CN112892110A - 一种具备催化氧化有机污染物的陶瓷纤维催化滤管及除尘器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具备催化氧化有机污染物的陶瓷纤维催化滤管及除尘器,包括陶瓷纤维管、催化剂涂层和蜂窝载体。其中,所述的陶瓷纤维管为顶部开口的管体结构;所述蜂窝载体填充于陶瓷纤维管的顶部开口处;所述催化剂涂层涂覆在陶瓷纤维管的内壁以及蜂窝载体上。本发明陶瓷纤维管的主要成份为Al2O3、SiO2和TiO2,添加了TiO2,有利于吸附尾气中的有机污染物;催化剂涂层分别涂于陶瓷纤维管和V2O5载体上,能够有效催化和氧化尾气中的有机污染物生成无害气体CO2、H2O等,从而达到排放法规要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种具备催化氧化有机污染物的陶瓷纤维催化滤管及除尘器,属于催化剂制备与除尘材料制备交叉领域。
背景技术
随着土壤热脱附技的应用与推广,污染土壤在热脱附反应器中被高温烟气间接加热,土壤中的水分和有机物受热后挥发成为气态,从而与固态土壤分离,这部分气体被称为“热脱附气”,它的主要成分是过热水蒸气、有机物蒸汽,并携带有大量粉尘,具有高温、高尘、高湿、有机物浓度大等特点。
现有热脱附装备通常采用循环水喷淋冷却+活性炭吸附的热脱附气处理方法。这种处理方法中,由于大量粉尘进入喷淋水变成悬浮颗粒物SS,而且喷淋水循环使用,导致悬浮颗粒物SS不断累积,很容易导致管道堵塞。并且这些悬浮颗粒物SS在循环水深度净化处理时,会变成10-20倍重量的次生危废污泥,造成二次污染。由于循环水中有机物与悬浮颗粒物SS混合在一起,导致有机物不能有效分离,对于有价值的有机物无法实现回收。另外,传统的处理工艺不仅产废水量高,且废水处理成本高,工艺复杂,正逐渐由高温除尘技术与间壁冷凝处理工艺所替代。
高温除尘工艺为高温旋风除尘和高温陶瓷纤维滤管工艺,工作温度在300~550℃之间,为催化剂活性高的温度区间,但目前市场上的高温陶瓷纤维滤管的功能为单一的过滤功能,不具备催化氧化的功能。
催化氧化法是指将尾气中的有机污染物在催化剂的作用下发生氧化反应,实现有机污染物的降解过程,在催化剂的作用下,实现有机污染物在低于500℃条件氧化和降解。
目前,市场上并未有具备催化氧化有机污染物的陶瓷纤维催化滤管等相关产品。
发明内容
发明目的:本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足,提供一种具备土壤热脱附等工艺尾气中有机污染物的除尘和降解功能的陶瓷纤维催化滤管。
为了实现上述目的,本发明采取的技术方案如下:
一种具备催化氧化有机污染物的陶瓷纤维催化滤管,包括陶瓷纤维管、催化剂涂层和蜂窝载体。
其中,所述的陶瓷纤维管为顶部开口的管体结构;所述蜂窝载体填充于陶瓷纤维管的顶部开口处;所述催化剂涂层涂覆在陶瓷纤维管的内壁以及蜂窝载体上。
具体地,所述催化剂涂层通过如下步骤制备:
(1)合成Cu-Pb-Zr复合氧化物:
称取20~60重量份CuSO4·7H2O、10~50重量份Pb(NO3)2和20~40重量份Zr(NO3)4·5H2O混合,然后加入150~200重量份柠檬酸搅拌得到混合液,缓慢加入15~25重量份聚乙二醇或聚丙三醇,充分搅拌后静置,抽滤后取固体粉末烘干,在于350~500℃下锻烧获得Cu-Pb-Zr复合氧化物;
(2)配置涂层混合液
将纳米TiO2、Cu-Pb-Zr复合氧化物和ZrO2溶胶按重量比为(0.2~0.5):(0.5~0.8):(0.02~0.05)加入去离子水中,获得混合液;将混合液经研磨到颗粒度D90为10~30um后;混合液中加入Pt(NO3)2:乙醇为1:2的溶液,即得。
具体地,所述陶瓷纤维管的制备方法为将质量百分比为35%~50%Al2O3、50%~60%SiO2和0~10%TiO2混合,制作成型后在1600℃~2200℃的温度下进行煅烧形成气孔率大于80%以上的陶瓷纤维管。
具体地,所述的蜂窝载体为蜂窝状的V2O5载体。
优选地,所述催化剂涂层按照涂覆量100~300kg/m3涂于陶瓷纤维管内壁,分层涂覆,每涂覆一层后进行烘干处理,涂覆完成后放于450~550℃焙烧1~5h,然后冷却至室温。
优选地,所述催化剂涂层按照涂覆量100~300kg/m3涂于蜂窝载体的两面,涂覆完成后放于450~550℃焙烧1~5h,冷却后安装于陶瓷纤维管顶部管口处。
优选地,步骤(1)合成Cu-Pb-Zr复合氧化物过程中,先在350℃锻烧1h,然后在500℃下锻烧5h,升温速率控制在30℃/min。步骤(2)配置涂层混合液过程中,Pt(NO3)2:乙醇为1:2的溶液中,Pt(NO3)2用量按照涂覆面积计算,为0.2~4kg/m3。
进一步地,本发明还要求保护上述具备催化氧化有机污染物的陶瓷纤维催化滤管在除尘器中的应用。
更进一步地,本发明还要求保护一种含有上述具备催化氧化有机污染物的陶瓷纤维催化滤管的除尘器。
具体地,该除尘器包括除尘器箱体以及设置于除尘器箱体内部的一组具备催化氧化有机污染物的陶瓷纤维催化滤管;所述陶瓷纤维催化滤管纵向的架设在除尘器的隔板上,陶瓷纤维催化滤管的顶部开口位于隔板上方,陶瓷纤维催化滤管的下方管身位于隔板的下方;
除尘器通过隔板将内部分为上下两个风室,隔板下方的风室侧面设有进风口,顶部通过料斗与下方的排灰口连接;
隔板上方的风室顶部设有出风口,内部设有反吹系统;所述反吹系统包括空气存储罐以及空气管线,所述空气存储罐固定于除尘器的侧面,所述空气管线一端通过总管连接至空气存储罐,另一端通过各分管从陶瓷纤维催化滤管顶部管口穿过蜂窝载体后伸入陶瓷纤维催化滤管内部。
有益效果:
1、本发明陶瓷纤维管的主要成份为Al2O3、SiO2和TiO2,添加了TiO2,有利于吸附尾气中的有机污染物;催化剂涂层分别涂于陶瓷纤维管和V2O5载体上,能够有效催化和氧化尾气中的有机污染物生成无害气体CO2、H2O等,从而达到排放法规要求。
2、本发明催化剂涂层结合纳米TiO2,既有利形成优势孔洞,同时有利于吸附气体中的有机污染物,提高催化剂表面的有机物的浓度。Cu-Pb-Zr复合活性氧化物,在较低温度下,具有良好的催化活性,与陶瓷纤维管组合,实现过滤与催化过滤同时进行。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明,本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1是本发明陶瓷纤维催化滤管的结构示意图。
图2为本发明含有该陶瓷纤维催化滤管的除尘器结构示意图。
其中,各附图标记分别代表:1陶瓷纤维催化滤管;101陶瓷纤维管;102催化剂涂层;103蜂窝载体;2除尘器箱体;3空气存储罐;4空气管线;5隔板;6排灰口;7进风口;8出风口。
具体实施方式
根据下述实施例,可以更好地理解本发明。
说明书附图所绘示的结构、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所能涵盖的范围内。同时,本说明书中所引用的如“上”、“下”、“前”、“后”、“中间”等用语,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。
如图1所示,本发明具备催化氧化有机污染物的陶瓷纤维催化滤管1包括陶瓷纤维管101、催化剂涂层102和蜂窝载体103。其中,所述的陶瓷纤维管101为顶部开口的管体结构;所述蜂窝载体103填充于陶瓷纤维管101的顶部开口处;所述催化剂涂层102涂覆在陶瓷纤维管101的内壁以及蜂窝载体103上。
陶瓷纤维催化滤管1通过如下方法制备:
陶瓷纤维管101的制备:Al2O3、SiO2和TiO2按照质量比为9:10:1混合后,制作成型后在1600℃~2200℃的温度下进行煅烧形成气孔率大于80%以上的陶瓷纤维管1。
催化剂涂层102通过如下步骤制备:
(1)合成Cu-Pb-Zr复合氧化物:
称取60重量份CuSO4·7H2O、25重量份Pb(NO3)2和20重量份Zr(NO3)4·5H2O混合,然后加入200重量份柠檬酸搅拌2.5h得到混合液,缓慢加入20重量份分子量为500~700聚乙二醇,搅拌16h,静置24h,抽滤后取固体粉末于105℃下烘干12h,再于分别于350℃和500℃下锻烧1h和5h,控制升温速率为30℃/min;获得Cu-Pb-Zr复合氧化物。
(2)配置涂层混合液:
将纳米TiO2、Cu-Pb-Zr复合氧化物和ZrO2溶胶按重量比为0.35:0.6:0.05加入去离子水中,获得混合液;将混合液经研磨到颗粒度D90为10~30um后;40重量份混合液中加入3重量份Pt(NO3)2:乙醇为1:2的溶液,即得。其中,Pt(NO3)2:乙醇为1:2的溶液中,Pt(NO3)2用量按照涂覆面积计算,为0.5kg/m3。
将配置的催化剂涂层102按照涂覆量200kg/m3涂于陶瓷纤维管101内壁,分层涂覆,每涂一层后于105℃烘干12h,涂覆完成后于550℃焙烧5h,然后冷却至室温。将配置的催化剂涂层102按照涂覆量200kg/m3涂于V2O5的蜂窝载体上,于550℃焙烧5h后,冷却后安装于玻璃纤维管顶部,最终得到具备催化氧化有机污染物的陶瓷纤维催化滤管1。
如图2所示,将制备得到的具备催化氧化有机污染物的陶瓷纤维催化滤管1纵向的架设在除尘器的隔板5上,陶瓷纤维催化滤管的顶部开口位于隔板5上方,陶瓷纤维催化滤管的下方管身位于隔板5的下方;除尘器通过隔板5将内部分为上下两个风室,隔板5下方的风室侧面设有进风口7,顶部通过料斗与下方的排灰口6连接;隔板5上方的风室顶部设有出风口8,内部设有反吹系统;所述反吹系统包括空气存储罐3以及空气管线4,所述空气存储罐3固定于除尘器的侧面,所述空气管线4一端通过总管连接至空气存储罐3,另一端通过各分管从陶瓷纤维催化滤管顶部管口穿过蜂窝载体103后伸入陶瓷纤维催化滤管内部。
该除尘器的除尘原理为:热脱附的气体挟带着大量粉尘,经过高温旋风除尘器后的热气体,由进风口7进入除尘器内部,粉尘被陶瓷纤维管101过滤后,部分有机污染物通过陶瓷纤维管的孔隙进入到催化剂涂层102后,被吸附和氧化降解。未被降解的有机污染物被蜂窝载体103氧化降解后由出风口8排放。被阻挡在陶瓷纤维管101外的粉尘,通过空气储气罐3中加压空气通过空气管线4进行脉冲吹落,吹落的粉尘由排灰口6排出除尘器,吹灰的同时为除尘器中提供足够氧气用于氧化有机污染物并降解。
将该除尘器应用于南京某项目间接热脱附气中颗粒与有机污染物的脱除。实验对照组为没有涂覆催化剂涂层的陶瓷纤维滤管,其他条件完全相同,结果对比如表1所示:
实验通入的气体成分为:粉尘深度443.4±62.2mg/m3;苯42.1±8.1mg/m3;C10~C40134.35±12.2mg/m3。
表1
从表1可以看出:该除尘器对粉尘的脱除效率可达到99%以上,同时结合脉冲吹灰与补充氧气,防止陶瓷纤维催化滤管堵塞的同时,对苯的氧化效率为23~31%,对C10~C40的氧化效率为31~64%,实现除尘与氧化污染物的效果。
本发明提供了一种具备催化氧化有机污染物的陶瓷纤维催化滤管及除尘器的思路及方法,具体实现该技术方案的方法和途径很多,以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。
Claims (10)
1.一种具备催化氧化有机污染物的陶瓷纤维催化滤管,其特征在于,包括陶瓷纤维管(101)、催化剂涂层(102)和蜂窝载体(103);
所述的陶瓷纤维管(101)为顶部开口的管体结构;所述蜂窝载体(103)填充于陶瓷纤维管(101)的顶部开口处;所述催化剂涂层(102)涂覆在陶瓷纤维管(101)的内壁以及蜂窝载体(103)上。
2.根据权利要求1所述的具备催化氧化有机污染物的陶瓷纤维催化滤管,其特征在于,所述催化剂涂层(102)通过如下步骤制备:
(1)合成Cu-Pb-Zr复合氧化物:
称取20~60重量份CuSO4·7H2O、10~50重量份Pb(NO3)2和20~40重量份Zr(NO3)4·5H2O混合,然后加入150~200重量份柠檬酸搅拌得到混合液,缓慢加入15~25重量份聚乙二醇或聚丙三醇,充分搅拌后静置,抽滤后取固体粉末烘干,在于350~500℃下锻烧获得Cu-Pb-Zr复合氧化物;
(2)配置涂层混合液:
将纳米TiO2、Cu-Pb-Zr复合氧化物和ZrO2溶胶按重量比为(0.2~0.5):(0.5~0.8):(0.02~0.05)加入去离子水中,获得混合液;将混合液经研磨到颗粒度D90为10~30um后;混合液中加入Pt(NO3)2:乙醇为1:2的溶液,即得。
3.根据权利要求1所述的具备催化氧化有机污染物的陶瓷纤维催化滤管,其特征在于,所述陶瓷纤维管的制备方法为将质量百分比为35%~50%Al2O3、50%~60%SiO2和0~10%TiO2混合,制作成型后在1600℃~2200℃的温度下进行煅烧形成气孔率大于80%以上的陶瓷纤维管。
4.根据权利要求1所述的具备催化氧化有机污染物的陶瓷纤维催化滤管,其特征在于,所述的蜂窝载体(103)为蜂窝状的V2O5载体。
5.根据权利要求2所述的具备催化氧化有机污染物的陶瓷纤维催化滤管,其特征在于,所述催化剂涂层(102)按照涂覆量100~300kg/m3涂于陶瓷纤维管(101)内壁,分层涂覆,每涂覆一层后进行烘干处理,涂覆完成后于450~550℃焙烧1~5h,然后冷却至室温。
6.根据权利要求2所述的具备催化氧化有机污染物的陶瓷纤维催化滤管,其特征在于,所述催化剂涂层(102)按照涂覆量100~300kg/m3涂于蜂窝载体(103)的两面,涂覆完成后于450~550℃焙烧1~5h,冷却后安装于陶瓷纤维管(101)顶部管口处。
7.根据权利要求2所述的具备催化氧化有机污染物的陶瓷纤维催化滤管,其特征在于,步骤(1)合成Cu-Pb-Zr复合氧化物过程中,先在350℃锻烧1h,然后在500℃下锻烧5h,升温速率控制在30℃/min;
步骤(2)配置涂层混合液过程中,Pt(NO3)2:乙醇为1:2的溶液中,Pt(NO3)2用量按照涂覆面积计算,为0.2~4kg/m3。
8.权利要求1所述的具备催化氧化有机污染物的陶瓷纤维催化滤管在除尘器中的应用。
9.一种除尘器,其特征在于,含有权利要求1所述的具备催化氧化有机污染物的陶瓷纤维催化滤管。
10.根据权利要求9所述的除尘器,其特征在于,所述具备催化氧化有机污染物的陶瓷纤维催化滤管(1)为一组,纵向的架设在除尘器的隔板(5)上,陶瓷纤维催化滤管(1)的顶部开口位于隔板(5)上方,陶瓷纤维催化滤管(1)的下方管身位于隔板(5)的下方;
除尘器通过隔板(5)将内部分为上下两个风室,隔板(5)下方的风室侧面设有进风口(7),顶部通过料斗与下方的排灰口(6)连接;
隔板(5)上方的风室顶部设有出风口(8),内部设有反吹系统;所述反吹系统包括空气存储罐(3)以及空气管线(4),所述空气存储罐(3)固定于除尘器的侧面,所述空气管线(4)一端通过总管连接至空气存储罐(3),另一端通过各分管从陶瓷纤维催化滤管(1)顶部管口穿过蜂窝载体(103)后伸入陶瓷纤维催化滤管(1)内部。
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