CN114682003A - 一种废气处理滤料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种废气处理滤料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

一种废气处理滤料及其制备方法和应用，涉空气净化处理技术领域，解决现有滤料用后易坍塌、吸附位点易堵塞、过滤效果差、使用成本高的技术不足，采用的技术手段包括：陶瓷内核和化学活性成分，陶瓷内核为多孔颗粒状，其等效粒径1～8mm，表观密度200～800kg/m3，比表面积≤10m2/g；化学活性成分部分渗入内核孔隙中，部分附着内核外构成活性层，内核孔隙中的吸附剂、催化剂和pH调节剂与内核重量的比值分别为0.02～0.1、0.004～0.1、0.001～0.02；活性层中化学活性成分与内核重量的比值为0.3～2，其中的吸附剂、催化剂和分散填充剂间的重量比为(3～5):(1～2):(1～2)。本发明滤料的内核结构稳定，不易塌陷，负载的化学活性成分含量高，废气处理效果好。

Description

一种废气处理滤料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及空气处理技术领域，更具体的涉及一种用于废气净化、室内空气质量改善，特别是废气除臭和VOC排放控制的废气处理滤料及其制备方法和应用。
背景技术
城市和工矿企业所产生的废气中含有多种成分，常见的有硫化氢、Cl2、NOx、SOx、二硫醇、硫醚、乙醇、丙酮、甲醛、VOCs等，这些成份往往带有不愉快的刺激性气味，或者会带来城市雾霾、造成空气污浊、影响人体健康。如H2S具有腐蛋气味，可以在天然气、石油、沼泽底泥中自然产生，也可以在像污水管道、垃圾填埋场、废水处理设施、炼油过程、造纸等人为环境中产生；氯气是黄绿色气体，有极强刺激味，作为消毒剂在自来水厂、游泳池水消毒等地方广泛使用：SOx(SO2和SO3)和NOx(NO2、NO、N2O)会在燃烧过程中和很多生产过程中产生，都是城市雾霾和酸雨的原因，SOx虽然无色，但会刺激喉咙，引起咳嗽和哮喘，NOx则具有刺激性气味。
对这些气体的处理，目前常用的处理方法是吸附法，常用的吸附材料(吸附剂)有活性炭、沸石、硅藻土、分子筛、树脂、活性氧化铝等，这些吸附材料通常具有多孔结构，有较大的比表面积和丰富的表面化学活性基团，在废气处理中使用时，这些吸附材料都需要制成颗粒状态或蜂窝形状，使得它们不会在使用中随风飘动。
颗粒活性炭因能吸附大量的H2S而在许多空气除臭中得到广泛应用。如美国专利US PAT No.2,967,587、法国专利France Patent No.1,443,080描述了活性炭能直接吸附H2S，活性炭吸附能力饱和后通过热惰性气体使其再生。美国专利US PAT No.4072,479提到H2S可以在活性炭存在下被氧化成S，湿度在活性炭表面存在很重要。
在吸附材料中通过浸渍或混入其它的化学成份可以扩大吸附剂的吸附效能和使用范围。空气中的酸性成份在吸附到吸附材料表面后能使得吸附材料的pH大幅度改变，从而影响到吸附材料的吸附能力，所以，有些活性炭生产厂家在制造过程中会浸渍酸或碱，使得它们能针对性地用于处理含碱性或酸性成份的气体。瑞士公司的过滤产品Purakel K含有NaOH和KI浸渍的碳，它可以从气相中去除H2S和其它化合物。苏联专利Soviet UnionPatent No.1,219,122披露了使用活性炭、氧化铝、粘结剂、Ca(OH)2、和硼酸锂用于空气的除湿；US PAT No.4,215,096披露了活性炭浸渍NaOH、水，用于去除空气中的Cl2；美国专利US PAT No.4,273,751使用活性炭浸渍NaOH和水用于去除SO2和水。
更好的去除H2S的方法可以通过催化氧化来实现在有氧条件下将H2S氧化成S。如K2SO4能促进将H2S转化成S。这项技术的优势在于，它们能通过吸附质或空气中的氧和吸附剂中所混有的化学成份反应使吸附质转化成更小的分子，从而在吸附剂表面(滤料中)占据更小的空间，使得滤料能吸附和储存更多的污染物，获得更长的使用寿命；或者可以使吸附质转化成中性的盐或单质从而脱离吸附位点，使得吸附剂的吸附能力恢复。浸渍了硅酸的活性炭也有此作用，然而残留的吸附质可能不易被碱液吸收而去除(参考南非专利SouthAfrica Pat No.70/4611)。
美国专利US Pat 10,857,518B2描述了一种干式过滤滤料，由活性氧化铝、氧化镁组成，活性氧化铝作为吸附剂，氧化镁作为弱碱起到中和H2S的作用，也可以选择性地添加NaOH等碱剂来增加净化效果。如美国专利US PAT No.4,855,276描述了一种颗粒固体吸附滤料，由氧化铝、MgO并用粘结剂组成颗粒，可以适当加入活性炭和NaOH来提高滤料的吸附能力，这种颗粒滤料通过吸附作用提供了空气净化和除臭效果，并且通过颗粒物的中和作用消除臭味。这两个专利公开的滤料是一种均匀颗粒滤料，也没有说明该滤料是否具有催化剂成份以及作为化学滤料的化学反应机制。而且均质滤料的粒径不宜过大，粒径过大很容易造成内部材料得不到充分利用而产生浪费。混有添加化学成分的化学吸附滤料，也容易在使用后失去颗粒结构，提前失去使用效能。
中国专利公开了一种过滤器，该过滤器采用聚合泡沫、聚合纤维、非织造织物、陶瓷和纸浆产品等材料制成的过滤器主体，在过滤主体表面涂上一层含催化剂MnO2和吸附剂的涂层，该专利的过滤主体为上述聚合或织物或其他材料形成的滤筒，但该专利没有披露催化剂的催化反应原理，也没有规定涂层厚度以及涂层和过滤器主体的空间关系，尤其没有说明涂层的引入会带来空气通过滤层时阻力会增加等不利因素。
吸附材料用于废气净化时一般需要做成几毫米至几厘米大小的颗粒形状，并封闭在一个固定的空间内(通常称为固定床或流化床)，使得它们不会在使用中因气流作用而被气体带走，因此一般制造成本比较贵。同时，将带有很高比表面的粉末吸附材料做成大小均匀的颗粒吸附材料时需要用粘结剂将其粘合到一起，这不可避免地会堵塞部分吸附材料的空隙，使得其实际的比表面积和吸附能力降低。
从吸附动力学的角度，颗粒吸附材料(粉末吸附材料也可以看作是一种粒径较小的颗粒吸附材料)的吸附作用(传质过程)可以分为以下几个不同步骤：1.空气中的吸附质首先通过对流和扩散作用进入颗粒表面的气膜；2.吸附质在气膜中进行扩散，穿过颗粒表面的气膜到达颗粒的表面，部分吸附质通过表面扩散作用进入颗粒内部空隙；3.在颗粒内部孔道中进行扩散，直至到达内部空隙表面的某个位点。
影响吸附材料优劣的因素，除了吸附材料的化学特性外，还和它的粒径和内部多孔结构的好坏有关。如内部空隙的多少、大小以及连通性，都会影响到吸附材料的吸附能力和吸附容量。成型为较大颗粒状的吸附颗粒，其内部的一些孔道，尤其是在离外表面距离较远的内部，由于变细以及堵塞，再加上内部表面的吸附作用，吸附质往往很难或以极慢的速度到达空隙的极深部，许多吸附质甚至到不了颗粒吸附剂的内部。根据吸附动力学推测，进入吸附颗粒内部的深度往往只有数毫米。颗粒的孔径越小，吸附质能到达的内部深度越浅。因而，颗粒吸附材料往往做成粒径数毫米的颗粒。但小颗粒的吸附材料会使得空气通过的阻力增加。而当吸附剂做成较大颗粒时，实际上其内部或多或少都有一些空间和材料得不到有效利用。这一特点会限制颗粒吸附材料的粒径大小，对于较大颗粒的吸附剂则会造成内部材料因得不到有效利用而浪费。
上述目前用于除臭处理的吸附或过滤滤料在成份、颗粒结构、及其性能上还存在许多有待改进的地方，概括起来包括以下几个方面：1.滤料中往往缺乏催化剂，或者催化剂的含量低、活性不强，或者催化剂价格贵，或者能催化的氧化反应的种类较少。2.粘结剂的选择和使用以及烧结过程控制得不好，会将吸附材料的空隙堵塞，影响滤料的吸附效果。3.添加的化学药剂在发生化学反应后，吸附材料会发生结构毁损，造成材料体积收缩甚至坍塌成粉末状态，失去颗粒结构，使得吸附材料提前丧失吸附功能。4.吸附材料的颗粒大小往往受到限制，颗粒过大会导致颗粒内部的化学药剂和吸附材料得不到充分利用，而颗粒过小又会使颗粒间的缝隙变小，废气透过时阻力会增加，导致滤料吸附效率低。5.滤料使用过后，由于失去了原有的材料组成和颗粒结构，一般无法进行再生和回用。
综上，在实际应用中希望提供一种新型的滤料，具有优化的化学和材料组成，用以在处理含H2S等成分的废气时能够有效维持其颗粒状结构，且能够通过化学活性成分将吸附质转化成分子更小、稳定无害、中性的分子，从而降低吸附质对吸附剂颗粒表面及内部吸附位点的占用，延长吸附剂的使用时间，进而降低废气处理的成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型的能处理上述废气的滤料及其制备方法和应用，克服目前均质颗粒滤料在处理这些气体时所存在的上述技术不足。本发明滤料使用过程中能够保持良好的吸附性能，又能承载大量的催化剂和消耗性化学活性成份(pH调节剂等)，并通过催化剂和pH调节剂等化学活性成分有效分解或转化废气中的臭味成份，从而延长滤料的使用寿命、维持其结构形状和强度，进而降低废气处理的成本。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案，一种废气处理滤料，为颗粒状夹心球式结构，其特征在于，所述滤料包括陶瓷内核和化学活性成分；所述陶瓷内核为由无机材料烧结制成的多孔颗粒状，其等效粒径1～8mm，表观密度200～800kg/m3，比表面积≤10m2/g；所述化学活性成分包括pH调节剂、吸附剂、催化剂和分散填充剂，化学活性成份部分渗入所述陶瓷内核的孔隙中，部分附着于陶瓷内核外构成化学活性层；所述的渗入陶瓷内核的孔隙中的活性成份包括吸附剂、催化剂、以及pH调节剂，其中，所述吸附剂与陶瓷内核重量的比值为0.02～0.1，所述催化剂与陶瓷内核重量的比值等于0.004～0.1，所述pH调节剂与陶瓷内核重量的比值为0.001～0.02。处于所述化学活性层内的化学活性成分与陶瓷内核重量的比值为0.3～2，包括吸附剂、催化剂、pH调节剂、以及分散填充剂，其中，所述吸附剂、催化剂和分散填充剂间的重量比为(3～5):(1～2):(1～2)，所述的pH调节剂可以选择性地少量添加，本发明不做具体规定。
进一步的，组成所述陶瓷内核的无机材料包括混合有黏土、岩石粉、矿渣、粉煤灰、SiO2、Al2O3、Fe2O3中至少一种的天然或工业原料或废渣。
优选的，所述陶瓷内核颗粒的等效粒径为2～5mm。
进一步的，所述滤料还包括有用于辅助所述化学活性成分附着于所述陶瓷内核外表面上形成化学活性层的粘接剂，所述粘接剂包括硅酸钠、硅酸钙、铝硅酸盐、黏土、纤维素、淀粉、树脂中的至少一种。
进一步的，所述的pH调节剂包括有碱液，由包含有K或Na的、呈强碱性或弱碱性的碱和/或盐中的至少一种溶水制成。
进一步的，所述的吸附剂包括有人工合成或天然形成的分子筛、活性炭、硅藻土、树脂、活性氧化铝中的至少一种。
进一步的，所述的催化剂包括活性炭、MgO、CaO、Al2O3、Fe2O3、Fe3O4中的至少一种。其中，活性炭除可以作为吸附剂外，还是一种催化剂，在本发明中它可以促进空气中的氧和H2S发生反应生成单质硫，金属氧化物MgO、CaO和Al2O3作为催化剂能够促进C-C键和C-H键的断裂，从而促使含这些基团的有机物的氧化分解，金属氧化物Fe2O3和Fe3O4作为催化剂可以促进活性氧的形成提高氧的氧化能力。需要注意的是，当上述吸附剂选择了活性炭，则不需要另外加入活性炭作为催化剂。
进一步的，所述的分散填充剂包括活性氧化铝、沸石中的至少一种。
本发明还公开了上述废气处理滤料的制备方法，所述方法包括有以下步骤：
(1)制备陶瓷内核材料：将混合有黏土、岩石粉、矿渣、粉煤灰、SiO2、Al2O3、Fe2O3中至少一种的天然或工业原料或废渣烧结制成多孔颗粒状的陶瓷内核；
(2)配制pH调节剂：取含K或Na的、呈强碱性或弱碱性的碱和/或盐，溶于水中配制成碱液；
(3)取步骤(1)中烧结制成的陶瓷内核材料置于容器中，边搅拌边加入步骤(2)中配制好的碱液进行浸渍，维持容器内的温度在25～35℃之间，静置0.3～1小时后排出容器内多余的液体并进行干化处理；
(4)向经过步骤(3)处理后的陶瓷内核材料中添加含有分子筛、活性炭、硅藻土、树脂、活性氧化铝中至少一种的吸附剂(都为粉剂)，以及包含活性炭、MgO、CaO、Al2O3、Fe2O3、Fe3O4中至少一种的催化剂(都为粉剂)，充分混合搅拌直至吸附剂和催化剂完全渗入陶瓷内核颗粒的孔隙内；
(5)向经过步骤(4)处理后的陶瓷内核材料中添加含有分子筛、活性炭、硅藻土、树脂、活性氧化铝中至少一种的吸附剂，和包含活性炭、MgO、CaO、Al2O3、Fe2O3、Fe3O4中至少一种的催化剂，和包含活性氧化铝、沸石中至少一种的分散填充剂，以及包含硅酸钠、硅酸钙、铝硅酸盐、黏土、纤维素、淀粉、树脂中至少一种的粘接剂，并加入少量水，充分混合搅拌使各组分均匀地分布沉积在陶瓷内核颗粒的表面，并形成一层化学活性层。其中，粘接剂可以先用水配成液体后边搅拌边加入，直至粘接剂均匀混入到这些材料中起到粘结作用；
(6)将经过步骤(5)处理后的颗粒载体送入固化装置进行固化处理，固化温度25～80℃，固化时间1～2小时，静置2～3天后获得所述滤料。
进一步的，步骤(4)中所述的吸附剂和催化剂可以预先进行混合均匀后，加入容器中进行搅拌，在搅拌过程中可以加入少量水，以促进吸附剂和氧化剂渗入陶瓷内核颗粒的缝隙中。
本发明的有益效果在于：本发明废气处理滤料内部含有材质坚固稳定的陶瓷内核，陶瓷内核的等效粒径1～8mm(优化粒径2～5mm)，表观密度200～800kg/m3，比表面积≤10m2/g，内部设置陶瓷内核可以最大程度地保证复合滤料在形成外部化学活性层后仍然能够保持较大的结构稳定性，为化学活性成分的大量附着提供了有效空间，使得滤料的活性成分和空间的利用率更高。陶瓷内核的高结构强度避免了使用后颗粒的塌陷问题，保证了滤料颗粒的结构稳定性。另外，滤料颗粒可以在保持高吸附能力的前提下适当增加粒径，这样颗粒之间就留有更多的空隙，显著降低废气通过滤料的阻力，有利于提高废气处理的效率，同时也避免了滤料颗粒的堵塞，有利于提高滤料使用寿命，延迟滤料更换的频率，进而降低废气处理的成本。
同时，本发明滤料颗粒的化学活性成份的承载量更高，且陶瓷内核内部孔隙中及外层中皆含有化学活性成分，且外部活性层内化学活性成分占内核重量的比值在0.3～2之间，相较于现有市场上的化学滤料，本发明滤料颗粒可以更稳定地承载更多的化学活性成分，饱和吸附容量更大，废气处理效率更高、见效更快，且运行更稳定。
在处理废气过程中，本发明的亲水性陶瓷内核孔隙中浸入的pH调节剂、吸附剂和催化剂等化学活性成分起储存作用，并与内核外围的化学活性层中的pH调节剂、吸附剂、催化剂及分散填充剂协同配合，充分发挥化学活性成分的酸碱调节、催化、吸附促渗等作用，利用空气中的氧将所吸附的污染性成分进行氧化及中和反应，并最终将其转化为CO2、水、稳定单质、无机盐等稳定、无害且体积更小的物质，从而彻底消除吸附到滤料颗粒表面及内部孔隙中的酸性和/或还原性污染成分，特别是对废气中的H2S、硫醚、硫醇、Cl2、SOx和NOx和一些VOCs等污染性成分具有显著的分解、转化作用，显著提高了本发明滤料废气处理的效果。
另外，上述污染性成分被分解、转化成无污染的小分子或单质后，可避免或者显著降低其对滤料颗粒间空隙及内核孔隙的占用，从而使得本发明滤料长时间使用后仍然能够提供足够多的吸附处理位点，延长了滤料的使用寿命，符合节能降耗的行业发展需求。
具体实施方式
为了更充分地理解本发明的技术内容，下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步的介绍和说明。
实施例1：
一种废气处理滤料，为颗粒状夹心球式结构，包括陶瓷内核和化学活性成分，其中，陶瓷内核为由混合有SiO2、Al2O3、Fe2O3的天然及工业原料或废渣通过烧结造粒工艺制成的多孔颗粒状，内核颗粒的形状不均系数d60/d10＝1.5，等效粒径为6mm，表观密度为800kg/m3，比表面积为1.99m2/g。
一定量的包括吸附剂、催化剂以及pH调节剂的化学活性成分在水分的辅佐作用下渗入陶瓷内核的孔隙中，另有一定量的包括吸附剂、催化剂、pH调节剂、分散填充剂在内的化学活性成分在粘结剂的作用下附着于陶瓷内核外构成化学活性层。
具体的，渗入陶瓷内核中的pH调节剂、吸附剂、催化剂与陶瓷内核重量的比值分别为0.001、0.1、和0.02。
具体的，处于陶瓷颗粒外围的化学活性层内的化学活性成分与陶瓷内核重量的比值为2，活性层内吸附剂、催化剂和分散填充剂间的重量比为5:2:2。
具体的，pH调节剂包括碱液，由强碱性的NaOH溶水制成。吸附剂为粉末状的活性炭，渗入陶瓷内核孔隙中的粉末状活性炭与陶瓷内核重量的比值为0.1。催化剂为无水粉末状，其与粉末状活性炭总重量的比值为0.4，为MgO、CaO和Fe2O3的混合物，三者间的配比可根据待处理废气中污染物的种类进行适当搭配。分散填充剂为无水粉末状，与活性炭配合可起到补充吸附的作用，其与催化剂重量的比值为1，选用活性氧化铝和沸石的混合物，二者间的配比可灵活调配。
制备上述滤料的方法具体包括如下步骤。
(1)制备陶瓷内核材料：可以采用任何陶粒的制备方法制取，优选的，取下面方法制备：取适量的天然或工业原料或废渣并向其中混入1/5量的SiO2、Al2O3和Fe2O3，其中，SiO2、Al2O3和Fe2O3间的配比优选的为2:1:1，置入混合造粒机内以合适的转速充分搅拌30min，混合后烧结制成多孔颗粒状的陶瓷内核，其形状不均系数d60/d10＝1.5，等效粒径为6mm，表观密度为800kg/m3，比表面积为1.99m2/g。
(2)配制pH调节剂：按每10g的NaOH溶于100mL水中配制成碱液，维持碱液温度在25～35℃之间。
(3)取100kg步骤(1)中烧结制成的陶瓷内核材料置于混合容器中，设定搅拌叶的转速为合适转速，边搅拌边向混合容器中加入步骤(2)中配制好的碱液1L进行浸渍，可以酌情加入少量水，设定混合容器内的温度在25～35℃之间，搅拌30min使内核材料充分浸泡在碱液中，静置1小时后排出混合容器内多余的液体，而后将浸渍好碱液的陶瓷内核材料转移至烘干箱内进行干化处理，从而去除内核表面的游离水，以便后续化学活性层能更好地粘结和成形。
(4)将烘干处理后的陶瓷内核材料置于混合容器中，设定适宜的搅拌叶的转速，边搅拌边向混合容器中加入10kg的粉末状活性炭和2kg的MgO、CaO和Fe2O3的混合物(按重量比1：1：1混合)，酌情加入少量水，设定混合容器内的温度在20～30℃之间，充分搅拌30min直至粉末状的上述材料渗入到陶瓷内核颗粒的孔隙内，且在陶瓷内核表面无堆积残留。
(5)向经过步骤(4)处理后的混合容器中添加101.2kg的粉末活性炭，50kg混合有MgO、CaO和Fe2O3的催化氧化剂，50kg混合有活性氧化铝和沸石的分散填充剂，以及100kg硅酸钠溶液(即pH调节剂，预先配置成35％的水溶液)，酌情加入少量水，设定合适的搅拌叶的转速，充分搅拌60min直至各组分均匀混合，并最终均匀沉积在陶瓷内核颗粒的表面形成一层化学活性层。
步骤(5)中吸附剂、催化氧化剂和分散填充剂可以依次先后添加到混合容器中搅拌与内核和粘结剂材料混合，也可以在添加之前先将各组分提前混合，制成混合添加成分后一起加入混合容器内。
(6)将经过步骤(5)处理后的颗粒载体送入固化装置进行固化处理，固化温度50℃，固化时间2小时，静置3天后获得所述滤料。
实施例2：
一种废气处理滤料，为颗粒状夹心球式结构，包括陶瓷内核和化学活性成分，其中，陶瓷内核为由混合有黏土、岩石粉、矿渣、粉煤灰等的工业原料或废渣通过烧结造粒工艺制成的多孔颗粒状，内核颗粒的形状不均系数d60/d10＝0.5，等效粒径为1mm，表观密度为200kg/m3，比表面积为8.0m2/g。
一定量的包括吸附剂、催化剂以及pH调节剂的化学活性成分在水分的辅佐作用下渗入陶瓷内核的孔隙中，另有一定量的包括吸附剂、催化剂、pH调节剂、分散填充剂在内的化学活性成分在粘结剂的作用下附着于陶瓷内核外构成化学活性层。
具体的，在陶瓷内核中的pH调节剂、吸附剂、催化剂与陶瓷内核重量的比值分别为0.01、0.1、和0.02。
具体的，处于陶瓷颗粒外围的化学活性层内的化学活性成分与陶瓷内核重量的比值为0.3，活性层内吸附剂、催化剂和分散填充剂间的重量比为3:1:1。
具体的，pH调节剂包括碱液，由强碱弱酸盐Na2CO3溶水制成。吸附剂为粉末状的活性炭。催化剂为无水粉末状，为CaO、沸石和Fe2O3的混合物，三者间的配比可根据待处理废气中污染物的种类进行适当搭配。分散填充剂为无水粉末状活性氧化铝，与活性炭配合可起到补充吸附的作用。
制备上述滤料的方法具体包括如下步骤。
(1)制备陶瓷内核材料：可以采用任何陶粒的制备方法制取，优选的，取下面方法制备：取适量的天然或工业原料或废渣并向其中混入1/3量的黏土、岩石粉、矿渣、粉煤灰，其中，黏土、岩石粉、矿渣、粉煤灰间的配比优选的为3:2:1:1，置入混合造粒机内以60r/min的转速充分搅拌40min，混合后烧结制成多孔颗粒状的陶瓷内核，其形状不均系数d60/d10＝0.5，等效粒径为1mm，表观密度为200kg/m3，比表面积为6.0m2/g。
(2)配制pH调节剂：按每10g的Na2CO3溶于100mL水中配制成碱液，维持碱液温度在25～35℃之间。
(3)取100kg步骤(1)中烧结制成的陶瓷内核材料置于混合容器中，设定搅拌叶的转速为30r/min，边搅拌边向混合容器中加入步骤(2)中配制好的碱液10L进行浸渍，设定混合容器内的温度在25～35℃之间，搅拌30min使内核材料充分浸泡在碱液中，静置0.5小时后排出混合容器内多余的液体，而后将浸渍好碱液的陶瓷内核材料转移至烘干箱内进行干化处理，从而去除内核表面的游离水，以便后续化学活性层能更好地粘结和成形。
(4)将烘干处理后的陶瓷内核材料置于混合容器中，选择适宜的搅拌叶的转速，边搅拌边向混合容器中加入10kg的粉末状活性炭和2kg的MgO、CaO和Fe2O3的混合物(按重量比1：1：1混合)，酌情加入少量水，设定混合容器内的温度在20～30℃之间，充分搅拌30min直至粉末状的上述材料渗入到陶瓷内核颗粒的孔隙内，且在陶瓷内核表面无堆积残留。
(5)向经过步骤(4)处理后的混合容器中添加15kg的粉末活性炭、8kg混合有MgO、CaO和Fe2O3的催化氧化剂，以及7kg混合有活性氧化铝和沸石的分散填充剂，以及60kg黏土，再加入适量水，设定合适的搅拌叶的转速，充分搅拌60min直至各组分均匀混合，并最终均匀沉积在陶瓷内核颗粒的表面形成一层化学活性层。
步骤(5)中吸附剂、催化氧化剂和分散填充剂可以依次先后添加到混合容器中搅拌与内核材料和粘结剂混合，也可以在添加之前先将各组分提前混合，制成混合添加成分后一起加入混合容器内。
(6)将经过步骤(5)处理后的颗粒载体送入固化装置进行固化处理，固化温度50℃，固化时间2小时，静置2天后获得所述滤料。
实施例3：
一种废气处理滤料，为颗粒状夹心球式结构，包括陶瓷内核和化学活性成分，其中，陶瓷内核为由混合有黏土、岩石粉、矿渣、粉煤灰、SiO2、Al2O3、Fe2O3等的天然和工业原料或废渣通过烧结造粒工艺制成的多孔颗粒状，内核颗粒的形状不均系数d60/d10＝1.0，等效粒径为4mm，表观密度为500kg/m3，比表面积为3.0m2/g。
一定量的包括吸附剂、催化剂以及pH调节剂的化学活性成分在水分的辅佐作用下渗入陶瓷内核的孔隙中，另有一定量的包括吸附剂、催化剂、pH调节剂、分散填充剂在内的化学活性成分在粘结剂的作用下附着于陶瓷内核外构成化学活性层。
具体的，在陶瓷内核中的pH调节剂、吸附剂、催化剂与陶瓷内核重量的比值分别为0.015、0.1、和0.02。
具体的，处于化学活性层内的化学活性成分与陶瓷内核重量的比值为1，活性层中吸附剂、催化剂和分散填充剂间的重量比为4:2:2。
具体的，pH调节剂包括碱液，由弱碱性的酒石酸钠溶水制成。吸附剂为粉末状的分子筛。催化剂为无水粉末状，为活性炭和MgO的混合物，二者间的配比可根据待处理废气中污染物的种类进行适当搭配。分散填充剂为无水粉末状，选用活性氧化铝，与分子筛配合可起到补充吸附的作用。
制备上述滤料的方法具体包括如下步骤。
(1)制备陶瓷内核材料：可以采用任何陶粒的制备方法制取，优选的，取下面方法制备：取适量的天然或工业原料或废渣并向其中混入1/2量的黏土、岩石粉、矿渣、粉煤灰、SiO2、Al2O3和Fe2O3，各组分以等比例混匀，置入混合造粒机内以60r/min的转速充分搅拌30min，混合后烧结制成多孔颗粒状的陶瓷内核，其形状不均系数d60/d10＝1.0，等效粒径为4mm，表观密度为500kg/m3，比表面积为3.0m2/g。
(2)配制pH调节剂：以每15g的酒石酸钠溶于100mL水中配制成碱液，维持碱液温度在25～35℃之间。
(3)取100kg步骤(1)中烧结制成的陶瓷内核材料置于混合容器中，设定搅拌叶的转速为80r/min，边搅拌边向混合容器中加入步骤(2)中配制好的碱液10L进行浸渍，设定混合容器内的温度在25～35℃之间，搅拌30min使内核材料充分浸泡在碱液中，静置0.5小时后排出混合容器内多余的液体，而后将浸渍好碱液的陶瓷内核材料转移至烘干箱内进行干化处理，从而去除内核表面的游离水，以便后续化学活性层能更好地粘结和成形。
(4)将烘干处理后的陶瓷内核材料置于混合容器中，选择适宜的搅拌叶的转速，边搅拌边向混合容器中加入10kg的粉末状分子筛和2kg的活性炭和MgO的混合物(按重量比2：1混合)，设定混合容器内的温度在70～80℃之间，充分搅拌60min直至粉末状的上述材料渗入到陶瓷内核颗粒的孔隙内，且在陶瓷内核表面无堆积残留。
(5)向经过步骤(4)处理后的混合容器中添加50kg的粉末分子筛、25kg混合有活性炭和MgO的催化氧化剂，以及25kg混合有活性氧化铝的分散填充剂，以及30kg硅酸钙，酌情加入少量水，设定合适的搅拌叶的转速，充分搅拌60min直至各组分均匀混合，并最终均匀沉积在陶瓷内核颗粒的表面形成一层化学活性层。
步骤(5)中吸附剂(分子筛)、催化氧化剂(活性炭和MgO)和分散填充剂(活性氧化铝)可以依次先后添加到混合容器中搅拌与内核材料混合，也可以在添加之前先将各组分提前混合，制成混合添加成分后一起加入混合容器内。
(6)将经过步骤(5)处理后的颗粒载体送入固化装置进行固化处理，固化温度60℃，固化时间1.5小时，静置2.5天后获得所述滤料。
应用范例1：
将实施例1-3制得的滤料分别应用于干式化学吸附过滤装置中，分别标记为A组、B组和C组，使用前将滤料装填在干式化学吸附过滤装置的滤箱里，滤料装填的堆积密度为800kg/m3。
应用范例2：
将实施例1-3制得的滤料分别应用于生物过滤装置中，分别标记为D组、E组和F组，使用前将滤料装填于生物过滤装置的滤箱里，滤料的堆积密度为800kg/m3。
将上述装填有本发明滤料的过滤装置应用于污水处理厂的废气处理中，污水处理厂的污水泵房、格栅井、初沉池、曝气池、污泥脱水间等处理构筑物的废气中含有大量硫化氢、含硫有机物及VOCs等臭味的物质，H2S含量达到100mg/m3，臭气单位达到10000ODU，这些废气收集后送到装填有本发明滤料的过滤装置。过滤装置运行参数见表1，实施效果见表2。
表1为过滤装置运行参数表
Figure BDA0003625496690000111
表2为实施效果表
Figure BDA0003625496690000112
Figure BDA0003625496690000121
结合表1和表2可知，本发明滤料分别应用于干式化学吸附过滤装置和生物过滤装置中时，在相同的运行控制参数下，装填按实施例1、实施例2、实施例3制得的各组滤料多能取得很好的去除效果，但装填按实施例2制得的滤料的B组和E组的过滤装置，对污水处理厂废气中的臭气、H2S等污染性、刺激性物质的去除效果，相较于装填实施例1和实施例3制得的滤料的其他组过滤装置相比去除效果略为显著，但装填实施例2的滤料的滤床阻力相比其他过滤装置为最高，说明能耗最大。因此，本发明滤料采用实施例3的方法制造能够取得相对更佳的综合运行效果。
另外，本发明滤料的制造方法和工艺简单，且以常规天然或工业原料或废渣为基材，原料来源广泛、成本低，有利于降低滤料生产制造的成本，从而能够降低滤料成品的市售价格，便于市场推广使用。
需要说明的是，上述实施例仅只是本发明优选的具体实施方式，并不能理解为对本发明技术方案保护范围的限制，在本发明技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种废气处理滤料，为颗粒状夹心球式结构，其特征在于，所述滤料包括陶瓷内核和化学活性成分；所述陶瓷内核为由无机材料烧结制成的多孔颗粒状，其等效粒径1～8mm，表观密度200～800kg/m3，比表面积≤10m2/g；所述化学活性成分包括pH调节剂、吸附剂、催化剂和分散填充剂，化学活性成份部分渗入所述陶瓷内核的孔隙中，部分附着于陶瓷内核外构成化学活性层；所述的渗入陶瓷内核的孔隙中的活性成份包括吸附剂、催化剂、以及pH调节剂，其中，所述吸附剂与陶瓷内核重量的比值为0.02～0.1，所述催化剂与陶瓷内核重量的比值等于0.004～0.1，所述pH调节剂与陶瓷内核重量的比值为0.001～0.02；处于所述化学活性层内的化学活性成分与陶瓷内核重量的比值为0.3～2，包括吸附剂、催化剂、pH调节剂、以及分散填充剂，其中，所述吸附剂、催化剂和分散填充剂间的重量比为(3～5):(1～2):(1～2)。
2.根据权利要求1所述的一种废气处理滤料，其特征在于，组成所述陶瓷内核的无机材料包括混合有黏土、岩石粉、矿渣、粉煤灰、SiO2、Al2O3、Fe2O3中至少一种的天然或工业原料或废渣。
3.根据权利要求1所述的一种废气处理滤料，其特征在于，所述陶瓷内核颗粒的等效粒径为2～5mm。
4.根据权利要求1所述的一种废气处理滤料，其特征在于，所述滤料还包括有用于辅助所述化学活性成分附着于所述陶瓷内核外表面上形成化学活性层的粘接剂，所述粘接剂包括硅酸钠、硅酸钙、铝硅酸盐、黏土、纤维素、淀粉、树脂中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种废气处理滤料，其特征在于，所述的pH调节剂包括有碱液，由包含有K或Na的、呈强碱性或弱碱性的碱和/或盐中的至少一种溶水制成。
6.根据权利要求1所述的一种废气处理滤料，其特征在于，所述的吸附剂包括有人工合成或天然形成的分子筛、活性炭、硅藻土、树脂、活性氧化铝中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的一种废气处理滤料，其特征在于，所述的催化剂包括活性炭、MgO、CaO、Al2O3、Fe2O3、Fe3O4中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的一种废气处理滤料，其特征在于，所述的分散填充剂包括活性氧化铝、沸石中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的一种废气处理滤料的制备方法，其特征在于，所述方法包括有以下步骤：
(1)制备陶瓷内核材料：将混合有黏土、岩石粉、矿渣、粉煤灰、SiO2、Al2O3、Fe2O3中至少一种的天然或工业原料或废渣烧结制成多孔颗粒状的陶瓷内核；
(2)配制pH调节剂：取含K或Na的、呈强碱性或弱碱性的碱和/或盐，溶于水中配制成碱液；
(3)取步骤(1)中烧结制成的陶瓷内核材料置于容器中，边搅拌边加入步骤(2)中配制好的碱液进行浸渍，维持容器内的温度在25～35℃之间，静置0.3～1小时后排出容器内多余的液体并进行干化处理；
(4)向经过步骤(3)处理后的陶瓷内核材料中添加粉末状的吸附剂和催化剂，充分混合搅拌直至二者完全渗入陶瓷内核颗粒的孔隙内；
(5)向经过步骤(4)处理后的陶瓷内核材料中添加吸附剂、催化剂、分散填充剂、以及粘接剂，并加入少量水，充分混合搅拌使各组分均匀地分布沉积在陶瓷内核颗粒的表面，并形成一层化学活性层；
(6)将经过步骤(5)处理后的颗粒载体送入固化装置进行固化处理，固化温度25～80℃，固化时间1～2小时，静置2～3天后获得所述滤料。
10.根据权利要求9所述的一种废气处理滤料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述的吸附剂和催化剂预先进行混合均匀后，加入容器中进行搅拌，搅拌过程中加入少量水，以促进吸附剂和氧化剂渗入所述陶瓷内核颗粒的缝隙中。
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