CN113476958B - 一种滤料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于过滤材料制备技术领域，具体涉及一种滤料及其制备方法和应用。该制备方法包括，(1)在55‑70℃下，将滤料基材浸渍于金属盐溶液中；(2)在浸渍后的滤料基材表面喷洒尿素溶液和/或氨水溶液，然后再在滤料基材表面喷洒双氧水溶液；(3)经热处理后得到滤料。该方法得到的脱硝除尘一体化滤料可以保证滤料基材与催化剂具有高结合牢度的同时，还可以使催化剂均匀分布在滤料基材，且催化剂的存在不影响滤料的透气性。

Description

一种滤料及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于过滤材料制备技术领域，具体涉及一种滤料及其制备方法和应用。

背景技术

能源是经济社会发展和提高人民生活水平的重要物质基础，随着经济的快速发展，我国对能源的需求急剧上升，污染严重的重工业，如冶炼行业和发电行业迅速发展，这些行业大部分都以煤炭作为主要燃烧材料，导致了严重的煤烟污染，给人类的生命健康造成了极大威胁。我国对烟尘的排放有严格的限制，且标准越来越严格。

在工业烟气后处理领域，袋式除尘器由于除尘效率高，运行稳定性好，易于回收等特点已被广泛应用于燃煤电厂、垃圾焚烧、水泥等领域。其中，滤料是袋式除尘器的核心，如玻璃纤维、PTFE等。常规布袋滤料的使用温度(150-200℃左右)，远远低于催化反应的温度，这限制了具有脱硝多功能滤料的发展。脱硝除尘一体化滤料是使滤料拦截粉尘的同时具有催化脱除氮氧化物、硫氧化物或重金属等污染物功能的材料，可以实现多污染协同脱除，有效避免上述问题。

目前，脱硝除尘一体化滤料的实现方式主要为通过浸渍或者涂覆的方式将催化剂与滤料基材组装，这种方法难以解决催化剂粉末与滤料基材表面结合牢度低、分散不均匀的缺点，滤料使用寿命及催化稳定性不足。现有技术中，在制备具有脱硝脱汞多功能复合滤料时，将处理后的金属纤维毡浸渍在金属盐溶液中，加原位沉积剂调pH后煅烧，得到滤料，虽然催化剂与滤料基材表面结合牢度高，但是得到的滤料的透气性不好，易板结，导致滤料使用寿命低，同时，该催化剂在滤料基材上还会出现分散不均匀的问题。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的脱硝除尘一体化滤料不能同时保证滤料与催化剂的结合牢度高，催化剂分布均匀，一体化滤料的透气性好等缺陷，从而提供一种滤料及其制备方法和应用。

为此，本发明提供了以下技术方案。

本发明提供了一种滤料的制备方法，包括以下步骤，

(1)在55-70℃下，将滤料基材浸渍于金属盐溶液中；

(2)在浸渍后的滤料基材表面喷洒尿素溶液和/或氨水溶液，然后再在滤料基材表面喷洒双氧水溶液；

(3)经热处理后得到滤料。

所述尿素溶液的质量浓度为5-40％；

所述氨水溶液的体积浓度为35-60％；

所述双氧水的体积浓度为10-45％。

所述步骤(2)中，在55-80℃的条件下在滤料基材表面喷洒尿素溶液和/或氨水溶液，再在55-80℃的条件下在滤料基材表面喷洒双氧水溶液；

以每平方米滤料基材计，氨水溶液的喷洒量为150-330ml/m²；

以每平方米滤料基材计，尿素溶液的喷洒量为150-230ml/m²；

以每平方米滤料基材计，双氧水溶液的喷洒量为120-300ml/m²。

步骤(1)中，滤料基材浸渍于金属盐溶液中的时间大于30s；

所述金属盐溶液包括钛盐、铈盐和锰盐中的至少一种；

所述金属盐溶液的质量浓度为30-35％。

所述金属盐溶液包括钛盐、铈盐和锰盐；

所述金属盐溶液中钛、铈、和锰的摩尔比为(10-12)：(0.7-1.3)：(4-5)。

所述热处理的温度为250-300℃，时间为20-30min。

在所述热处理步骤之后还包括在滤料基材表面喷洒聚四氟乙烯复合乳液，经烧结后再与聚四氟乙烯膨化微孔膜进行热压覆合的步骤。

所述热压覆合的工艺参数：温度为260-380℃，车速为1-10m/min，压力为0.2-0.5MPa；

所述聚四氟乙烯复合乳液包括质量比为(20-50)：(10-20)：(0.5-1.5)：(1.5-5)的聚四氟乙烯乳液、含氟硅烷防水剂、偶联剂和无机防水剂；

所述烧结的温度为260-320℃，烧结时间为4-10min。

在热处理和喷洒聚四氟乙烯复合乳液步骤之间还包括烘干的步骤；其中，烘干的温度为100-120℃。

本发明还提供了一种上述方法制备得到的滤料。

该滤料为除尘脱硝一体化滤料，可以同时兼具除尘和脱硝的功能。

此外，本发明还提供了一种上述方法制备得到的滤料或上述滤料在催化脱硝中的应用。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供了一种滤料的制备方法，包括，(1)在55-70℃下，将滤料基材浸渍于金属盐溶液中；(2)在浸渍后的滤料基材表面喷洒尿素溶液和/或氨水溶液，然后再在滤料基材表面喷洒双氧水溶液；(3)经热处理后得到滤料。该方法得到的脱硝除尘一体化滤料可以保证滤料基材与催化剂具有高结合牢度的同时，还可以使催化剂均匀分布在滤料基材，且催化剂的存在不影响滤料的透气性。滤料基材在55-70℃的条件下浸渍于金属盐溶液中，一方面可以保证金属盐溶液呈均一状态，使金属离子均匀负载在滤料基材纤维表层，加入尿素和/或氨水后，在滤料基材纤维表层形成催化剂时，催化剂颗粒不会堵塞滤料孔隙以及影响滤料透气性；另一方面，在该温度下，金属盐溶液呈现稳定状态，不会形成悬浊液，对滤料基材具有较好的浸润性，使金属盐溶液对滤料基材均匀包覆，滤料基材具有较好的浸润性。采用喷洒的方式将尿素溶液和/或氨水溶液喷洒在滤料基材表面，使尿素和/或氨水与滤料基材表层的金属离子反应，在滤料基材表层形成催化剂颗粒，使催化剂颗粒牢固附着在滤料基材表面，结合牢度强；与现有技术采用的直接浸渍法相比，本发明采用的喷洒方法对滤料的透气性、催化剂脱硝效率影响小，在滤料表层生成催化剂颗粒，减少滤料内部颗粒堵塞孔隙的现象以及滤料出现板结的情况，提高了过滤效果和使用寿命。

喷洒尿素溶液和/或氨水溶液，还原效果好，来源广泛，可以推广应用于工业烟气氮氧化物脱除。

采用喷洒的方式将滤料基材上喷洒双氧水溶液可以进一步提升金属络合物中金属离子价态稳定性，提升催化剂脱硝效率，在使用过程中不会引入其他金属离子，不影响催化体系稳定性，价格低廉，没有污染性。

本发明提供的滤料的制备方法适用于玻璃纤维、聚四氟乙烯、聚酰亚胺、芳纶、金属纤维等耐高温滤料基材。

2.本发明提供的滤料的制备方法，本发明在55-80℃的条件下，在滤料基材表面喷洒还原剂和氧化剂，可以防止金属盐溶液中的金属离子析出，发生沉降，金属盐溶液与还原剂反应时，不会出现团聚的问题，使金属盐溶液与还原剂、氧化剂可以充分接触反应，得到催化剂分布均匀的一体化滤料。

3.本发明提供的滤料的制备方法，该方法金属盐溶液包括钛盐、铈盐和锰盐，一方面可以提高催化剂的催化效率，另一方面将该滤料用于催化脱硝时，可以降低反应温度。

通过控制热处理温度为250-280℃，在制备得到除尘脱硝一体化滤料的同时降低了热处理的温度，节能环保。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例1中滤料的扫描电镜图。

具体实施方式

提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。

实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。

在以下实施例中对比例中用到的偶联剂为KH1100，含氟硅烷防水剂为FLW-99型，无机防水剂为纳米无机硅防水剂。

实施例1

本实施例提供了一种滤料的制备方法，包括以下步骤，

(1)在65℃的条件下，将玻璃纤维基材浸渍于金属盐溶液中，浸渍时间为1min；其中，金属盐溶液包括摩尔比为11:1:4.5的硫酸氧钛、硝酸铈和乙酸锰，所述金属盐溶液的质量浓度为15wt％。

(2)然后将玻璃纤维基材置于65℃的气氛下，在浸渍后的玻璃纤维基材表面依次喷洒体积浓度为40％氨水溶液和体积浓度为30％的双氧水溶液，以每平方米滤料基材计，氨水溶液的喷洒量为220ml/m²，双氧水溶液的喷洒量为160ml/m²，喷洒结束后，将玻璃纤维基材置于120℃条件下烘干，去除多余水分等液体。

(3)将烘干后的玻璃纤维基材置于300℃下热处理20min，然后在其表面喷洒一层聚四氟乙烯复合乳液，在300℃下烧结7min，与聚四氟乙烯膨化微孔膜热压覆合后得到滤料。其中，聚四氟乙烯复合乳液包括质量比为45:15:1.5:1.5:37的聚四氟乙烯乳液、含氟硅烷防水剂、偶联剂、无机防水剂和水，喷洒量为玻璃纤维基材质量的4％；热压覆合的温度为345℃，压力为0.3MPa，车速为4m/min。

图1是本实施例滤料的形貌图，从图中可以看出催化剂在滤料基材表面分布均匀。

实施例2

本实施例提供了一种滤料的制备方法，包括以下步骤，

(1)在60℃的条件下，将聚酰亚胺针刺毡基材浸渍于金属盐溶液中，浸渍时间为1.5min；其中，金属盐溶液包括摩尔比为11:1:4.5的硫酸氧钛、硝酸铈和乙酸锰，所述金属盐溶液的浓度为10wt％。

(2)然后将聚酰亚胺针刺毡基材置于70℃的气氛下，在浸渍后的聚酰亚胺针刺毡基材表面依次喷洒质量浓度为40％尿素水溶液和体积浓度为12％的双氧水溶液，以每平方米滤料基材计，尿素水溶液的喷洒量为200ml/m²，双氧水溶液的喷洒量为140ml/m²，喷洒结束后，将聚酰亚胺针刺毡基材置于120℃条件下烘干，去除多余水分等液体。

(3)将烘干后的聚酰亚胺针刺毡基材置于260℃下热处理25min，然后在其表面喷洒一层聚四氟乙烯复合乳液，在280℃下烧结10min，与聚四氟乙烯膨化微孔膜热压覆合后得到滤料。其中，聚四氟乙烯复合乳液包括质量比为40:15:1:2:42的聚四氟乙烯乳液、含氟硅烷防水剂、偶联剂、无机防水剂和水，喷洒量为聚酰亚胺针刺毡基材质量的4wt％；热压覆合的温度为328℃，压力为0.45MPa，车速为5m/min。

实施例3

本实施例提供了一种滤料的制备方法，包括以下步骤，

(1)在70℃的条件下，将玻璃纤维和聚酰亚胺复合针刺毡基材浸渍于金属盐溶液中，浸渍时间为0.8min；其中，金属盐溶液包括摩尔比为11:1:4.5的硫酸氧钛、硝酸铈和乙酸锰，所述金属盐溶液的浓度为35wt％。

(2)然后将复合针刺毡基材置于70℃的气氛下，在浸渍后的复合针刺毡基材表面依次喷洒体积浓度为40％氨水溶液和体积浓度为40％的双氧水溶液，以每平方米滤料基材计，氨水溶液的喷洒量为320ml/m²，双氧水溶液的喷洒量为270ml/m²，喷洒结束后，将复合针刺毡基材置于120℃条件下烘干，去除多余水分等液体。

(3)将烘干后的复合针刺毡基材置于280℃下热处理20min，然后在其表面喷洒一层聚四氟乙烯复合乳液，在380℃下烧结5min，与聚四氟乙烯膨化微孔膜热压覆合后得到滤料。其中，聚四氟乙烯复合乳液包括质量比为50:10:1.5:1.5:37的聚四氟乙烯乳液、含氟硅烷防水剂、偶联剂、无机防水剂和水，喷洒量为复合针刺毡基材质量的4wt％；热压覆合的温度为320℃，压力为0.5MPa，车速为10m/min。

实施例4

本实施例提供了一种滤料的制备方法，包括以下步骤，

(1)在55℃的条件下，将玻璃纤维基材浸渍于金属盐溶液中，浸渍时间为1.5min；其中，金属盐溶液包括摩尔比为11:1:4.5的硫酸氧钛、硝酸铈和乙酸锰，所述金属盐溶液的浓度为10wt％。

(2)然后将玻璃纤维基材置于60℃的气氛下，在浸渍后的玻璃纤维基材表面依次喷洒体积浓度为35％氨水溶液和体积浓度为20％的双氧水溶液，以每平方米滤料基材计，氨水溶液的喷洒量为160ml/m²，双氧水溶液的喷洒量为120ml/m²，喷洒结束后，将玻璃纤维基材置于120℃条件下烘干，去除多余水分等液体。

(3)将烘干后的玻璃纤维基材置于250℃下热处理20min，然后在其表面喷洒一层聚四氟乙烯复合乳液，在300℃下烧结4min，与聚四氟乙烯膨化微孔膜热压覆合后得到滤料。其中，聚四氟乙烯复合乳液包括质量比为50:10:1:2:36的聚四氟乙烯乳液、含氟硅烷防水剂、偶联剂、无机防水剂和水，喷洒量为玻璃纤维基材质量的4wt％；热压覆合的温度为340℃，压力为0.35MPa，车速为6m/min。

对比例1

本对比例提供了一种滤料的制备方法，包括以下步骤，

(1)在80℃的条件下，将玻璃纤维基材浸渍于金属盐溶液中，浸渍时间为1min；其中，金属盐溶液包括摩尔比为11:1:4.5的硫酸氧钛、硝酸铈和乙酸锰，所述金属盐溶液的浓度为15wt％。

(2)然后将玻璃纤维基材置于70℃的气氛下，在浸渍后的玻璃纤维基材表面依次喷洒体积浓度为40％氨水溶液和体积浓度为30％的双氧水溶液，以每平方米滤料基材计，氨水溶液的喷洒量为220ml/m²，双氧水溶液的喷洒量为160ml/m²，喷洒结束后，将玻璃纤维基材置于120℃条件下烘干，去除多余水分等液体。

(3)将烘干后的玻璃纤维基材置于280℃下热处理20min，然后在其表面喷洒一层聚四氟乙烯复合乳液，在300℃下烧结20min，与聚四氟乙烯膨化微孔膜热压覆合后得到滤料。其中，聚四氟乙烯复合乳液包括质量比为45:15:1.5:1.5:37的聚四氟乙烯乳液、含氟硅烷防水剂、偶联剂、无机防水剂和水，喷洒量为玻璃纤维基材质量的4wt％；热压覆合的温度为345℃，压力为0.3MPa，车速为4m/min。

对比例2

本对比例提供了一种滤料的制备方法，包括以下步骤，

(1)在65℃的条件下，将玻璃纤维基材浸渍于金属盐溶液中，再加入氨水溶液调金属盐溶液pH至9-10，取出滤料基材置于反应器中，在60℃下反应1h，经下烘干去除多余水分等液体。其中，金属盐溶液包括摩尔比为11:1:4.5的硫酸氧钛、硝酸铈和乙酸锰，所述金属盐溶液的质量浓度为15wt％。

(2)将烘干后的玻璃纤维基材置于280℃下热处理20min，然后在其表面喷洒一层聚四氟乙烯复合乳液，在300℃下烧结7min，与聚四氟乙烯膨化微孔膜热压覆合后得到滤料。其中，聚四氟乙烯复合乳液包括质量比为45:15:1.5:1.5:37的聚四氟乙烯乳液、含氟硅烷防水剂、偶联剂、无机防水剂和水，喷洒量为玻璃纤维基材质量的4wt％；热压覆合的温度为345℃，压力为0.3MPa，车速为4m/min。

试验例

本试验例提供了实施例1-4和对比例1-2制得的滤料的性能测试及测试结果，测试方法如下，测试结果见表1。

滤料催化剂负载平方米克重偏差按照标准GB/T6719-2009c 9.1节；

滤料的透气性按照标准GB/T6719-2009c 9.2节；

滤料的过滤阻力按照标准GB/T6719-2009c 9.5节。

滤料催化脱硝效率的测试方法为：在250℃下测试脱硝效率，具体为，含氮氧化物气体仪0.5m/min速度通过直径10cm圆片形滤料后，氮氧化物浓度减少百分比。

表1滤料的性能测试结果

通过表1可以看出，本发明制备得到的催化剂负载平方米克重偏差小，说明催化剂在滤料基材上分布均匀，将该滤料用于脱硝，脱硝效率高；过滤阻力越小，透气性越大，说明滤料的透气性越好。

另外，发明人在应用中发现，本发明实施例1-4制备得到同时兼具除尘和催化脱硝作用的滤料在使用过程中不易脱落，对比例1-2制备得到的滤料在使用过程中会出现不同程度的脱落现象，本发明制备得到的滤料与催化剂的结合牢度更高，在保证结合牢度的基础上，进一步提高了催化剂的分布均匀性以及透气性。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种滤料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，

（1）在55-70℃下，将滤料基材浸渍于金属盐溶液中；

（2）在浸渍后的滤料基材表面喷洒尿素溶液和/或氨水溶液，然后再在滤料基材表面喷洒双氧水溶液；

（3）经热处理后得到滤料；

所述金属盐溶液包括钛盐、铈盐和锰盐。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述尿素溶液的质量浓度为5-40%；

所述氨水溶液的体积浓度为35-60%；

所述双氧水的体积浓度为10-45%。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中，在55-80℃的条件下在滤料基材表面喷洒尿素溶液和/或氨水溶液，再在55-80℃的条件下在滤料基材表面喷洒双氧水溶液；

以每平方米滤料基材计，氨水溶液的喷洒量为150-330ml/m²；

尿素溶液的喷洒量为150-230ml/m²；

双氧水溶液的喷洒量为120-300ml/m²。

4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，滤料基材浸渍于金属盐溶液中的时间大于30s；

所述金属盐溶液的质量浓度为30-35%。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述金属盐溶液中钛、铈、和锰的摩尔比为（10-12）：（0.7-1.3）：（4-5）。

6.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述热处理的温度为250-300℃，时间为20-30min。

7.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，在所述热处理步骤之后还包括在滤料基材表面喷洒聚四氟乙烯复合乳液，经烧结后再与聚四氟乙烯膨化微孔膜进行热压覆合的步骤。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述热压覆合的工艺参数：温度为260-380℃，车速为1-10m/min，压力为0.2-0.5MPa；

所述聚四氟乙烯复合乳液包括质量比为（20-50）：（10-20）：（0.5-1.5）：（1.5-5）的聚四氟乙烯乳液、含氟硅烷防水剂、偶联剂和无机防水剂；

所述烧结的温度为260-320℃，烧结时间为4-10min。

9.权利要求1-8任一项所述方法制备得到的滤料。

10.权利要求1-8任一项所述方法制备得到的滤料或权利要求9所述的滤料在催化脱硝中的应用。

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