一种具有立方体催化界面除尘脱硝多功能滤料、制备方法及应用

本发明属于功能性复合滤料，具体涉及一种具有立方体催化界面除尘脱硝多功能滤料、制备方法及应用。

背景技术：

1、水泥行业也使用煤炭作为主要燃料，是pm2.5和nox的最大排放源之一，但水泥行业并没有成熟的脱硝技术。现有水泥行业在除尘方面一般采用袋式除尘，脱硝方面一般使用选择性非催化还原(sncr)技术。但是sncr技术容易造成氨逃逸超标，并且脱硝效率不高。选择性催化还原(scr)技术作为主流的nox脱除技术，在98％的电厂进行了应用，但对于水泥行业而言，由于其工况复杂且没有额外的空间运行脱硝反应器，无法使用scr技术。因此，迫切需要一种稳定高效的新技术来满足水泥行业对于氮氧化物脱除的需要。

2、除尘脱硝双功能滤料能够实现同时脱除烟气中的nox与粉尘，但目前鲜有针对水泥行业应用除尘脱硝双功能滤料技术的专利。目前国内有除尘脱硝滤料的专利中，专利(cn103463871a)首先用脱硝催化剂对玻璃纤维进行浸渍烘干后处理，然后与聚四氟乙烯表面膜进行高温热压覆膜，制成除尘脱硝双功能滤料；专利(cn114699845a)，先用海藻酸钠对聚苯硫醚进行改性，再采用过量浸渍法负载脱硝活性组分mno2-ceo2-co3o4；最后喷涂聚四氟乙烯浆液，制得除尘脱硝双功能滤料。以上专利均采用浸渍法将scr催化剂负载滤料基材上，会存在活性组分负载不均匀、容易粉化脱落的问题。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提出一种具有立方体催化界面除尘脱硝多功能滤料、制备方法及应用，该具有立方体催化界面除尘脱硝滤料由滤料基材和包裹在滤料基材表面的立方体形貌的催化界面组成。该立方体形貌的催化界面能够更紧密的与滤料纤维结合，且具有nox脱除率高、n2选择性高的特点。该滤料在使用时无需改造任何设备，且在除尘器中能够同时脱除粉尘和nox，在温度区间140-200℃内，脱硝率＞95％。本发明对气协同除尘脱硝技术在水泥等行业的推广应用具有重要意义。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种具有立方体催化界面的除尘脱硝多功能滤料，所述除尘脱硝多功能滤料的制备原材料包括活性原液和滤料基材；

4、所述活性原液的组成成分按质量百分比计包括：

5、活性组分前驱体 9-18％；

6、形貌助剂 5-13％；

7、所述活性组分前驱体包括锰盐、铌盐、铈盐、钐盐和铬盐，且活性组分前驱体中mn/nb/ce/sm/cr元素的摩尔比为1：(0.1-1)：(0.75-1.5)：(0.5-1)：(0.5-1)；所述的形貌助剂包括铁盐、镍盐、镧盐以及铜盐，且形貌助剂中fe/ni/la/cu的元素摩尔比为1：(0.1-1)：(0.1-1)：(0.1-0.5)。

8、优选地，所述锰盐为硝酸锰和氯化锰中的一种，所述铈盐为硝酸铈和氯化铈中的一种，所述钐盐为硝酸钐和氯化钐中的一种，所述铬盐为硝酸铬，所述铌盐为草酸铌。

9、优选地，所述铁盐为硝酸铁，所述镍盐为硝酸镍和醋酸镍中的一种，所述镧盐为醋酸镧和硫酸镧中的一种，所述铜盐为硫酸铜和氯化铜中的一种。

10、优选地，所述滤料基材为pps纤维滤料、pe滤料、芳香族聚酰胺纤维滤料、ptfe纤维滤料、玻纤滤料、p84滤料或氣美思滤料中的一种。

11、优选地，所述活性原液的组成成分按质量百分比计还包括：

12、扩散剂 0.5-1％，

13、活化剂 9-21％，

14、去离子水 50％-75％。

15、优选地，所述扩散剂为脂肪醇聚氧乙烯醚和二萘基甲烷二磺酸钠中的至少一种；所述活化剂为氨水或者氢氧化钾中的一种。

16、一种具有立方体催化界面的除尘脱硝多功能滤料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

17、(1)、活性原液的配制

18、将活性组分前驱体、形貌助剂、扩散剂以及活化剂一起加入到去离子水中，在20-30℃下进行恒温磁力搅拌，搅拌转速为100～250转/分钟，使各组分完全溶解于去离子水得到活性原液；

19、(2)、催化界面原位生长

20、先将滤料基材浸入活性原液中，并持续振荡搅拌从而对滤料基材进行预处理；再将经过预处理的滤料基材和活性原液一同移入到反应釜中，使滤料基材和活性原液在反应釜进行水热反应，从而使具有立方体形貌催化界面的活性组分在滤料基材表面原位生成，具有立方体形貌催化界面的活性组分包裹在滤料基材纤维表面；

21、(3)、立方体催化界面固化定型

22、将步骤(2)中得到的滤料基材取出，先用固化剂浸泡洗涤至少3次，使立方体催化界面固化定型；再用去离子水浸泡洗涤至少3次，去除残留的固化剂；最后经过干燥即可制得具有立方体催化界面的除尘脱硝多功能滤料。

23、优选地，步骤(2)中将滤料基材和活性原液一同移入到反应釜中进行反应时，需要将反应釜固定在反应器的旋转支架上；且反应釜中的反应温度设为160～210℃，反应时间为11～15小时，旋转支架转速为150～300转/分钟；

24、步骤(3)中干燥使用的设备为鼓风干燥烘箱，干燥条件为：先在60～150℃干燥30～200分钟，再升温至151～300℃干燥60～500分钟。

25、优选地，所述固化剂为乙醇或聚乙二醇400中的一种。

26、优选地，所述的具有立方体催化界面的除尘脱硝多功能滤料在水泥制造行业吸附烟尘方面的应用。

27、本发明的有益效果：

28、(1)、本发明提供的立方体催化界面除尘脱硝多功能滤料中，立方体形貌的催化界面可更紧密与滤料纤维结合，以2m/min的流速进行1200小时的吹扫测试后，催化剂磨损率不超过1％；且具有nox脱除率高、n2选择性高的特点；

29、(2)、采用本发明提供的立方体催化界面除尘脱硝多功能滤料，在温度区间140-200℃内，脱硝率＞95％，除尘率＞99％；

30、(3)、本发明制备方法简单，具有较高的生产可行性；

31、(4)、本发明对气协同除尘脱硝技术在水泥行业推广应用具有重要意义。

技术特征：

1.一种具有立方体催化界面的除尘脱硝多功能滤料，其特征在于，所述除尘脱硝多功能滤料的制备原材料包括活性原液和滤料基材；

2.根据权利要求1所述的一种具有立方体催化界面的除尘脱硝多功能滤料，其特征在于：所述锰盐为硝酸锰和氯化锰中的一种，所述铈盐为硝酸铈和氯化铈中的一种，所述钐盐为硝酸钐和氯化钐中的一种，所述铬盐为硝酸铬，所述铌盐为草酸铌。

3.根据权利要求1所述的一种具有立方体催化界面的除尘脱硝多功能滤料，其特征在于：所述铁盐为硝酸铁，所述镍盐为硝酸镍和醋酸镍中的一种，所述镧盐为醋酸镧和硫酸镧中的一种，所述铜盐为硫酸铜和氯化铜中的一种。

4.根据权利要求1所述的一种具有立方体催化界面的除尘脱硝多功能滤料，其特征在于：所述滤料基材为pps纤维滤料、pe滤料、芳香族聚酰胺纤维滤料、ptfe纤维滤料、玻纤滤料、p84滤料或氣美思滤料中的一种。

5.根据权利要求1所述的一种具有立方体催化界面的除尘脱硝多功能滤料，其特征在于：所述活性原液的组成成分按质量百分比计还包括：

6.根据权利要求1所述的一种具有立方体催化界面的除尘脱硝多功能滤料，其特征在于：所述扩散剂为脂肪醇聚氧乙烯醚和二萘基甲烷二磺酸钠中的至少一种；所述活化剂为氨水或者氢氧化钾中的一种。

7.一种具有立方体催化界面的除尘脱硝多功能滤料的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：固化剂为乙醇或聚乙二醇400中的一种。

10.如权利要求1-6任一所述的具有立方体催化界面的除尘脱硝多功能滤料或者如权利要求7-9任一所述制备方法制备出的具有立方体催化界面的除尘脱硝多功能滤料在水泥制造行业吸附烟尘方面的应用。

技术总结
本发明涉及大气污染治理与催化材料技术领域，具体涉及一种具有立方体催化界面除尘脱硝多功能滤料、制备方法及应用；该除尘脱硝多功能滤料的制备原料包括活性原液和滤料基材；活性原液的组成成分按质量百分比计包括：活性组分前驱体9‑18％；形貌助剂5‑13％；活性组分前驱体包括锰盐、铌盐、铈盐、钐盐和铬盐，且活性组分前驱体中Mn/Nb/Ce/Sm/Cr元素的摩尔比为1：(0.1‑1)：(0.75‑1.5)：(0.5‑1)：(0.5‑1)；形貌助剂包括铁盐、镍盐、镧盐以及铜盐，且形貌助剂中Fe/Ni/La/Cu的元素摩尔比为1：(0.1‑1)：(0.1‑1)：(0.1‑0.5)。该立方体形貌的催化界面能够更紧密的与滤料纤维结合，且具有NO<subgt;x</subgt;脱除率高、N<subgt;2</subgt;选择性高的特点；本发明对气协同除尘脱硝技术在水泥等行业的推广应用具有重要意义。

技术研发人员：杨波,雷玉杰,汪振辉,黄琼
受保护的技术使用者：南京信息工程大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16