一种除尘及分解二噁英的过滤材料的制备方法及产品与流程

本发明属于过滤材料技术领域，具体涉及一种除尘及分解二噁英的过滤材料的制备方法及产品。

背景技术：

随着世界各国现代工业化进程的快速发展，环境保护已成为世人关注的热点。大气污染己成为一个日益严重的全球性问题，固体废弃物在焚烧过程中产生大量污染物，如颗粒物、酸性气体、重金属以及二噁英等。这些污染物对人体健康存在极大危害，其中以二噁英的毒害最大，去除难度也最高。

能源消耗产生的二噁英居于首位，其排放量约占总排放量的50％，废弃物的焚烧产生的二噁英次之，废弃物焚烧主要产生源为生活垃圾焚烧、危险废弃物焚烧以及医疗废弃物焚烧。二噁英包括210多种化合物，这类物质性质稳定，难以分解，通过生物链在生物体内积累，危害人类健康。目前，活性炭吸附是国内外常见的处理二噁英方法，去除效率也较高，然而活性炭的使用寿命、价格等因素限制了技术的推广。同时，吸附饱和的活性炭多采用填埋方式，填埋后转移到固相中的二噁英也可能对土壤和地下水源造成二次污染。

随着纤维技术的发展和粉尘排放要求的提高，布袋除尘技术逐渐成为生产工艺的主流工艺。袋式除尘器结构较简单、投资较少，操作简单可靠，适应性强，且具有收集粉尘粒径范围广、过滤效率高的特点，被广泛用于空气过滤领域。近年来催化剂催化分解二噁英技术逐渐受到重视，它在一定的温度下(160-250℃)可将二噁英分解为二氧化碳、水和微量的盐酸气体。目前该类催化剂有加工成型(如蜂窝状)使用，但是存在基础设施投入大，不适用于小规模工业推广应用的缺点。从而，将催化剂粉体植入过滤材料中加工成滤布，可以替代现行的除尘滤袋，具有除尘和二噁英分解双效功能，因此，垃圾焚烧厂不需调整设备和运行参数的情况下就可使用，具有简单易行的特点。

现有纤维技术中均采用含有催化剂的纤维与其他合成纤维经过开松、混和、梳理等系列加工过程，其中，含有催化剂的纤维由于强度低，不能承受该过程中强有力的开松力，造成纤维的损伤和断裂，最终导致其使用性能降低。所以，开发高强度、长使用寿命催化剂纤维技术势在必行，也将具有极大的应用前景。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于：(1)提供一种除尘及分解二噁英的过滤材料的制备方法；(2)提供一种除尘及分解二噁英的过滤材料。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

1、一种除尘及分解二噁英的过滤材料的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)将钛酸丁酯加入乙醇溶液中，搅拌至混合溶液呈乳白色；然后加入盐酸至所述混合溶液澄清透明；最后加入水，制得TiO2溶胶；

(2)将步骤(1)制得的TiO2溶胶喷涂于滤布上，形成湿膜，然后将所述滤布进行干燥烧结处理；

(3)将钒盐和铈盐加入去离子水中，制得浸渍液；

(4)将步骤(2)中经干燥烧结处理后的滤布置于步骤(3)中制得的浸渍液中，然后将浸渍后的滤布干燥后焙烧，制得催化分解层；

(5)将步骤(4)中制得的催化分解层置于支承层之间，经纤维针刺加工处理，制得除尘及分解二噁英的过滤材料。

进一步，步骤(1)中，所述钛酸丁酯与乙醇溶液的物质量比为10～50:1，所述乙醇溶液的体积分数为90％，所述盐酸的质量分数10～20％，所述混合溶液澄清透明后溶液pH值为2～3。

进一步，步骤(1)中，所述制得TiO2溶胶中溶胶质体积分数为1～2.5％。

进一步，步骤(2)中，所述TiO2溶胶的喷量为50～200g/m²。

进一步，步骤(2)中，所述干燥烧结处理的条件是在120～240℃下干燥烧结6～12h。

进一步，步骤(2)中，所述滤布由聚四氟乙烯纤维、聚酞亚胺纤维、玻璃纤维或芳纶纤维中的一种或几种制成，厚度为9～12μm。

进一步，步骤(3)中，所述钒盐为五氧化二钒；所述铈盐为二氧化铈；所述浸渍液中五氧化二钒的浓度为0.1～0.5mol/L，二氧化铈的浓度为0.005～0.01mol/L。

进一步，步骤(4)中，所述将步骤(2)中经干燥烧结处理后的滤布置于步骤(3)中制得的浸渍液中6～12h，所述将浸渍后的滤布干燥后焙烧的条件是在60～90℃下干燥8～12h后于400～600℃下焙烧2～5h。

进一步，步骤(5)中，所述支承层由聚四氟乙烯纤维、聚酞亚胺纤维、玻璃纤维或芳纶纤维中的一种或几种制成，厚度为12～16μm。

2、由所述的一种除尘及分解二噁英的过滤材料的制备方法制得的一种除尘及分解二噁英的过滤材料。

本发明的有益效果在于：本发明提供一种除尘及分解二噁英的过滤材料的制备方法及产品，该方法首先利用溶胶-凝胶法制备TiO2溶胶，制得的TiO2溶胶中二氧化钛的粒径分布更宽，分子具有线性结构，内部结构以Ti-O-Ti键为主，为后续活性成分的载入提供了更好的催化剂载体；通过喷涂的方式可以使二氧化钛更加均匀的分布在滤布上，将喷涂TiO2溶胶的滤布先干燥后在浸入含有活性物质的溶液中，当活性成分载入后，可以保证二氧化钛的分子结构、粒径分布不受影响；将放入含有五氧化二钒、二氧化铈两种活性成分的浸渍液中浸渍后的滤布先进行低温干燥，能逐步去除二氧化钛中的水分，有效避免二氧化钛涂层因水分子的迅速失去而导致分子内部结构受损，同时，当五氧化二钒、二氧化铈将二氧化钛涂层的内部微孔填充后，低温干燥能缓慢去除整个复合材料的自由水，避免复合材料中催化剂材料表面形成汽蚀，保证催化剂的烧结强度与性能，随后的高温烧结可改变催化剂晶体结构，能有效激活其活性，最后将制得的催化分解层通过针刺工艺置于支撑层中间，增加了二噁英在催化层停留时间，提高反应效率，同时减少催化层纤维损失，制得的过滤材料具有比表面积大、酸性位分布丰富的特点，除尘与二噁英催化分解性能优异，可实现除尘和二噁英分解一体化处理，简化工业尾气净化处理工艺流程，节省尾气处理的综合成本。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图：

图1为二噁英催化脱除实验系统流程图；

图2为实施例4在不同空速条件下除尘及分解二噁英的过滤材料的二噁英催化分解效率图；

图3为实施例4在不同空速条件下除尘及分解二噁英的过滤材料的除尘效率图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

实施例1

(1)按钛酸丁酯与乙醇溶液的物质量比为10:1将钛酸丁酯加入体积分数为90％的乙醇溶液中，匀速搅拌至混合溶液呈乳白色；然后加入质量分数为10％的盐酸至所述混合溶液澄清透明，此时溶液pH值为2；最后加入去离子水至溶液中溶胶质体积分数为1％，制得TiO2溶胶。

(2)将步骤(1)制得的TiO2溶胶按50g/m²的喷量喷涂于由四氟乙烯纤维制得厚度为9μm的滤布上，形成湿膜，然后将所述滤布在120℃下干燥烧结12h。

(3)将五氧化二钒和二氧化铈加入去离子水中，搅拌后溶液中五氧化二钒的浓度为0.1mol/L，二氧化铈的浓度为0.01mol/L，制得浸渍液。

(4)将步骤(2)中经干燥烧结处理后的滤布置于步骤(3)中制得的浸渍液中6h，然后将浸渍后的滤布在60℃下干燥12h后于400℃下焙烧5h，制得催化分解层。

(5)将步骤(4)中制得的催化分解层置于由四氟乙烯纤维制得厚度为12μm的支承层之间，经纤维针刺加工处理，制得除尘及分解二噁英的过滤材料。

实施例2

(1)按钛酸丁酯与乙醇溶液的物质量比为30:1将钛酸丁酯加入体积分数为90％的乙醇溶液中，匀速搅拌至混合溶液呈乳白色；然后加入质量分数为15％的盐酸至所述混合溶液澄清透明，此时溶液pH值为2.5；最后加入去离子水至溶液中溶胶质体积分数为1.5％，制得TiO2溶胶。

(2)将步骤(1)制得的TiO2溶胶按100g/m²的喷量喷涂于由聚酞亚胺纤维制得厚度为10μm的滤布上，形成湿膜，然后将所述滤布在160℃下干燥烧结10h。

(3)将五氧化二钒和二氧化铈加入去离子水中，搅拌后溶液中五氧化二钒的浓度为0.2mol/L，二氧化铈的浓度为0.009mol/L，制得浸渍液。

(4)将步骤(2)中经干燥烧结处理后的滤布置于步骤(3)中制得的浸渍液中8h，然后将浸渍后的滤布在70℃下干燥10h后于500℃下焙烧4h，制得催化分解层。

(5)将步骤(4)中制得的催化分解层置于由聚酞亚胺纤维制得厚度为13μm的支承层之间，经纤维针刺加工处理，制得除尘及分解二噁英的过滤材料。

实施例3

(1)按钛酸丁酯与乙醇溶液的物质量比为50:1将钛酸丁酯加入体积分数为90％的乙醇溶液中，匀速搅拌至混合溶液呈乳白色；然后加入质量分数为15％的盐酸至所述混合溶液澄清透明，此时溶液pH值为2.5；最后加入去离子水至溶液中溶胶质体积分数为2％，制得TiO2溶胶。

(2)将步骤(1)制得的TiO2溶胶按150g/m²的喷量喷涂于由玻璃纤维制得厚度为11μm的滤布上，形成湿膜，然后将所述滤布在200℃下干燥烧结8h。

(3)将五氧化二钒和二氧化铈加入去离子水中，搅拌后溶液中五氧化二钒的浓度为0.4mol/L，二氧化铈的浓度为0.007mol/L，制得浸渍液。

(4)将步骤(2)中经干燥烧结处理后的滤布置于步骤(3)中制得的浸渍液中10h，然后将浸渍后的滤布在80℃下干燥9h后于500℃下焙烧3h，制得催化分解层。

(5)将步骤(4)中制得的催化分解层置于由玻璃纤维制得厚度为14μm的支承层之间，经纤维针刺加工处理，制得除尘及分解二噁英的过滤材料。

实施例4

(1)按钛酸丁酯与乙醇溶液的物质量比为50:1将钛酸丁酯加入体积分数为90％的乙醇溶液中，匀速搅拌至混合溶液呈乳白色；然后加入质量分数为20％的盐酸至所述混合溶液澄清透明，此时溶液pH值为3；最后加入去离子水至溶液中溶胶质体积分数为2.5％，制得TiO2溶胶。

(2)将步骤(1)制得的TiO2溶胶按200g/m²的喷量喷涂于由芳纶纤维制得厚度为12μm的滤布上，形成湿膜，然后将所述滤布在240℃下干燥烧结6h。

(3)将五氧化二钒和二氧化铈加入去离子水中，搅拌后溶液中五氧化二钒的浓度为0.5mol/L，二氧化铈的浓度为0.005mol/L，制得浸渍液。

(4)将步骤(2)中经干燥烧结处理后的滤布置于步骤(3)中制得的浸渍液中12h，然后将浸渍后的滤布在90℃下干燥8h后于600℃下焙烧2h，制得催化分解层。

(5)将步骤(4)中制得的催化分解层置于由玻璃纤维制得厚度为16μm的支承层之间，经纤维针刺加工处理，制得除尘及分解二噁英的过滤材料。

对实施例4中的除尘及分解二噁英的过滤材料进行性能测试，按照图1中的流程，对各参数进行设置，具体为1000ppm NO、10％O2、400ppmSO2，粉尘添加量为1.5～2.5g/cm²，二噁英1～10ng TEQ/Nm³，以N2为载气，气体流速为1000～2000mL/min，空速为1500～3000h^-1。测试结果如图2、图3所示，由图2可知，在小于350℃时，二噁英催化分解效率随温度升高显著增加，300℃时，1500h^-1、3000h^-1两种空速分解效率达到93.8％、89.9％；由图3可知，小于350℃时，除尘效率随温度升高略有降低，300℃时，1500h^-1、3000h^-1两种空速条件下分解效率达到88.0％、86.2％。所以，在工业尾气温度低于300℃时，本发明中除尘及分解二噁英的过滤材料具有优异的除尘与二噁英催化分解效果。

本发明中作为催化分解层的滤布由四氟乙烯纤维、聚酞亚胺纤维、玻璃纤维或芳纶纤维中的一种或几种制成；支承层由聚四氟乙烯纤维、聚酞亚胺纤维、玻璃纤维或芳纶纤维中的一种或几种制成。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。