一种除尘和二恶英分解双效过滤材料的制备方法

专利名称：一种除尘和二恶英分解双效过滤材料的制备方法
技术领域：
本发明涉及过滤材料的技术领域，具体涉及一种除尘和二恶英分解双效过 滤材料的制备方法。
背景技术：
随着世界各国现代工业化进程的快速发展，大气污染己成为 一个日益严重 的全球性问题，二恶英、呋喃、氮氧化物、硫化物等废气的排放和控制得到世 界各国的重视。城市生活垃圾焚烧处理方法目前已成为各国处理废弃物最主要 的和最有效的技术之一。垃圾焚烧处理不但能将垃圾变废为宝，汽电共生使能
量资源得到再生利用，而且能减少约90%的废物体积。但是，焚烧过程中不可 避免地会产生大量的污染物，如颗粒物、酸性气体、重金属以及二恶英。这些 污染物对人体健康存在着极大的危害，而尤以二恶英的毒害最大，去除难度也 最高。目前，二恶英催化氧化分解去除技术得到迅速发展。催化剂在一定的温 度下(180-250°C)可将二恶英分解为二氧化碳、水和微量的盐酸气体等。
催化氧化分解技术中采用的催化剂多以氧化钨、氧化锰等为活性成分，以二 氧化钛为载体。催化剂粉体经过特殊的成型技术加工成"蜂窝"形状被使用，存在 对废气的分解效率低和催化温度高等缺点。
若将催化剂加工成粉体使用则可大大提高分解效率，降低分解温度。但使用 粉体材料需要特殊载体。其中膨体聚四氟乙烯最为理想，它具有以下优点耐 温性能好；可通过特殊加工方法制备出多微孔的结构，便于废气和催化剂充分 接触。美国GORE公司的专利(Marc Plinke, Baltimore, Md., et al.， US Patent 5620669， 1997，4，15)则是采用此方法。它是采用催化剂浆料和聚四氟乙烯分散 液混和(即湿法混合)，加入阳离子表面活性剂，然后凝结干燥。挤出片材，然 后压延，后在27(TC下拉伸成含有催化剂粉体的PTFE纤维。而后加工成针刺毡 后复合PTFE微孔薄膜。该材料具有截留微尘(效率99.95%)和分解废气(效 率98.4%)双重功效。由于我国缺乏湿法混合所必须的设备(如高精度的切削设 备)和原材料，因此该方法在我国不适用。
专利1 (用于废气分解的膨体聚四氟乙烯纤维的制备方法，申请号 200610154943.5)公开了一种用于废气分解的膨体聚四氟乙烯纤维的制备方法， 该方法是将废气的分解催化剂粉体混和到纤维原料中，并加工出具有废气分解
3功能的聚四氟乙烯纤维。该方法由于采用直接挤出纺丝方法，纺丝压力较高， 对纺丝设备的要求高。
专利2 (有催化分解二噁英功能的膨体聚四氟乙烯纤维的制备方法，申请号 200810060356.9)，涉及一种具有催化分解二恶英功能的膨体聚四氟乙烯纤维的 制备方法，该方法是将膨体聚四氟乙烯树脂粉末和二恶英催化剂粉体混和，再 混和液体润滑剂，经过挤出、压延、纵向拉伸、烧结定型、开纤等工艺加工而 成。
专利3 (高温烟气/粉尘一体化处理用覆膜过滤材料的制备方法，专利号 ZL200610155052.1),该方法是将废气分解的膨体聚四氟乙烯纤维、其他耐高温 纤维经过开松、混和、给料、梳理、纤网、叠网、预针刺、主针刺、高温汽蒸 等工序加工成耐高温支撑材料，再在高温下与聚四氟乙烯微孔薄膜复合而成。
专利4 (高温烟气和粉尘处理用的聚四氟乙烯微孔薄膜制备方法，申请号 200710069975.X)，公开了高温烟气/粉尘一体化处理用聚四氟乙烯微孔薄膜制备 方法。本发明将聚四氟乙烯树脂粉末和催化剂废气催化剂粉体混和，在混和液 体润滑剂，经过挤出、压延、纵向拉伸、横向拉伸和热定型等工艺加工而成。
专利5 (—种除尘及二恶英分解双效过滤材料及其制备方法，申请号 200810124334.4; —种除尘及二噁英分解一体化过滤材料及其制备方法，申请号 200810124335.9)，是将负载二恶英分解催化剂的聚四氟乙烯纤维或聚四氟乙烯 薄膜，与耐高温纤维(包括聚四氟乙烯纤维、聚酰亚胺纤维、聚苯硫醚纤维、 玻璃纤维、芳纶纤维等)通过针刺的方法加工出具有除尘及二恶英分解多功能 的过滤材料。
以上专利涉及到添加催化剂的聚四氟乙烯纤维(200610154943.5、 200810060356.9、 200610155052.1、 200810124334.4)，但该纤维因添加粉体使强 度大大降低，在用于针刺过程中纤维容易断裂，造成一定的损失，同时也造成 针刺的过滤材料整体强度偏低，降低了过滤材料的使用寿命；以上专利涉及到 添加催化剂的聚四氟乙烯薄膜(200710069975.X、 200810124335.9)，因薄膜的 成型工艺决定了催化剂添加量小，为提高二恶英分解效率需要多层叠合，最终 造成针刺的过滤材料透气阻力大，不利于工业应用。

发明内容
为了克服背景技术中各种方法所存在的缺陷，本发明的目的是提供一种除 尘和二恶英分解双效过滤材料的制备方法，采用裂膜方法制备具有网状结构的、 负载二恶英分解催化剂的聚四氟乙烯纤维，然后再通过针刺方法加工出五层结
4构的、具有除尘和二恶英分解功能的过滤材料。 本发明采用的技术方案是 该方法包括以下步骤
a、 迎尘层的制备采用聚四氟乙烯纤维，经过纤维预处理、开松、梳理加 工成迎尘层；
b、 缓冲层的制备采用细度为9~12微米的聚四氟乙烯纤维，经过纤维预 处理、开松、梳理加工成缓冲层；
C、催化层的制备将聚四氟乙烯树脂粉末和催化剂粉体均匀混和，再加入 液体润滑剂液体石蜡，聚四氟乙烯树脂粉末对液体润滑剂的重量比为1: 0.2，
混和均匀，在3(TC的温度下静置120小时，然后在7(TC的温度下静置12小时， 使树脂粉末、液体润滑剂、催化剂三者充分混合，然后在3(TC下，在压坯机上 压制成圆柱形毛坯，将毛坯通过推压机在4(TC的温度下挤出棒状物，然后经压 延机在4(TC下压延成片材；将片材在180 38(TC的烘箱中进行纵向拉伸成薄膜； 最后采用开纤机将薄膜分裂成具有网状结构的聚四氟乙烯纤维催化层；
d、除尘和二恶英分解双效过滤材料的制备将所述的迎尘层、缓冲层、催 化层、聚四氟乙烯基布增强厚、迎尘层按顺序叠合，通过针刺加工，制备除尘 和二恶英分解双效过滤材料。
所述步骤a中，迎尘层总克重为50-200克/平方米。
所述步骤a和b中，聚四氟乙烯纤维预处理采用表面活性剂OP-IO，与聚四 氟乙烯纤维重量比为l: 300~1: 800，喷洒到纤维表面，密闭24 72小时。 所述步骤b中，缓冲层总克重为50-200克/平方米.
所述步骤c中，聚四氟乙烯树脂粉末和催化剂粉体的重量比l: 0.4~1: 1，
催化剂BASF公司的04-86。
所述步骤d中，催化层叠合，总克重为500 1200克/平方米。
所述步骤d中，聚四氟乙烯基布增强层，经机织加工而成，总克重为100 300
克/平方米。
本发明与背景技术相比，具有的有益效果是 (1)与申请号200610154943.5、 200810060356.9、 200610155052.1、
200810124334.4公开的方法比较，本发明的除尘和二恶英分解双效过滤材料的制 备方法中的催化层，不是加工成独立的聚四氟乙烯纤维，而是具有网状结构(见 图l)，因此大大提高了负载催化剂的聚四氟乙烯纤维的整体强度，有效防止了 纤维断裂和损耗。
5(2) 与申请号200710069975.X、 200810124335.9比较，本发明的除尘和二恶 英分解双效过滤材料的制备方法中的催化层，不是加工成薄膜，而是网状结构 的纤维，因此经过多层叠合后，过滤材料仍能保证较小的透气阻力。
(3) 本发明的除尘和二恶英分解双效过滤材料的制备方法，迎尘层的作用是 提高过滤材料对粉尘的截留效果，因为二恶英主要是吸附在粉尘上，提高截留 效率也就意味着增加了对二恶英的去除效果。
(4) 本发明的除尘和二恶英分解双效过滤材料的制备方法，缓冲层采用细旦 聚四氟乙烯纤维加工，因为细旦纤维加工的针刺材料的孔径小，增加了其中通 过气体和纤维间碰撞机会，增加气体的通过路径，最终增加气态二恶英与催化 层中催化剂的接触机会，大大提高过滤材料对二恶英的分解效率。
该方法与上述专利中提供方法全然不同，工艺简单易行，加工成本低，对设 备要求较低，同时克服了纤维损失大、过滤材料阻力大的缺陷。


附图是裂膜纤维示意图。
具体实施例方式
实施例l:
a、 迎尘层的制备聚四氟乙烯纤维预处理采用表面活性剂OP-IO，与纤维 重量比为l: 300，喷洒到纤维表面，密闭72小时，然后经过开松、梳理加工成 迎尘层，总克重为50克/平方米；
b、 缓冲层的制备细度为9微米的聚四氟乙烯纤维，预处理采用表面活性剂 OP-IO，与纤维重量比为l: 300，喷洒到纤维表面，密闭72小时，然后经过开松、
梳理加工成缓冲层，总克重为200克/平方米；
C、催化层的制备聚四氟乙烯树脂粉末和催化剂粉体的重量比为l: 0.4， 均匀混和，再加入液体石蜡，聚四氟乙烯树脂粉末对液体石蜡的重量比为l: 0.2，
混和均匀，在30。C的温度下静置120小时，然后在70。C的温度下静置12小时，使 树脂粉末、液体石蜡、催化剂三者充分混合，然后在3(TC下，在压坯机上压制 成圆柱形毛坯，将毛坯通过推压机在4(TC的温度下挤出棒状物，然后经压延机 在4(TC下压延成片材；将片材在180'C的烘箱中进行纵向拉伸成薄膜；最后采用 开纤机将薄膜分裂成具有网状结构的聚四氟乙烯纤维催化层，总克重为500克/ 平方米；
d、除尘和二恶英分解双效过滤材料的制备将所述的迎尘层、缓冲层、多 层催化层、聚四氟乙烯基布增强层(总克重为100克/平方米)、迎尘层按顺序叠合，通过针刺加工，制备除尘和二恶英分解双效过滤材料，总克重为900克/平 方米。
通过上述方法得到的除尘和二恶英分解双效过滤材料，在170°C对二恶英的去 除率90%，对0.3微米以上颗粒去除效率达98.0%，运行阻力为800Pa。 实施例2:
a、 迎尘层的制备聚四氟乙烯纤维预处理采用表面活性剂OP-IO，与纤维 重量比为l: 800，喷洒到纤维表面，密闭24小时，然后经过开松、梳理加工成 迎尘层，总克重为200克/平方米；
b、 缓冲层的制备细度为12微米的聚四氟乙烯纤维，预处理采用表面活性
剂OP-IO，与纤维重量比为l: 800，喷洒到纤维表面，密闭24小时，然后经过开
松、梳理加工成缓冲层，总克重为50克/平方米；
C、催化层的制备聚四氟乙烯树脂粉末和催化剂粉体的重量比为h 1，均 匀混和，再加入液体石蜡，聚四氟乙烯树脂粉末对液体石蜡的重量比为l: 0.2，
混和均匀，在3(TC的温度下静置120小时，然后在70'C的温度下静置12小时，使 树脂粉末、液体石蜡、催化剂三者充分混合，然后在30。C下，在压坯机上压制 成圆柱形毛坯，将毛坯通过推压机在4(TC的温度下挤出棒状物，然后经压延机 在40'C下压延成片材；将片材在38(TC的烘箱中进行纵向拉伸成薄膜；最后采用 开纤机将薄膜分裂成具有网状结构的聚四氟乙烯纤维催化层，总克重为1200克/ 平方米；
d、除尘和二恶英分解双效过滤材料的制备将所述的迎尘层、缓冲层、多 层催化层、聚四氟乙烯基布增强层(总克重为300克/平方米)、迎尘层按顺序叠 合，通过针刺加工，制备除尘和二恶英分解双效过滤材料，总克重为1950克/ 平方米。
通过上述方法得到的除尘和二恶英分解双效过滤材料，在170°C对二恶英的 去除率98%，对0.3微米以上颗粒去除效率达99.99%，运行阻力为1200Pa。 实施例3:
a、 迎尘层的制备聚四氟乙烯纤维预处理采用表面活性剂OP-IO，与纤维 重量比为l: 500,喷洒到纤维表面，密闭45小时，然后经过开松、梳理加工成
迎尘层，总克重为100克/平方米；
b、 缓冲层的制备细度为10微米的聚四氟乙烯纤维，预处理采用表面活性 剂OP-IO，与纤维重量比为l: 500,喷洒到纤维表面，密闭45小时，然后经过开
松、梳理加工成缓冲层，总克重为100克/平方米；C、催化层的制备聚四氟乙烯树脂粉末和催化剂粉体的重量比为l: 0.7， 均匀混和，再加入液体石蜡，聚四氟乙烯树脂粉末对液体石蜡的重量比为l: 0.2，
混和均匀，在3(TC的温度下静置120小时，然后在7(TC的温度下静置12小时，使 树脂粉末、液体石蜡、催化剂三者充分混合，然后在3(TC下，在压坯机上压制 成圆柱形毛坯，将毛坯通过推压机在4(TC的温度下挤出棒状物，然后经压延机 在4(TC下压延成片材；将片材在30(TC的烘箱中进行纵向拉伸成薄膜；最后采用 开纤机将薄膜分裂成具有网状结构的聚四氟乙烯纤维催化层，总克重为900克/ 平方米；
d、除尘和二恶英分解双效过滤材料的制备将所述的迎尘层、缓冲层、多 层催化层、聚四氟乙烯基布增强层(总克重为200克/平方米)、迎尘层按顺序叠 合，通过针刺加工，制备除尘和二恶英分解双效过滤材料，总克重为1400克/ 平方米。
通过上述方法得到的除尘和二恶英分解双效过滤材料，在170°C对二恶英的 去除率95%，对0.3微米以上颗粒去除效率达99.0%，运行阻力为1000Pa。
如附图所示是开纤机将薄膜分裂成具有网状结构的聚四氟乙烯纤维催化层 的结构示意。
权利要求
1. 一种除尘和二恶英分解双效过滤材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤a、迎尘层的制备采用聚四氟乙烯纤维，经过纤维预处理、开松、梳理加工成迎尘层；b、缓冲层的制备采用细度为9～12微米的聚四氟乙烯纤维，经过纤维预处理、开松、梳理加工成缓冲层；c、催化层的制备将聚四氟乙烯树脂粉末和催化剂粉体均匀混和，再加入液体，聚四氟乙烯树脂粉末对液体石蜡的重量比为10.2，混和均匀，在30℃的温度下静置120小时，然后在70℃的温度下静置12小时，使树脂粉末、液体润滑剂、催化剂三者充分混合，然后在30℃下，在压坯机上压制成圆柱形毛坯，将毛坯通过推压机在40℃的温度下挤出棒状物，然后经压延机在40℃下压延成片材；将片材在180～380℃的烘箱中进行纵向拉伸成薄膜；最后采用开纤机将薄膜分裂成具有网状结构的聚四氟乙烯纤维催化层；d、除尘和二恶英分解双效过滤材料的制备将所述的迎尘层、缓冲层、催化层、聚四氟乙烯基布增强层、迎尘层按顺序叠合，通过针刺加工，制备除尘和二恶英分解双效过滤材料。
2. 根据权利要求1所述除尘和二恶英分解双效过滤材料的制备方法，其特 征在于所述步骤a中，迎尘层总克重为50 200克/平方米。
3. 根据权利要求1所述除尘和二恶英分解双效过滤材料的制备方法，其特 征在于所述步骤a和b中，聚四氟乙烯纤维预处理采用表面活性剂OP-IO，与 聚四氟乙烯纤维重量比为1: 300 1: 800，喷洒到纤维表面，密闭24 72小时。
4. 根据权利要求1所述除尘和二恶英分解双效过滤材料的制备方法，其特 征在于所述步骤b中，缓冲层总克重为50~200克/平方米.
5. 根据权利要求1所述除尘和二恶英分解双效过滤材料的制备方法，其特 征在于所述步骤C中，聚四氟乙烯树脂粉末和催化剂粉体的重量比l: 0.4 1:1 ，催化剂为BASF公司的04-86。
6. 根据权利要求1所述除尘和二恶英分解双效过滤材料的制备方法，其特 征在于所述步骤d中，催化层叠合，总克重为500~1200克/平方米。
7. 根据权利要求1所述除尘和二恶英分解双效过滤材料的制备方法，其特征 在于:所述步骤d中，聚四氟乙烯基布增强层，经机织加工而成，总克重为100 300 克/平方米。
全文摘要
本发明公开了一种除尘和二恶英分解双效过滤材料的制备方法。该材料包括五层结构，一是将聚四氟乙烯纤维梳理加工成迎尘层，二是将细旦聚四氟乙烯纤维预针刺加工成缓冲层，三是通过裂膜方法将负载催化剂的聚四氟乙烯薄膜加工成网状结构的纤维，并多层叠合成催化层，四是聚四氟乙烯基布增强层，将上述四层叠合，再在基布增强层上叠合迎尘层，最后通过针刺加工而成。该材料可广泛用于高温尾气的除尘和二恶英分解。本发明与已有技术相比，具有工艺简单易行，加工成本低，对设备要求较低的优点，同时克服了纤维损失大、过滤材料阻力大的缺陷。
文档编号B01D53/86GK101496974SQ20091009541
公开日2009年8月5日 申请日期2009年1月12日 优先权日2009年1月12日
发明者夏前军, 张华鹏, 李琴红, 芳 王, 童亮亮, 娣 赵, 赵小泷, 郭玉海, 金王勇, 陈建勇 申请人:浙江理工大学