CN114477892B - 一种用于高温烟气净化水泥基多孔材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于高温烟气净化水泥基多孔材料及其制备方法。原料重量组成如下：普通硅酸盐水泥40‑50份，水25‑35份，催化剂填料5‑10份，发气剂1‑2份，增稠剂0.1‑0.5份，负压催化剂10‑20份。本发明通过调整配方及控制研磨顺序、粒度及时间调整产气速率及料浆稠化速率，制得孔径分布均匀、贯通孔隙多、孔径大小可控的高温烟气净化材料。制备的高温烟气净化水泥基多孔材料无需烧结、生产工艺简单有效的提高了高温烟气的净化效率。

Description

一种用于高温烟气净化水泥基多孔材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种用于高温烟气净化水泥基多孔材料及其制备方法，属于工业烟气净化领域。

背景技术

目前工业中的高温烟气是空气的主要污染物。随着国家“绿色发展”理念的提出，高温烟气的污染治理已成为亟待解决的问题。高温烟气末端处理的主要依靠除尘、脱硝装置系统，以及富有涂层的有机过滤袋装置，亦或是陶瓷类过滤器。上述净化装置存在诸多短板，例如CN106380224A、CN108503367A等制备的高温烟气过滤装置均为高温烧结制备的多孔材料。存在生产工艺复杂、造孔通透性无法保证，制备过程中催化剂容易失活、使用周期短、废弃处理困难等缺陷。

专利CN106268030A公开了一种耐高温复合过滤涂层材料，主要在工程纤维无纺布表面通过浸渍处理包覆一层无机矿物层。加入无机矿物层，不能从根本上解决基材的高温热蚀问题。涂层还进一步增加了过滤系统的空气阻力，导致系统能耗变大。经过高温辐射侵蚀后，涂层在反吹时极易脱落，耐久性差。

针对上述高温烟气处理材料的短板，亟需一种过滤材料，要求能够耐高温腐蚀、孔隙控制精确、制备工艺简单、负载催化剂宽泛、过滤效果好、耐久性好、耗材成本低、环保等优点。水泥基材料应用广泛、成本低廉，通过精确控制孔径、及合理的催化剂负载制备的多孔材料，能够解决上述高温烟气净化材料的缺陷。

本发明针对上述问题提供了一种用于高温烟气净化的水泥基多孔材料及制备方法。本发明在水泥基材料制备成料浆后，引入改性发气剂，精确控制凝固时间及各个阶段反应速度及发气反应速度制备了多孔水泥材料。具有孔隙可控、通透率高的优点。制备材料为免烧工艺，不受温度限制极大的增加负载催化剂的使用种类，最大限度保持催化剂活性。依托水泥为基材，成本低廉，产生的固废可二次利用，为环境友好型材料。

发明内容

本发明目的之一在于提供一种用于高温烟气净化水泥基多孔材料。

为实现上述目的，本发明涉及以下技术方案：

本发明的第一个方面，提供一种用于高温烟气净化水泥基多孔材料，原料重量组成如下：普通硅酸盐水泥40-50份，水25-35份，催化剂填料5-10份，发气剂1-2份，增稠剂0.1-0.5份，负压催化剂10-20份。

优选的，所述的催化剂填料由下述质量百分比的组分组成：钛基化合物30-50份、硝酸盐20-70份。

进一步优选的，所述钛基化合物为：纳米二氧化钛、硫酸钛。

进一步优选的，所述硝酸盐为：硝酸铜、硝酸铈、硝酸铁、硝酸锰中的一种或多种。

优选的，所述的发气包覆颗粒为带有甘油、硅油、硬脂酸隔离层的5μm铝粉颗粒。

优选的，所述的增稠剂为硅酸钠、瓜尔胶、十二烷基磺酸钠、纤维素醚、海藻酸、脂肪醇中的一种或多种。

进一步优选的，所述硅酸钠为五水硅酸钠，工业级，纯度大于95%（质量）。

优选的，所述的负压催化剂为五氧化二钒饱和氨水溶液。

进一步优选的，所述五氧化二钒饱和氨水溶液为过量五氧化二钒在氨水溶液中球磨过滤后得到的上清液。

本发明所选用的一种用于高温烟气净化水泥基多孔材料技术原理为：

本发明通过体系内增稠剂控制料浆反应初、中、后期水化反应粘度。发气包覆颗粒采用甘油、硅油、硬脂酸包覆铝的形式，能让铝粉颗粒长时间保存不被氧化，同时能够降低铝粉颗粒遇水的反应速度。在二者相互配合下，发气包覆颗粒在各个阶段产气速率不同，达到气体生成速度与料浆稠化速度的平衡。料浆的制备前期，较低微粘度使得发气顺利。中期粘滞的阻力上升使得气泡缓慢上浮。后期料浆塑化，强度迅速提高，发气接近尾声，骨架内的大量规律的孔道得以保存。

本发明加入催化剂的方式为拌和加入和负压浸入，其中拌和式加入的钛基化合物及硝酸盐类化合物紧密贴附在孔隙表面，当有烟气进入时，利用还原剂氨在催化剂的作用下，选择性的将有毒的NO_x转化无毒无害的水和氮气。后以负压浸入的催化剂为补充，目的为增加烟气催化效率。

与现有技术相比，本发明取得的有益效果是：

本发明制备的高温烟气净化材料为水泥基多孔材料，原料采用料浆搅拌的方式混合，避免高温烧结等复杂的程序。真正实现制备简单、易于工业化生产、产出能耗比低、对环境友好等优点。

本发明制备的高温烟气净化材料的料浆发气阶段遵循料浆水化反应与引气剂放气反应的平衡和气体生成速度与料浆稠化速度的平衡。通过调整配方及控制破碎顺序、粒度、及时间能够有效调整两个平衡在各个阶段的反应，可以得到孔径分布均匀、贯通孔隙多、孔径大小可控的净化材料。

本发明制备的制备的高温烟气净化材料，孔隙可针对不同种类高温烟气进行针对性孔径调整，支持0.05~0.5mm孔径分布，且均质孔占比75~80%、也可制备0.05~0.2mm孔径分布的级配孔，极大的增加的产品市场适应性。

本发明制备的制备的高温烟气净化材料，对于常规催化剂可采用拌和方式掺入，由于基础材料为中性且免高温烧制可保护大部分催化剂不失活。对于一些容易失活的催化剂采用成型后的后期负压灌注的方式进行负载，极大的保证了催化剂的使用效率，增强了材料的使用周期。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

如前所述，亟需开发一种能够耐高温、孔隙精确、强度高、制备工艺简单、过滤效果好、耗材成本低、维护简单、环保的高温烟气净化材料。下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述。

实施例1

制备一种用于高温烟气净化水泥基多孔材料包括如下步骤：

按上述比例称取普通硅酸盐水泥40份、增稠剂1份快速研磨2min制成混合粉料。再加入催化剂填料5份（钛基化合物40份、硝酸盐60份）、发气剂2份研磨5s。再加入去离子水31.5份，快速搅拌均匀，制备的料浆注入模具，养护温度20±1℃、湿度99%、养护周期1d，制成多孔基体材料。按照上述步骤将水泥基多孔材料采用负压抽滤法，循环吸入10份负压催化剂30次，干燥后即可。

实施例2

制备一种用于高温烟气净化水泥基多孔材料包括如下步骤：

按上述比例称取普通硅酸盐水泥40份、增稠剂0.5份快速研磨2min制成混合粉料。再加入催化剂填料8份（钛基化合物40份、硝酸盐60份）、发气剂2份研磨5s。再加入去离子水25份，快速搅拌均匀，制备的料浆注入模具，养护温度20±1℃、湿度99%、养护周期1d，制成多孔基体材料。按照上述步骤将水泥基多孔材料采用负压抽滤法，循环吸入12份负压催化剂30次，干燥后即可。

实施例3

制备一种用于高温烟气净化水泥基多孔材料包括如下步骤：

按上述比例称取普通硅酸盐水泥45份、增稠剂0.5份快速研磨2min制成混合粉料。再加入催化剂填料5份（钛基化合物40份、硝酸盐60份）、发气剂2份研磨5s。再加入去离子水27份，快速搅拌均匀，制备的料浆注入模具，养护温度20±1℃、湿度99%、养护周期1d，制成多孔基体材料。按照上述步骤将水泥基多孔材料采用负压抽滤法，循环吸入10份负压催化剂30次，干燥后即可。

一种用于高温烟气净化水泥基多孔材料实施例、对比例具体性能结果：

实施例/对比例	孔隙率%	孔隙分布mm	0.05~0.1mm孔径比例%	抗压强度Mpa	550℃脱硝效率%
						实施例1	73.53	0.1~0.5	45.53	3.47	72.65
实施例2	78.92	0.06~0.4	56.72	4.22	78.62
						实施例3	77.63	0.06~0.5	53.32	4.31	76.81

Claims (4)

1.一种用于高温烟气净化水泥基多孔材料，其特征在于，原料组成如下：硅酸盐水泥40-50份，水25-35份，催化剂填料5-10份，发气剂1-2份，增稠剂0 .1-0 .5份，负压催化剂10-20份；

所述催化剂填料的原料组成如下：钛基化合物30-50份、硝酸盐20-70份；

所述发气剂为发气包覆颗粒，所述发气包覆颗粒为带有甘油、硅油、硬脂酸隔离层的5μm铝粉颗粒；

所述的负压催化剂为五氧化二钒饱和氨水溶液，加入方式为将水泥基多孔材料采用负压抽滤法，循环吸入负压催化剂30次，干燥后即可。

2.根据权利要求1所述的一种用于高温烟气净化水泥基多孔材料，其特征在于，所述钛基化合物，原料如下：纳米二氧化钛、硫酸钛。

3.根据权利要求1所述的一种用于高温烟气净化水泥基多孔材料，其特征在于，所述硝酸盐为硝酸铜、硝酸铈、硝酸铁、硝酸锰中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的一种用于高温烟气净化水泥基多孔材料，其特征在于，所述增稠剂，原料如下：硅酸钠、瓜尔胶、十二烷基磺酸钠、纤维素醚、海藻酸、脂肪醇中的一种或多种。