CN109529450A - 纤维织物增强微孔气凝胶过滤管及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了纤维织物增强微孔气凝胶过滤管及其制造方法，该气凝胶过滤管包括管壁和包裹或涂覆在管壁外侧的微孔过滤膜，管壁中间衬有高性能纤维织造的基布。本发明以正硅酸乙酯为主体材料，通过溶胶‑凝胶‑老化及干燥等工序制备纤维增强微孔气凝胶过滤管。本发明气凝胶过滤管制造流程短，质量轻，强度好，耐高温，对烟气的过滤效率高，净化后的气体杂质浓度低，符合国家最新公布的排放要求。过滤后附着在管壁的滤去物清除简单，清除后可重复使用，使用寿命长，且使废弃物得到循环再利用，符合国家绿色制造的环保理念。
Description
技术领域
本发明属于过滤材料技术领域，具体涉及一种纤维织物增强微孔气凝胶过滤管及其制造方法。
背景技术
应用于燃煤锅炉、水泥、钢铁、垃圾焚烧、化工等工况高温烟气除尘所用的过滤材料一般采用聚酰亚胺、聚四氟乙烯、聚苯硫醚、芳纶等高性能纤维或玻纤等无机纤维为原料，将上述原料的短纤铺设在使用同种原料，采用机织或针织工艺加工织造的基布的上、下，用针刺或水刺等非织造方式加固制成，有些品种滤料表面再经复合聚四氟乙烯微孔膜，将上述滤料缝制成滤袋。利用滤料的梯度孔结构，起到微细颗粒和气体的过滤、分离效果。传统滤袋重量一般在450－800g/㎡，长期使用温度在250℃左右，瞬时最高使用温度280℃。
制造方法为：
上述传统制备工艺生产的滤袋使用昂贵的高技术纤维，用量多，密度高，使用时间短。失效滤袋废弃造成资源大量浪费，易形成二次污染。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述不足之处提供一种制造流程短，质量轻，对烟气的过滤效率高，净化后的气体杂质浓度低的纤维织物增强微孔气凝胶过滤管。过滤后附着在管壁的滤去物清除简单，清除后可重复使用，使用寿命长。
本发明还有一个目的是提供上述纤维织物增强微孔气凝胶过滤管的制备方法。
本发明的目的是通过以下方式实现的：
一种纤维织物增强微孔气凝胶过滤管，包括管壁和包裹或涂覆在管壁外侧的微孔过滤膜，管壁中间衬有高性能纤维织造的基布。微孔过滤膜优选为PTFE或陶瓷微孔膜。本发明在气凝胶过滤管中间衬有再生高性能纤维或常规高性能纤维织造成的基布，作为气凝胶过滤管的增强材料，起到增强过滤管的强度作用，过滤管的外层复合一层微孔过滤膜，以提高过滤管的过滤效率。
优选上述管壁的厚度为0.5－1㎝。
优选上述基布的厚度0.5－2㎜。
优选上述微孔过滤膜的厚度为0.1－0.3㎜。
优选上述气凝胶过滤管的质量为100－250g/㎡。
优选上述气凝胶过滤管的内径为10-20㎝。
优选上述微孔过滤膜的孔隙直径为15－25nm。
上述纤维织物增强微孔气凝胶过滤管的制造方法包括以下步骤：
(1)溶胶：将正硅酸乙酯加入无水乙醇和水的混合液中，搅拌均匀，调节pH3-4，形成硅溶胶；其中，正硅酸乙酯，无水乙醇和水的比例为1：5：4；
(2)凝胶：在套管成型机中垂直放入经定型后的基布，将硅溶胶注入成型机，调节pH7.6-8.5，形成气凝胶；
(3)老化：向成型机中的气凝胶中加入乙醇进行老化，以增强气凝胶骨架，老化温度50－60℃，老化时间20-24hr；
(4)置换：老化结束后，经正己烷置换得到凝胶管；
(5)干燥：将置换后的凝胶管在温度60－110℃下常压干燥，干燥时间1－2hr；
(6)覆膜：将微孔过滤膜涂覆或包裹在干燥后的凝胶管外表层。
优选在步骤(1)中用盐酸调节PH至3-4。在步骤(2)中用氨水调节PH至7.6-8.5。老化时采用的乙醇优选为无水乙醇，用量优选为气凝胶重的2-3倍。
上述老化后的气凝胶经正己烷置换，具体步骤为将老化后的气凝胶经正己烷充分浸洗，使凝胶内的乙醇和水分被正己烷置换得到凝胶管。
上述高性能纤维织造的基布优选以废弃滤料回收处理后的再生高性能纤维或生产高性能滤料时产生的边角料经开松后的纤维或原生高性能纤维，如聚四氟乙烯纤维为增强材料。
与现有技术比较本发明的有益效果：本发明气凝胶过滤管比常规耐高温过滤袋制造流程短，质量轻，强度好，耐高温，对烟气的过滤效率高，净化后的气体杂质浓度低，可符合国家最新公布的排放要求。过滤后附着在管壁的滤去物清除简单，清除后可重复使用，使用寿命长。而且，本发明能够废物利用，特别是以废弃滤料回收处理后的再生高性能纤维或生产高性能滤料时产生的边角料经开松后的纤维，以及原生高性能纤维，如聚四氟乙烯等纤维为增强材料，以正硅酸乙酯为主体材料，与除尘过滤行业目前所采用的滤料完全不同的生产方式，通过溶胶-凝胶-老化及干燥等工序制备纤维增强微孔气凝胶过滤管。使废弃物得到循环再利用，符合国家绿色制造的环保理念。
附图说明
图1为气凝胶过滤管的结构图。
图中，1为基布，2为管壁，3为微孔过滤膜。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的描述：
实施例1
如图1所示，一种纤维织物增强微孔气凝胶过滤管，该气凝胶过滤管包括管壁2和包裹或涂覆在管壁外侧的PTFE微孔过滤膜3，管壁2中间衬有高性能纤维织造的基布1。管壁厚为1㎝，基布的厚度1㎜，PTFE微孔过滤膜的厚度为0.1㎜，气凝胶过滤管的内径为10㎝，微孔过滤膜的孔隙直径为15nm。
上述微孔气凝胶过滤管的制造方法步骤如下：
(1)溶胶：将正硅酸乙酯加入无水乙醇和水的混合液中，搅拌均匀，用盐酸调节pH3-4，形成硅溶胶，正硅酸乙酯，无水乙醇和水的比例为1：5：4；
(2)凝胶：在套管成型机管壁中间中垂直放入经定型后的基布，将硅溶胶注入成型机，用氨水调节pH7.6-8.5，形成气凝胶；使用的经定型后的基布为：材料PTFE长丝，线密度500D，基布质量90g/㎡，经纱137根/英寸，纬纱54根/英寸，经向强力800N/5㎝，纬向强力400N/5㎝。
(3)老化：向成型机中的气凝胶加入2倍重量无水乙醇进行老化，以增强气凝胶骨架，老化温度55－60℃，老化时间24hr；
(4)置换：老化结束后，经正己烷充分浸洗，使气凝胶内的乙醇和水分被正己烷置换得到凝胶管；
(5)干燥：置换后的凝胶管进入干燥机，在温度90℃下常压干燥，干燥时间2hr；
(6)覆膜：干燥后的凝胶管在覆膜机上进行覆膜，微孔过滤膜平展，无绉地贴合在气凝胶管壁外表层。
上述气凝胶过滤管的重量为120g/㎡，强力：纵向900N/5㎝，横向450N/5㎝。长时间耐高温300℃，瞬时耐高温350℃。
实施例2
如图1所示，一种纤维织物增强微孔气凝胶过滤管，该气凝胶过滤管包括管壁2和包裹或涂覆在管壁外侧的陶瓷微孔过滤膜3，管壁2中间衬有高性能纤维织造的基布1。管壁厚为0.5㎝，基布的厚度2㎜，陶瓷微孔过滤膜的厚度为0.3㎜，气凝胶过滤管的内径为15㎝，陶瓷微孔过滤膜孔径直径为25nm。
上述微孔气凝胶过滤管的制造方法步骤如下：
(1)溶胶：将正硅酸乙酯加入无水乙醇和水的混合液中，搅拌均匀，用盐酸调节pH3-4，形成硅溶胶，正硅酸乙酯，无水乙醇和水的比例为1：5：4；
(2)凝胶：在套管成型机管壁中间中垂直放入经定型后的基布，将硅溶胶注入成型机，用氨水调节pH7.6-8.5，形成气凝胶；使用的经定型后的基布为：武岩长丝，线密度300D，基布质量80g/㎡，经纱80根/英寸，纬纱50根/英寸，经向强力900N/5㎝，纬向强力500N/5㎝。
(3)老化：向成型机中的气凝胶加入2倍重量的无水乙醇进行老化，以增强气凝胶骨架，老化温度50－55℃，老化时间24hr；
(4)置换：老化结束后，经正己烷充分浸洗，使气凝胶内的乙醇和水分被正己烷置换得到凝胶管；
(5)干燥：置换后的凝胶管进入干燥机，在温度100－110℃下常压干燥，干燥时间1－2hr；
(6)覆膜：干燥后的凝胶管在覆膜机上进行覆膜，陶瓷微孔过滤膜平展，无绉地贴合在气凝胶管壁外表面。
上述气凝胶过滤管的重量为120g/㎡，强力：纵向900N/5㎝，横向500N/5㎝。长时间(一年以上)耐高温300℃，瞬时耐高温350℃。
上述气凝胶过滤管使用时，管壁外层的陶瓷微孔过滤膜起到梯度过滤的作用，极细微的颗粒积聚在过滤膜的表面，较大颗粒的灰尘或粉尘积累在外层。外层粉尘积聚到一定的厚度会自行脱落，细微颗粒层表面重新积聚成较大颗粒粉尘。
实施例气凝胶过滤管正常使用时间达4年以上。
Claims (10)
1.一种纤维织物增强微孔气凝胶过滤管，其特征在于该气凝胶过滤管包括管壁(2)和包裹或涂覆在管壁外侧的微孔过滤膜(3)，管壁(2)中间衬有高性能纤维织造的基布(1)。
2.根据权利要求1所述的纤维织物增强微孔气凝胶过滤管，其特征在于管壁(2)的厚度为0.5－1㎝。
3.根据权利要求1所述的纤维织物增强微孔气凝胶过滤管，其特征在于基布(1)的厚度0.5－2㎜。
4.根据权利要求1所述的纤维织物增强微孔气凝胶过滤管，其特征在于微孔过滤膜(3)的厚度为0.1－0.3㎜。
5.根据权利要求1所述的纤维织物增强微孔气凝胶过滤管，其特征在于微孔过滤膜的孔隙直径为15－25nm。
6.根据权利要求1所述的纤维织物增强微孔气凝胶过滤管，其特征在于气凝胶过滤管的内径为10-20㎝。
7.一种权利要求1-6任意一项权利要求所述的纤维织物增强微孔气凝胶过滤管的制造方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
（1）溶胶：将正硅酸乙酯加入无水乙醇和水的混合液中，搅拌均匀，调节pH3-4，形成硅溶胶；其中，正硅酸乙酯，无水乙醇和水的体积比例为1：5：4；
（2）凝胶：在套管成型机中垂直放入经定型后的基布，将硅溶胶注入成型机，调节pH7.6-8.5，形成气凝胶；
（3）老化：向成型机中的气凝胶中加入乙醇进行老化，老化温度50－60℃，老化时间20-24hr；
（4）置换：老化结束后，经正己烷置换得到凝胶管；
（5）干燥：将置换后的凝胶管在温度60－110℃下常压干燥，干燥时间1－2hr；
（6）覆膜：将微孔过滤膜涂覆或包裹在干燥后的凝胶管壁外表层。
8.根据权利要求7所述的纤维织物增强微孔气凝胶过滤管的制造方法，其特征在于在步骤(1)中用盐酸调节PH至3-4；在步骤(2)中用氨水调节PH至 7.6-8.5。
9.根据权利要求7所述的纤维织物增强微孔气凝胶过滤管的制造方法，其特征在于所述的基布以废弃滤料回收处理后的再生高性能纤维或生产高性能滤料时产生的边角料开松后的纤维或原生高性能纤维。
10.根据权利要求9所述的纤维织物增强微孔气凝胶过滤管的制造方法，其特征在于所述的基布为聚四氟乙烯纤维。
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