳米粒子，使催化剂纳米粒子在接触纤维后利用自身的热量将纤维本体部分融化，纳米粒子的部分部位与纤维本体融合在一起并具有一定结合力，形成纳米粒子复合纤维，再经针刺、烧毛、压光和热定型等工序制备成具有脱硝脱二噁英功能的除尘滤料。本发明方法制备工艺简单、可操作性强，制备的滤料可在原有除尘工艺中直接应用，进而可实现工业烟气的除尘和脱硝脱二噁英三重功效。

Description

一种具有脱硝脱二噁英功能的过滤材料的制备方法
技术领域
本发明涉及环境催化和大气污染治理领域，具体涉及一种具有脱硝脱二噁英功能的过滤材料的制备方法。
背景技术
目前，工业烟气中的颗粒污染物多采用除尘滤袋进行脱除，氮氧化物多采用选择催化还原(SCR)技术进行脱除。以上两种污染物若分别通过专门的装置单独进行脱除，其装置的建设、运行和维护成本等都较高，且需占用较大场地和空间。随着工业烟气治理技术的发展，多污染物协同治理成为工业尾气治理技术的发展趋势，主要体现在除尘技术和脱硝、脱硫、脱二噁英类等技术间的协同，通过在同一产品上实现多种功能的复合达到多污染物协同治理的目的。
中国专利CN109663500A公开了一种烟气催化多脱布袋除尘器，其本质还是两个布袋产品的简单叠加，外层布袋用于除尘，内层布袋用于催化降解氮氧化物、二噁英类和硫氧化物等污染物。中国专利CN107321348A公开了一种可催化去除有机气态污染物的催化纤维及其制备方法、催化滤袋及布袋除尘器，其中的催化滤袋是以含有催化剂的PTFE纤为原料通过制成针刺毡过滤布缝合而成。该催化滤袋在制成之前，需先制备含催化剂(五氧化二钒、铂、钯中的一种或几种)的PTFE纤维，过程中需要用到由丙烯酸甲酯溶液和硫酸钾溶液配制的粘结油剂，但是其中的钾元素有可能导致五氧化二钒等活性组分中毒失活。中国专利CN104998467B公开了一种具有脱硝和二噁英功效的过滤材料及其制备方法。该技术存在的问题如下：该过滤材料由含有催化剂的PTFE纤维、含有催化剂的PTFE微孔薄膜和PTFE基布制成PTFE毡料层，再对PTFE毡料层进行整体浸渍含活性金属催化剂的乳液和后续高温烧结，整个催化过滤材料制备过程冗长复杂。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供一种制备工艺简单的具有脱硝脱二噁英功能的过滤材料的制备方法。
本发明是采用以下技术方案解决上述技术问题的：
本发明提供一种具有脱硝脱二噁英功能的过滤材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备脱硝脱二噁英催化剂；
(2)将制备好的脱硝脱二噁英催化剂进行破碎、研磨至催化剂纳米粉体；
(3)将步骤(2)中制得的催化剂纳米粉体填充至粉体喷撒装置中进行加热处理；
(4)将高分子纤维滤料喂入滤料生产线，依次经开松、混合、精开松、喂棉、均棉、粗疏、精梳等工序至叠网工序；
(5)叠网工序开始工作后，开启粉体喷射装置将热的脱硝脱二噁英催化剂纳米粉体喷撒至纤维网上，每铺一层网，对新铺上的滤网喷撒一次催化剂纳米粒子，重复铺网和喷洒催化剂纳米粒子操作若干次至纤维网的总克重为800g/m2；
(6)完成叠网工序的面层、基布层和底层的滤网依次进入针刺、烧毛、压光、热定型等工序，即制得除尘脱硝脱二噁英一体化过滤材料。
在传统针刺过滤材料生产过程的叠网工序向铺好的每层网上喷洒高温的脱硝脱二噁英催化剂纳米粒子，使催化剂纳米粒子在接触纤维后利用自身的热量将纤维本体部分融化，纳米粒子的部分部位与纤维本体融合在一起并具有一定结合力，形成纳米粒子复合纤维，再经针刺、烧毛、压光和热定型等工序制备成具有脱硝脱二噁英功能的除尘滤料。本发明方法制备工艺简单、可操作性强。
优选地，所述脱硝脱二噁英催化剂包括钒钛系催化剂或锰钛系催化剂。
优选地，所述脱硝脱二噁英催化剂选自V2O5/TiO2、V2O5-WO3/TiO2、V2O5-MoO3/TiO2、V2O5-WO3-MoO3/TiO2、MnOx-CeO2/TiO2、MnCuOx/TiO2或MnOx/TiO2中的一种。
优选地，所述催化剂纳米粉体的粒径为100-200nm。
优选地，所述催化剂纳米粉体的加热温度为300-400℃。
优选地，所述高分子纤维滤料包括PPS纤维、PTFE纤维、P84、芳纶、芳砜纶中的一种或多种。
优选地，所述喷撒至纤维网上的催化剂与纤维网的质量比为1:2-1:4。
优选地，所述步骤(5)中重复铺网和喷洒催化剂纳米粒子8次。
优选地，依次包括组成过滤材料的面层、基布层和底层和具有脱硝脱二噁英功能的催化剂纳米粒子，其中催化剂纳米粒子在面层、基布层和底层中均匀分布并与组成面层、基布层和底层的高分子纤维热融合成一体。
本发明的有益效果在于：
1、在传统针刺过滤材料生产过程的叠网工序向铺好的每层网上喷洒高温的脱硝脱二噁英催化剂纳米粒子，使催化剂纳米粒子在接触纤维后利用自身的热量将纤维本体部分融化，纳米粒子的部分部位与纤维本体融合在一起并具有一定结合力，形成纳米粒子复合纤维，再经针刺、烧毛、压光和热定型等工序制备成具有脱硝脱二噁英功能的除尘滤料，本发明方法制备工艺简单、可操作性强。
2、本发明制备得到的具有脱硝脱二噁英功能的除尘滤料可在原有除尘工艺中直接应用，无需改变原有设备和工况条件，即可完成除尘和氮氧化物、二噁英类物质的选择催化降解。
3、本发明制备得到的具有脱硝脱二噁英功能的除尘滤料可根据使用的高分子纤维种类适应不同除尘工况条件下脱硝和脱二噁英地目的。
附图说明
图1是本发明滤料生产工艺步骤示意图；
图2是本发明脱硝脱二噁英催化剂纳米粒子复合高分子纤维示意图。
附图标号说明：
1、高分子纤维；2、催化剂颗粒。
具体实施方式
以下将对本发明做进一步详细说明。
下述实施例中所用的试验材料和试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
实施例中未注明具体技术或条件者，均可以按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。
实施例1
一种具有脱硝脱二噁英功能的过滤材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照专利201510427867.X报道的方法制备脱硝脱二噁英催化剂；
(2)将制备好的活性催化剂V2O5/TiO2破碎、研磨至150nm，然后将催化剂纳米粉体放置到粉体喷撒装置中加热至320℃，粉体喷撒装置为东莞市威拿机械设备有限公司LRA-200型低压自动喷枪；
(3)将PPS纤维和芳纶纤维按照质量比为1:1进行喂入、混合、精开松、喂棉、均棉、粗疏、精梳；
(4)步骤(2)中的纤维网输送至叠网工序后对已铺好的纤维网进行喷撒高温催化剂纳米粒子，喷撒速度按照催化剂与纤维网质量比为1:2.5的比例进行喷撒，纤维网的总质量(含催化剂)以800g/m2计；
(5)完成叠网和喷撒高温催化剂纳米粒子工序后的三层结构进入针刺工序，使其形成针刺毡，再经过烧毛、压光和热定型，重复铺网和喷洒催化剂纳米粒子操作8次，制得具有脱硝脱二噁英功能的PPS/芳纶复合除尘滤料；
(6)对制得的具有脱硝脱二噁英功能的PPS/芳纶复合除尘滤料进行性能检测，检测结果如表1所示。
实施例2
一种具有脱硝脱二噁英功能的过滤材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照专利201510427867.X报道的方法制备脱硝脱二噁英催化剂；
(2)将预先制备好的活性催化剂V2O5-WO3/TiO2破碎、研磨至120nm，然后将催化剂纳米粉体放置到粉体喷撒装置中加热至370℃，粉体喷撒装置为东莞市威拿机械设备有限公司LRA-200型低压自动喷枪；
(3)将PTFE纤维进行喂入、混合、精开松、喂棉、均棉、粗疏、精梳；
(4)步骤(2)中的纤维网输送至叠网工序后对已铺好的纤维网进行喷撒高温催化剂纳米粒子，喷撒速度按照催化剂与纤维网质量比为1:2的比例进行喷撒，纤维网的总质量(含催化剂)以800g/m2计；
(5)完成叠网和喷撒高温催化剂纳米粒子工序后的三层结构进入针刺工序，使其形成针刺毡，再经过烧毛、压光和热定型，重复铺网和喷洒催化剂纳米粒子操作8次，制得具有脱硝脱二噁英功能的纯PTFE除尘滤料；
(6)对制得的具有脱硝脱二噁英功能的纯PTFE除尘滤料进行性能检测，检测结果如表1所示。
实施例3
(1)按照专利201510427867.X报道的方法制备脱硝脱二噁英催化剂；
(2)将预先制备好的活性催化剂V2O5-MoO3/TiO2破碎、研磨至180nm，然后将催化剂纳米粉体放置到粉体喷撒装置中加热至360℃，粉体喷撒装置为东莞市威拿机械设备有限公司LRA-200型低压自动喷枪；
(3)将P84纤维进行喂入、混合、精开松、喂棉、均棉、粗疏、精梳；
(4)步骤(2)中的纤维网输送至叠网工序后对已铺好的纤维网进行喷撒高温催化剂纳米粒子，喷撒速度按照催化剂与纤维网质量比为1:3的比例进行喷撒，纤维网的总质量(含催化剂)以800g/m2计；
(5)完成叠网和喷撒高温催化剂纳米粒子工序后的三层结构进入针刺工序，使其形成针刺毡，再经过烧毛、压光和热定型，重复铺网和喷洒催化剂纳米粒子操作8次，制得具有脱硝脱二噁英功能的纯P84除尘滤料；
(6)对制得的具有脱硝脱二噁英功能的纯P84除尘滤料进行性能检测，检测结果如表1所示。
实施例4
一种具有脱硝脱二噁英功能的过滤材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照专利201510427867.X报道的方法制备脱硝脱二噁英催化剂；
(2)将预先制备好的活性催化剂MnOx-CeO2/TiO2破碎、研磨至120nm，然后将催化剂纳米粉体放置到粉体喷撒装置中加热至350℃，粉体喷撒装置为东莞市威拿机械设备有限公司LRA-200型低压自动喷枪；
(3)将PPS纤维进行喂入、混合、精开松、喂棉、均棉、粗疏、精梳；
(4)步骤(2)中的纤维网输送至叠网工序后对已铺好的纤维网进行喷撒高温催化剂纳米粒子，喷撒速度按照催化剂与纤维网质量比为1:2.8的比例进行喷撒，纤维网的总质量(含催化剂)以800g/m2计；
(5)完成叠网和喷撒高温催化剂纳米粒子工序后的三层结构进入针刺工序，使其形成针刺毡，再经过烧毛、压光和热定型，重复铺网和喷洒催化剂纳米粒子操作8次，制得具有脱硝脱二噁英功能的纯PPS除尘滤料；
(6)对制得的具有脱硝脱二噁英功能的纯PPS除尘滤料进行性能检测，检测结果如表1所示。
实施例5
(1)按照专利201510427867.X报道的方法制备脱硝脱二噁英催化剂；
(2)将预先制备好的活性催化剂MnCuOx/TiO2破碎、研磨至100nm，然后将催化剂纳米粉体放置到粉体喷撒装置中加热至390℃，粉体喷撒装置为东莞市威拿机械设备有限公司LRA-200型低压自动喷枪；
(3)将PTFE纤维和芳砜纶纤维按照质量比为1:1进行喂入、混合、精开松、喂棉、均棉、粗疏、精梳；
(4)步骤(2)中的纤维网输送至叠网工序后对已铺好的纤维网进行喷撒高温催化剂纳米粒子，喷撒速度按照催化剂与纤维网质量比为1:3.5的比例进行喷撒，纤维网的总质量(含催化剂)以800g/m2计；
(5)完成叠网和喷撒高温催化剂纳米粒子工序后的三层结构进入针刺工序，使其形成针刺毡，再经过烧毛、压光和热定型，重复铺网和喷洒催化剂纳米粒子操作8次，制得具有脱硝脱二噁英功能的PTFE/芳砜纶复合除尘滤料；
(6)对制得的具有脱硝脱二噁英功能的PTFE/芳砜纶复合除尘滤料进行性能检测，检测结果如表1所示。
表1为实施例1-5除尘脱硝脱二噁英一体化过滤材料的性能指标
Figure BDA0002806740190000071
Figure BDA0002806740190000081
根据表1的结果可以看出，本发明方法在传统针刺过滤材料生产过程的叠网工序向铺好的每层网上喷洒高温的脱硝脱二噁英催化剂纳米粒子，使催化剂纳米粒子在接触纤维后利用自身的热量将纤维本体部分融化，纳米粒子的部分部位与纤维本体融合在一起并具有一定结合力，形成纳米粒子复合纤维，再经针刺、烧毛、压光和热定型等工序制备成具有脱硝脱二噁英功能的除尘滤料，可实现粉尘量≤10mg/Nm3的排放，滤料整体具有较高的拉伸强度，本发明方法制备工艺简单、可操作性强，制备的具有脱硝脱二噁英的过滤材料的耐温性能优秀，能够连续工作温度260℃，瞬时耐温可达280℃；本发明制备得到的具有脱硝脱二噁英功能的除尘滤料可根据使用的高分子纤维种类适应不同除尘工况条件下脱硝和脱二噁英地目的。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，与本发明构思无实质性差异的各种工艺方案均在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种具有脱硝脱二噁英功能的过滤材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制备脱硝脱二噁英催化剂；
(2)将制备好的脱硝脱二噁英催化剂进行破碎、研磨至催化剂纳米粉体；
(3)将步骤(2)中制得的催化剂纳米粉体填充至粉体喷撒装置中进行加热处理；
(4)将高分子纤维滤料喂入滤料生产线，依次经开松、混合、精开松、喂棉、均棉、粗疏、精梳等工序至叠网工序；
(5)叠网工序开始工作后，开启粉体喷射装置将热的脱硝脱二噁英催化剂纳米粉体喷撒至纤维网上，每铺一层网，对新铺上的滤网喷撒一次催化剂纳米粒子，重复铺网和喷洒催化剂纳米粒子操作若干次至纤维网的总克重为800g/m2；
(6)完成叠网工序的面层、基布层和底层的滤网依次进入针刺、烧毛、压光、热定型等工序，即制得除尘脱硝脱二噁英一体化过滤材料。
2.根据权利要求1所述的一种具有脱硝脱二噁英功能的过滤材料的制备方法，其特征在于：所述脱硝脱二噁英催化剂包括钒钛系催化剂或锰钛系催化剂。
3.根据权利要求2所述的一种具有脱硝脱二噁英功能的过滤材料的制备方法，其特征在于：所述脱硝脱二噁英催化剂选自V2O5/TiO2、V2O5-WO3/TiO2、V2O5-MoO3/TiO2、V2O5-WO3-MoO3/TiO2、MnOx-CeO2/TiO2、MnCuOx/TiO2或MnOx/TiO2中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种具有脱硝脱二噁英功能的过滤材料的制备方法，其特征在于：所述催化剂纳米粉体的粒径为100-200nm。
5.根据权利要求1所述的一种具有脱硝脱二噁英功能的过滤材料的制备方法，其特征在于：所述催化剂纳米粉体的加热温度为300-400℃。
6.根据权利要求1所述的一种具有脱硝脱二噁英功能的过滤材料的制备方法，其特征在于：所述高分子纤维滤料包括PPS纤维、PTFE纤维、P84、芳纶、芳砜纶中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的一种具有脱硝脱二噁英功能的过滤材料的制备方法，其特征在于：所述喷撒至纤维网上的催化剂与纤维网的质量比为1:2-1:4。
8.根据权利要求1所述的一种具有脱硝脱二噁英功能的过滤材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(5)中重复铺网和喷洒催化剂纳米粒子8次。
9.根据权利要求1所述的一种具有脱硝脱二噁英功能的过滤材料的制备方法，其特征在于：依次包括组成过滤材料的面层、基布层和底层和具有脱硝脱二噁英功能的催化剂纳米粒子，其中催化剂纳米粒子在面层、基布层和底层中均匀分布并与组成面层、基布层和底层的高分子纤维热融合成一体。
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