专利名称：一种高效除尘模块的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种高效除尘模块的制备方法，属于材料制备和环境保护技术领域。
背景技术：
随着我国经济的高速发展，我国大中城市、经济发达地区和基础工业密集区域的灰霾空气污染日渐严重。随着我国对于SOx和NOx排放的限制日趋严格、相关环保技术和装置不断投入使用，我国大气环境中SOx和NOx的污染物排放总量逐年减少，然而，从目前的监测结果看，我国长三角、珠三角和京津冀各片区的灰霾污染反而日趋严重，已经严重威胁到了民众的身体健康和经济的可持续发展。随着当前对于灰霾污染溯源研究的深入，人们已经发现，工业生产排放超细颗粒对灰霾天气有一定的贡献，尤其在山东、河北等地，大量存在的水泥厂、烧结厂所排放的含尘气体对周边环境的灰霾现象贡献明显。因此亟需一种高效的除尘模块来解决该问题。 目前工业除尘领域已经有了很多成熟技术，例如袋式除尘、电除尘、机械除尘和湿法除尘等等。其中袋式除尘的除尘效率很高，对粉尘的粒径范围波动的耐受性好，即使微细的粉尘也可成功获得很高的截留率，然而，袋式除尘的压降较大，对于风机等气体传输设备的动力载荷要求高，此外，目前常见的布袋难以耐受高温，对于废气中含有红热颗粒和阴燃颗粒的烧结烟气而言，使用布袋除尘常常发生“烧袋”事故。此外，常见的工业废气处理工段，废气的压力很低，对于压降较大的袋式除尘，常常需要提高风机压头来应付布袋的压降，甚至需要重新选购风机。电除尘也是当前非常常用和高效除尘手段，该方法是首先对空气中的粉尘荷电、而后通过电场力将其从空气中去除并固定在电极板表面的除尘方法。该方法可用于高温废气处理，且只有很小的压降阻力，但其缺点在于对粉尘的导电率、气体湿度都有一定要求，否则不能获得高的除尘率，此外该方法的一次性投资较高，运行成本也不低。机械除尘是利用降尘室、旋风分离器等机械装置进行除尘的方法，该方法对于颗粒较大的粉尘具有较好的效果，然而对于造成灰霾污染的2 μ m左右的粒子，其净化效率很低，而且对于微细颗粒而言，这一类除尘装置的二次扬尘问题严重，无法在当前对于微细颗粒的除尘效率要求越来越高的情况下有效发挥作用。湿法除尘是利用喷淋塔、水膜除尘器或文丘里除尘器进行除尘的方法，常见于处理尘埃颗粒尺寸较大的气体，所缚集的颗粒可以通过和水形成泥浆而排出，该工艺对设备的要求也较高,设备体积较大,投资较高。综上所述，目前我国亟需一种气阻小、通量大、针对于微细颗粒和雾滴的高效灵活的去除装置，这对于从源头抑制工业性微尘对灰霾的贡献至关重要。
发明内容
本发明的目的在于通过一种简单的方法获得具有低气阻、高通量的高效除尘模块。该模块结构紧凑、制作方法简单、使用温度范围宽，对于碳烟、土壤性微尘、二次气溶胶粒子都具有良好的捕捉性能。本发明的目的是通过如下的技术方案实现的采用蜂窝状多孔陶瓷为基体，将扭线毛刷填塞于蜂窝状多孔陶瓷的孔道内，并利用缚尘剂溶液对蜂窝状多孔陶瓷的孔壁和扭线毛刷的刷毛表面进行浸溃处理，浸溃液浓度为缚尘剂饱和浓度的29TlOO%，然后烘干，获得具有低气阻和高气体通量的高效除尘模块，扭线毛刷的外径在蜂窝状多孔陶瓷孔道截面的长径和短径之间，所采用的蜂窝状多孔陶瓷是堇青石陶瓷、氧化铝陶瓷、二氧化硅陶瓷或碳化硅陶瓷，其孔径为lmnT50_ ;所述方法中的缚尘剂选自聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、丙烯酸-丙烯酰胺共聚物、聚天冬胺酸、糊化淀粉、阳离子醚化淀粉、羧甲基纤维素钠、甲基纤维素、聚乙二醇和聚乙烯醇当中的一种或任意几种的混合物；所述方法中的扭线毛刷的刷毛选自钢丝、不锈钢丝、铁丝、镀铜钢丝、镀铜铁丝、镀锌钢丝、镀锌铁丝、铜丝、玻璃纤维、碳纤维、尼龙丝、聚丙烯毛、聚乙烯毛、聚氯乙烯毛、树棕、马尾、羊毛、鬃毛。相比于常见的除尘装置，本方法获得的除尘模块尺寸可调、对微细颗粒去除效果好。由于避免了采用微孔或狭缝来截留颗粒，所以该模块具有压降小、风量大的特点。对于高温含尘气体处理，可选择钢丝、不锈钢丝、铁丝、镀铜钢丝、镀铜铁丝、镀锌钢丝、镀锌铁 丝、铜丝、玻璃纤维、碳纤维等材料作为扭线毛刷的刷毛材料，其热稳定性良好；对于常温或中温烟气则可选择尼龙丝、聚丙烯毛、聚乙烯毛、聚氯乙烯毛、树棕、马尾、羊毛、鬃毛等材料作为扭线毛刷的刷毛材料。技术方案中使用的缚尘剂在一定温度范围内会形成粘稠的液膜停留在刷毛和多孔陶瓷孔道内壁，当空气中微细颗粒与壁面和刷毛撞击时，会被缚尘剂的液膜所捕获，不会在后续的气流冲刷中发生逃逸和二次扬尘；当除尘模块吸附饱和时，可用水将沉积在扭线毛刷纤毛上和蜂窝状多孔陶瓷内壁上的微细颗粒和缚尘剂一并洗脱，然后重新负载缚尘剂，便可完成模块的再生。
说明书附图I和图2画对本技术方案进行了直观阐释，在图I和图2中1代表蜂窝状多孔陶瓷；2代表扭线毛刷。图I是蜂窝状多孔陶瓷的斜视图，并画出了扭线毛刷插入陶瓷孔的过程，图2是每个陶瓷孔都被插入扭线毛刷后的正视图。图I和图2并不对本技术方案中蜂窝状多孔陶瓷载体的外形和孔道形状构成限制，本技术方案中蜂窝状多孔陶瓷的外形除方形外，还可根据实际需要选择圆形、椭圆、梨形、三角形和多边形，而且其孔道除了方孔外，还可选择圆孔、椭圆孔、半圆孔和长方孔。
具体实施例方式本发明提供的一种高效除尘模块的制备方法，其具体技术方案是这样实现的采用蜂窝状多孔陶瓷为基体，将扭线毛刷填塞于蜂窝状多孔陶瓷的孔道内，并利用缚尘剂溶液对蜂窝状多孔陶瓷的孔壁和扭线毛刷的刷毛表面进行浸溃处理，浸溃液浓度为缚尘剂饱和浓度的29TlOO%，然后烘干，获得具有低气阻和高气体通量的高效除尘模块，所采用的蜂窝状多孔陶瓷是堇青石陶瓷、氧化铝陶瓷、二氧化硅陶瓷或碳化硅陶瓷，其孔径为lmnT50mm;所述方法中的缚尘剂选自聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、丙烯酸-丙烯酰胺共聚物、聚天冬胺酸、糊化淀粉、阳离子醚化淀粉、羧甲基纤维素钠、甲基纤维素、聚乙二醇和聚乙烯醇当中的一种或任意几种的混合物；所述方法中的扭线毛刷的刷毛选自钢丝、不锈钢丝、铁丝、镀铜钢丝、镀铜铁丝、镀锌钢丝、镀锌铁丝、铜丝、玻璃纤维、碳纤维、尼龙丝、聚丙烯毛、聚乙烯毛、聚氯乙烯毛、树棕、马尾、羊毛、鬃毛。下面举出几个具体实施例，以进一步理解本发明实施例I :取一块尺寸IOcmXlOcm的蜂窝状堇青石多孔陶瓷,其孔尺寸为I. 5mmX I. 5mm,孔数为38X38，取1444支扭线毛刷，其外径为2. 1mm，刷毛材质为聚乙烯丝，插入堇青石蜂窝陶瓷的孔道中，每孔插一根毛刷，用糊化淀粉溶液(质量浓度1%)浸溃该模块，而后取出烘干，获得可以高效缚尘的气体净化模块，当其径向长度为20cm时，在10000/h的空速下，压降小于900Pa，对粒径2 μ m的颗粒，其截留效率超过90%。实施例2: 取一块尺寸20cmX20cm的蜂窝状氧化招多孔陶瓷,其孔尺寸为I. 5mmX I. 5mm,孔数为76 X 76，取5776支扭线毛刷，其外径为I. 5mm，刷毛材质为聚丙烯丝，插入该氧化铝蜂窝陶瓷的孔道中，每孔插一根毛刷，用分子量200万的聚丙烯酰胺溶液(质量浓度I. 5%)浸溃该模块，而后取出烘干，获得可以高效缚尘的气体净化模块，当其径向长度为30cm时，在10000/h的空速下，压降小于900Pa，对粒径2 μ m的颗粒，其截留效率超过93%。实施例3:取一块直径IOcm的圆柱形蜂窝状二氧化硅多孔陶瓷，其孔道直径为2mm，取外径为2mm的扭线毛刷，刷毛材质为猪鬃，插入该二氧化硅蜂窝陶瓷的孔道中，每孔插一根毛刷，用分子量100万的丙烯酸-丙烯酰胺共聚物溶液(质量浓度I. 2%)浸溃该模块，而后取出烘干，获得可以高效缚尘的气体净化模块，当其径向长度为40cm时，在10000/h的空速下，压降小于lOOOPa，对粒径2 μ m的颗粒，其截留效率超过98%。实施例4:取一块尺寸IOcmX IOcm的蜂窝状氧化铝多孔陶瓷，其孔尺寸为ImmX Imm,孔数为50 X 50，取2500支扭线毛刷，其外径为I. 4mm，刷毛材质为树棕，插入该氧化铝蜂窝陶瓷的孔道中，每孔插一根毛刷，用质量浓度2%的阳离子醚化淀粉溶液浸溃该模块，而后取出烘干，获得可以高效缚尘的气体净化模块，当其径向长度为25cm时，在7000/h的空速下，压降小于700Pa，对粒径2 μ m的颗粒，其截留效率超过96%。实施例5 取一块直径50cm的圆柱形蜂窝状碳化硅多孔陶瓷，其孔道直径为50mm，取外径50mm的扭线毛刷，刷毛材质为钢丝，插入该碳化硅蜂窝陶瓷的孔道中，每孔插一根毛刷，用分子量10000的聚乙二醇溶液(质量浓度O. 7%)浸溃该模块，而后取出烘干，获得可以高效缚尘的气体净化模块，当其径向长度为IOOcm时，在10000/h的空速下，压降小于900Pa，对粒径2 μ m的颗粒，其截留效率超过97%。实施例6 取一块尺寸IOcmX IOcm的蜂窝状堇青石多孔陶瓷,其孔尺寸为2mmX 2mm,取外径
2.5mm的扭线毛刷，其刷毛材质为铜丝，插入该堇青石蜂窝陶瓷的孔道中，每孔插一根毛刷，用质量浓度O. 6%的聚乙烯醇(分子量10万)溶液浸溃该模块，而后取出烘干，获得可以高效缚尘的气体净化模块，当其径向长度为20cm时，在7000/h的空速下，压降小于700Pa，对粒径2 μ m的颗粒，其截留效率超过95%。
实施例7 取一块尺寸IOcmX IOcm的蜂窝状堇青石多孔陶瓷,其孔尺寸为3mmX 3mm,取外径 3mm的扭线毛刷，刷毛材质为玻璃纤维，插入该堇青石蜂窝陶瓷的孔道中，每孔插一根毛刷，用质量浓度1%的甲基纤维素溶液浸溃该模块，而后取出烘干，获得可以高效缚尘的气体净化模块，当其径向长度为15cm时，在7000/h的空速下，压降小于700Pa，对粒径2 μ m的颗粒，其截留效率超过90%。
权利要求
1.一种高效除尘模块的制备方法，其特征在于本方法是通过如下的技术方案实现的采用蜂窝状多孔陶瓷为基体，将扭线毛刷填塞于蜂窝状多孔陶瓷的孔道内，并利用缚尘剂溶液对蜂窝状多孔陶瓷的孔壁和扭线毛刷的刷毛表面进行浸溃处理，浸溃液浓度为缚尘剂饱和浓度的29TlOO%，然后烘干，获得具有低气阻和高气体通量的除尘模块，扭线毛刷的外径在蜂窝状多孔陶瓷孔道截面的长径和短径之间，所采用的蜂窝状多孔陶瓷是堇青石陶瓷、氧化铝陶瓷、二氧化硅陶瓷或碳化硅陶瓷，其孔径为lmnT50mm。
2.如权利要求I所述的一种高效除尘模块的制备方法，其特征在于方法中的缚尘剂选自分子量在200(Γ2万之间的聚丙烯酸、分子量在100万 2500万之间的聚丙烯酰胺、分子量在20万 1000万之间的丙烯酸-丙烯酰胺共聚物、分子量在30(Γ2万之间的聚天冬胺酸、糊化淀粉、阳离子醚化淀粉、羧甲基纤维素钠、甲基纤维素、分子量在100(Γ2.5万之间的聚乙二醇和分子量在2. 5万 30万之间的聚乙烯醇当中的一种或任意几种的混合物。
3.如权利要求I所述的一种高效除尘模块的制备方法，其特征在于方法中的扭线毛刷的刷毛选自钢丝、不锈钢丝、铁丝、镀铜钢丝、镀铜铁丝、镀锌钢丝、镀锌铁丝、铜丝、玻璃纤维、碳纤维、尼龙丝、聚丙烯毛、聚乙烯毛、聚氯乙烯毛、树棕、马尾、羊毛、鬃毛。
全文摘要
一种高效除尘模块的制备方法，属于材料制备和环境保护技术领域。该方法是将蜂窝状多孔陶瓷作为基材，在其孔道中填塞扭线式毛刷，并利用缚尘剂溶液对蜂窝状多孔陶瓷的孔壁和扭线式毛刷进行表面处理，便能获得一种气阻小、通量大的高效除尘模块。含尘气流在模块中流动时会在刷毛和陶瓷孔共同构成的复杂流道中湍流通过，其中的颗粒会被刷毛表面和陶瓷孔内表面的缚尘剂层所捕捉，所以该模块非常有利于去除气流当中粒径≤2μm的微细颗粒。
文档编号B01D47/00GK102921254SQ20121041855
公开日2013年2月13日 申请日期2012年10月26日 优先权日2012年10月26日
发明者刘海弟, 李伟曼, 黄亿苹, 岳仁亮, 陈运法 申请人:中国科学院过程工程研究所