CN110215768B - 一种除尘脱硝脱汞一体化滤料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及的是一种除尘脱硝一体化滤料及其制备方法，属于环保催化材料与功能滤料技术领域。具体步骤为：(1)将聚四氟乙烯粉料、脱硝脱汞双功能催化剂粉末、扩散剂脂肪醇聚氧乙烯醚、偶联剂、润滑剂按一定比例混合均匀，经搅拌、打坯制成催化滤膜坯料；(2)将配制好的催化滤膜坯料经压延、拉伸、成膜等工艺制备出包含脱硝催化剂的孔可控催化滤膜；(3)使用处理剂对滤料基布进行预处理；(4)通过热压复合使预处理后的滤料基布与催化滤膜紧密结合。最终制得除尘脱硝一体化滤料。本发明制备出的除尘脱硝脱汞一体化滤料无粉化脱落现象，除尘滤＞99％，脱硝脱汞效率达到90％以上。

Description

一种除尘脱硝脱汞一体化滤料及其制备方法
技术领域
本发明涉及材料领域，具体涉及一种除尘脱硝脱汞一体化滤料制备方法。
背景技术
氮氧化物(NOx)是主要大气污染物之一，是形成酸雨、雾霾和光化学烟雾的主要原因。我国NOx排放量高达2400万吨/年，是世界第一大排放国，每年因酸雨污染造成的损失超过3000亿元。燃煤也是产生汞的主要途径，全国电厂燃煤锅炉气态汞的排放量大约为147.014吨，固态汞的排放量大约为46.630吨，汞的总排放量大约为193.644吨，大约占到全球人为燃烧煤炭汞排放量的10％。汞在烟气中通常以Hg0(气态单质汞)、Hg2+(二价汞)及HgP(颗粒态汞)三种形态存在。HgP可以通过除尘装置捕获，Hg2+可被脱硫装置中的脱硫液吸收，两者均相对容易治理；而烟气中的Hg0因其不溶于水而很难用现有的烟气污染控制装置去除。粉尘也是大气的主要污染物之一，尤其是PM10以下的微细颗粒物,因长时间飘浮在空气中,可以使太阳辐射减弱10％-30％,紫外线减弱20％-25％，还能降低大气能见度,影响飞机、车辆的安全行驶。此外，PM2.5以下的微细颗粒物极易深入人体肺部，引起中毒性肺炎或矽肺，有时还会引起肺癌。我国每年的粉尘排放量达到1500万吨。
发明内容
本发明的目的是针对上述存在的技术问题提供一种除尘脱硝脱汞一体化滤料制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种除尘脱硝脱汞一体化滤料的制备方法，该制备方法包括如下：
(1)催化滤膜坯料的配制：
第一步：按配比称取聚四氟乙烯粉料、脱硝脱汞双效催化剂粉料、扩散剂二萘基甲烷二磺酸钠、偶联剂、润滑剂
其质量百分配比为：
Figure BDA0002094682940000021
第二步：将称好的粉料放入超声波搅拌器进行混合搅拌，搅拌速度为100-1000转/分，搅拌时间为60-600分钟；搅拌结束后在20-40℃下静置10-24h，即可得到催化滤膜坯料；
(2)催化滤膜的制备
通过预挤步骤将催化滤膜坯料挤出条状预成型体，然后将预成型体进行压延，以便扩散剂与润滑剂的挥发，最后，通过对预型形体在第一方向和在垂直于第一方向的第二方向的双轴拉升形成催化滤膜；
(3)滤料基布预处理
将滤料基布浸渍处理剂，浸渍时间2-6min，然后200-300℃下在干燥5-10min，即可完成对滤料基布的预处理；
(4)除尘脱硝脱汞一体化滤料制备
将制备好的催化滤膜与滤料基布在通过热压辊热压复合，冷却后即可得到除尘脱硝脱汞一体化滤料；其中热压复合时参数如下：温度200-300℃，压力为2-8MPa，在热压辊上的处理速度为1-3m/min。
一种除尘脱硝脱汞一体化滤料，该滤料通过如下方法制备得到：
(1)催化滤膜坯料的配制：
第一步：按配比称取聚四氟乙烯粉料、脱硝脱汞双效催化剂粉料、扩散剂二萘基甲烷二磺酸钠、偶联剂、润滑剂
其质量百分配比为：
Figure BDA0002094682940000022
Figure BDA0002094682940000031
第二步：将称好的粉料放入超声波搅拌器进行混合搅拌，搅拌速度为100-1000转/分，搅拌时间为60-600分钟；搅拌结束后在20-40℃下静置10-24h，即可得到催化滤膜坯料；
(2)催化滤膜的制备
通过预挤步骤挤出条状预成型体，然后将预成型体进行压延，以便扩散剂与润滑剂的挥发，最后，通过对预型形体在第一方向和在垂直于第一方向的第二方向的双轴拉升形成催化滤膜；
(3)滤料基布预处理
将滤料基布浸渍处理剂，浸渍时间2-6min，然后200-300℃下在干燥5-10min，即可完成对滤料基布的预处理；
(4)除尘脱硝脱汞一体化滤料制备
将制备好的催化滤膜与滤料基布在通过热压辊热压复合，冷却后即可得到除尘脱硝脱汞一体化滤料；其中热压复合时参数如下：温度200-300℃，压力为2-8MPa，在热压辊上的处理速度为1-3m/min。
本发明所述的一体化滤料及其制备方法中：所述的偶联剂为乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ―氨丙基甲基二乙氧基硅烷中的一种；所述的润滑剂为硬脂酸正丁酯、氧化聚乙烯蜡、异构烷烃溶剂中的一种或多种。
本发明所述的一体化滤料及其制备方法中：所述的滤料基布为PE滤料、玻纤滤料、P84滤料及氟美思滤料的任意一种。
本发明所述的一体化滤料及其制备方法中：处理剂是质量比为1～5：95～99的聚四氟乙烯乳液与聚丙烯酸酯的混溶液，聚四氟乙烯乳液的质量浓度为5％。
本发明所述的一体化滤料及其制备方法中：脱硝脱汞双效催化剂粉末是通过如下方法制备得到：
(1)功能性TAC多孔材料前驱体粉料制备：
按功能性TAC多孔材料各原料组分配比，将10～50份碳纳米管、10～30份钛白粉、10～30份拟薄水铝石，经混料、球磨、陈腐、老化、干燥，过40～60目标准筛造粒备用；
(2)活性金属离子前驱体溶液的配制：
按照Co/La元素摩尔比1：(0.1～1)，称取钴盐和镧盐烧杯中，加入去离子水后进行常温或加热搅拌，配成均匀混合溶液a备用；按照Sn/Ce/Cu/Mo的元素摩尔比为1:(0.1～1):(0.1～1):(0.1～1)称取氯化锡、硝酸铈、硝酸铜、钼酸铵于另一烧杯中，配成均匀混合溶液b备用；
(3)将步骤(2)中的混合溶液a与功能性TAC多孔材料前驱粉体均匀混合，混练1～2h后，加入混合溶液b，继续混练1～2h，然后经陈腐、杂化、挤出成型，将成型后坯体经干燥、焙烧制得催化剂；
其中功能性TAC多孔材料占催化剂总质量的70～90％，Co、La双离子占催化剂总质量的1-5％，剩余为Sn-Ce-Cu-Mo-Ox复合氧化物活性组分。
本发明所述的脱硝脱汞双效催化剂粉末中：步骤(2)中搅拌时间为10～20min，加热温度为40～80℃。
本发明所述的脱硝脱汞双效催化剂粉末中：步骤(3)中的陈腐时间为2～6h；干燥时间为2～6h，干燥温度为50～120℃；焙烧温度为400～800℃，焙烧保温时间2～6h。
本发明的有益效果：
(1).本发明可以实现同时脱除尾气中的粉尘、NOx和催化氧化Hg0，氧化后的Hg2+便于吸收和处理，省去了脱硝、脱汞设备所占的空间和资金投入，且除尘之后干净烟气，可降低烟尘毒化催化剂的程度，延长催化剂寿命。
(2).本发明100-230℃的燃煤烟气中能高效、稳定的脱除NOx，最高脱除率达70％同时脱除Hg0，最高脱除率达50％。
(3).本发明可以通过发泡涂层的孔可控有效提高滤袋对烟气中PM2.5粉尘的过滤能力。
(4).本发明相比于其他负载催化剂型滤料，可有效提高催化剂粉末与滤料紧密结合程度，同时不影响催化剂的脱硝脱汞效率。
(5).本发明对实现烟气同时除尘脱硝脱汞滤袋的国产化及推广脱汞脱硝技术在火电行业等领域的应用具有重要意义。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明的保护范围不限于此：
实施例1
本实施例的脱硝脱汞双效催化剂粉末是通过如下方法制备得到：
(1)功能性TAC多孔材料前驱体粉料制备：
按功能性TAC多孔材料各原料组分配比，将10kg碳纳米管、10kg份钛白粉、10kg份拟薄水铝石，经混料、球磨、陈腐、老化、干燥，过40～60目标准筛造粒备用；
(2)活性金属离子前驱体溶液的配制：
按照Co/La元素摩尔比1:0.1，称取钴盐和镧盐于烧杯中，加入去离子水后进行常温搅拌，配成均匀混合溶液a备用；按照Sn/Ce/Cu/Mo的元素摩尔比为1:0.1:0.1:0.1称取氯化锡、硝酸铈、硝酸铜、钼酸铵于另一烧杯中，配成均匀混合溶液b备用；
(3)将步骤(2)中的混合溶液a与功能性TAC多孔材料前驱粉体均匀混合，混练1～2h后，加入混合溶液b，继续混练1～2h，然后经陈腐、杂化、挤出成型，将成型后坯体经干燥、焙烧制得催化剂；
其中功能性TAC多孔材料占催化剂总质量的70％，Co、La双离子占催化剂总质量的1％，剩余为Sn-Ce-Cu-Mo-Ox复合氧化物活性组分。
步骤(2)中搅拌时间为10min。
步骤(3)中的陈腐时间为2h；干燥时间为2h，干燥温度为50℃；焙烧温度为400℃，焙烧保温时间2～6h。
实施例2
本实施例的脱硝脱汞双效催化剂粉末是通过如下方法制备得到：
(1)功能性TAC多孔材料前驱体粉料制备：
按功能性TAC多孔材料各原料组分配比，将30kg碳纳米管、20kg钛白粉、20kg拟薄水铝石，经混料、球磨、陈腐、老化、干燥，过40～60目标准筛造粒备用；
(2)活性金属离子前驱体溶液的配制：
按照Co/La元素摩尔比1:0.5，称取钴盐和镧盐于烧杯中，加入去离子水后进行加热搅拌，配成均匀混合溶液a备用；按照Sn/Ce/Cu/Mo的元素摩尔比为1:0.5:0.5:0.5称取氯化锡、硝酸铈、硝酸铜、钼酸铵于另一烧杯中，配成均匀混合溶液b备用；
(3)将步骤(2)中的混合溶液a与功能性TAC多孔材料前驱粉体均匀混合，混练1～2h后，加入混合溶液b，继续混练1～2h，然后经陈腐、杂化、挤出成型，将成型后坯体经干燥、焙烧制得催化剂；
其中功能性TAC多孔材料占催化剂总质量的80％，Co、La双离子占催化剂总质量的3％，剩余为Sn-Ce-Cu-Mo-Ox复合氧化物活性组分。
步骤(2)中搅拌时间为10～20min，加热温度为40～80℃。
步骤(3)中的陈腐时间为4h；干燥时间为4h，干燥温度为85℃；焙烧温度为600℃，焙烧保温时间4h。
实施例3
本实施例的脱硝脱汞双效催化剂粉末是通过如下方法制备得到：
(1)功能性TAC多孔材料前驱体粉料制备：
按功能性TAC多孔材料各原料组分配比，将50kg碳纳米管、30kg钛白粉、30kg拟薄水铝石，经混料、球磨、陈腐、老化、干燥，过40～60目标准筛造粒备用；
(2)活性金属离子前驱体溶液的配制：
按照Co/La元素摩尔比1:1，称取钴盐和镧盐于烧杯中，加入去离子水后进行常温搅拌，配成均匀混合溶液a备用；按照Sn/Ce/Cu/Mo的元素摩尔比为1:1:1:1称取氯化锡、硝酸铈、硝酸铜、钼酸铵于另一烧杯中，配成均匀混合溶液b备用；
(3)将步骤(2)中的混合溶液a与功能性TAC多孔材料前驱粉体均匀混合，混练1～2h后，加入混合溶液b，继续混练1～2h，然后经陈腐、杂化、挤出成型，将成型后坯体经干燥、焙烧制得催化剂；
其中功能性TAC多孔材料占催化剂总质量的90％，Co、La双离子占催化剂总质量的5％，剩余为Sn-Ce-Cu-Mo-Ox复合氧化物活性组分。
步骤(3)中的陈腐时间为6h；干燥时间为6h，干燥温度为120℃；焙烧温度为800℃，焙烧保温时间6h。
实施例4～6
第一步：催化滤膜配料
Figure BDA0002094682940000061
Figure BDA0002094682940000071
第二步：将称好的粉料放入超声波搅拌器进行混合搅拌，搅拌速度为100-1000转/分(实施例4：100转/分，实施例5：500转/分，实施例6：1000转/分)，搅拌时间为60-600分钟(实施例4：100分钟，实施例5：300分钟，实施例6：600分钟)；搅拌结束后在20-40℃(实施例4：20℃，实施例5：30℃，实施例6：40℃)下静置10-24h(实施例4：24h，实施例5：20h，实施例6：10h)，即可得到催化滤膜坯料；
(2)催化滤膜的制备
通过预挤步骤将催化滤膜坯料挤出条状预成型体，然后将预成型体进行压延，以便扩散剂与润滑剂的挥发，最后，通过对预型形体在第一方向和在垂直于第一方向的第二方向的双轴拉升形成催化滤膜；
(3)滤料基布预处理
将滤料基布浸渍处理剂，浸渍时间4min，然后250℃下在干燥10min，即可完成对滤料基布的预处理；
所述的滤料基布为PE滤料(实施例4)、玻纤滤料(实施例5)、氟美思滤料(实施例6)。
处理剂是聚四氟乙烯乳液与聚丙烯酸酯的混溶液(实施例4的质量比为1:99，实施例5的质量比为3:97，实施例6的质量比为5:95)，聚四氟乙烯乳液的质量浓度为5％。
(4)除尘脱硝脱汞一体化滤料制备
将制备好的催化滤膜与滤料基布在通过热压辊热压复合，冷却后即可得到除尘脱硝脱汞一体化滤料；其中热压复合时参数如下：温度250℃，压力为6MPa，在热压辊上的处理速度为2m/min。
性能检测：
实验装置由配气***、流量控制(质量流量计)、气体混合器、气体预热器、催化反应器和烟气分析***构成。内径Φ＝20mm。将滤布剪成Φ＝20mm的圆片立于固定反应器中，滤布所处的恒温区温度，然后将反应器放入固定管式反应器。模拟烟道气组成为：NO(600ppm)、NH3(600ppm)、O2(8％)以及载气N2组成，过滤风速1m/min，NH3/NO＝1，反应温度控制在200℃。各气体流量由质量流量计控制。气体进入反应器之前先通过气体混合器混合再经过加热器加热。进气口与出气口的NO浓度由KM9106(Kane)烟气分析仪测定。为了消除表面吸附的影响，***在通气运行稳定20～30分钟开始采集测试。反应器入口和出口处的Hg0的浓度用QM201H燃煤烟气测汞仪来进行测试分析。
滤料的脱硝效率由下式计算：
脱硝效率＝[(C0-C)/C0]×100％
式中，C0为NO初始浓度，C为处理后气体中NO浓度。
滤料的脱汞性由Hg0的转化率来表示，计算公式如下：
脱汞效率＝[(η0-η)/η0]×100％
式中，η0为反应器入口Hg0的浓度，η为处理后气体中Hg0浓度。
NOx脱除效率与脱汞效率：
Figure BDA0002094682940000081
注：除尘效率测试时按照国家标准ISO 11057进行测试。

Claims (6)

1.一种除尘脱硝脱汞一体化滤料的制备方法，其特征在于：该制备方法包括如下：
(1)催化滤膜坯料的配制：
第一步：按配比称取聚四氟乙烯粉料、脱硝脱汞双效催化剂粉料、扩散剂二萘基甲烷二磺酸钠、偶联剂、润滑剂
其质量百分配比为：
Figure FDA0003051429280000011
第二步：将称好的粉料放入超声波搅拌器进行混合搅拌，搅拌速度为100-1000转/分，搅拌时间为60-600分钟；搅拌结束后在20-40℃下静置10-24h，即可得到催化滤膜坯料；
(2)催化滤膜的制备
通过预挤步骤将催化滤膜坯料挤出条状预成型体，然后将预成型体进行压延，以便扩散剂与润滑剂的挥发，最后，通过对预型形体在第一方向和在垂直于第一方向的第二方向的双轴拉升形成催化滤膜；
(3)滤料基布预处理
将滤料基布浸渍处理剂，浸渍时间2-6min，然后200-300℃下在干燥5-10min，即可完成对滤料基布的预处理；
(4)除尘脱硝脱汞一体化滤料制备
将制备好的催化滤膜与滤料基布在通过热压辊热压复合，冷却后即可得到除尘脱硝脱汞一体化滤料；其中热压复合时参数如下：温度200-300℃，压力为2-8MPa，在热压辊上的处理速度为1-3m/min；
其中：脱硝脱汞双效催化剂粉末的制备方法如下：
(1)功能性TAC多孔材料前驱体粉料制备：
按功能性TAC多孔材料各原料组分配比，将30kg碳纳米管、20kg钛白粉、20kg拟薄水铝石，经混料、球磨、陈腐、老化、干燥，过40～60目标准筛造粒备用；
(2)活性金属离子前驱体溶液的配制：
按照Co/La元素摩尔比1:0.5，称取钴盐和镧盐于烧杯中，加入去离子水后进行加热搅拌，配成均匀混合溶液a备用；按照Sn/Ce/Cu/Mo的元素摩尔比为1:0.5:0.5:0.5称取氯化锡、硝酸铈、硝酸铜、钼酸铵于另一烧杯中，配成均匀混合溶液b备用；
(3)将步骤(2)中的混合溶液a与功能性TAC多孔材料前驱粉体均匀混合，混练1～2h后，加入混合溶液b，继续混练1～2h，然后经陈腐、杂化、挤出成型，将成型后坯体经干燥、焙烧制得催化剂；
其中功能性TAC多孔材料占催化剂总质量的80％，Co、La双离子占催化剂总质量的3％，剩余为Sn-Ce-Cu-Mo-Ox复合氧化物活性组分；
步骤(2)中搅拌时间为10～20min，加热温度为40～80℃；
步骤(3)中的陈腐时间为4h；干燥时间为4h，干燥温度为85℃；焙烧温度为600℃，焙烧保温时间4h。
2.根据权利要求1所述的除尘脱硝脱汞一体化滤料的制备方法，其特征在于：所述的偶联剂为乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ―氨丙基甲基二乙氧基硅烷中的一种；所述的润滑剂为硬脂酸正丁酯、氧化聚乙烯蜡、异构烷烃溶剂中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的除尘脱硝脱汞一体化滤料的制备方法，其特征在于：所述的滤料基布为PE滤料、玻纤滤料、P84滤料及氟美思滤料的任意一种。
4.根据权利要求1所述的除尘脱硝脱汞一体化滤料的制备方法，其特征在于：处理剂是质量比为1～5：95～99的聚四氟乙烯乳液与聚丙烯酸酯的混溶液，聚四氟乙烯乳液的质量浓度为5％。
5.一种权利要求1所述的除尘脱硝脱汞一体化滤料，其特征在于：该滤料通过如下方法制备得到：
(1)催化滤膜坯料的配制：
第一步：按配比称取聚四氟乙烯粉料、脱硝脱汞双效催化剂粉料、扩散剂二萘基甲烷二磺酸钠、偶联剂、润滑剂
其质量百分配比为：
Figure FDA0003051429280000021
Figure FDA0003051429280000031
第二步：将称好的粉料放入超声波搅拌器进行混合搅拌，搅拌速度为100-1000转/分，搅拌时间为60-600分钟；搅拌结束后在20-40℃下静置10-24h，即可得到催化滤膜坯料；
(2)催化滤膜的制备
通过预挤步骤挤出条状预成型体，然后将预成型体进行压延，以便扩散剂与润滑剂的挥发，最后，通过对预型形体在第一方向和在垂直于第一方向的第二方向的双轴拉升形成催化滤膜；
(3)滤料基布预处理
将滤料基布浸渍处理剂，浸渍时间2-6min，然后200-300℃下在干燥5-10min，即可完成对滤料基布的预处理；
(4)除尘脱硝脱汞一体化滤料制备
将制备好的催化滤膜与滤料基布在通过热压辊热压复合，冷却后即可得到除尘脱硝脱汞一体化滤料；其中热压复合时参数如下：温度200-300℃，压力为2-8MPa，在热压辊上的处理速度为1-3m/min。
6.根据权利要求5所述的除尘脱硝脱汞一体化滤料，其特征在于：脱硝脱汞双效催化剂粉末是通过如下方法制备得到：
(1)功能性TAC多孔材料前驱体粉料制备：
按功能性TAC多孔材料各原料组分配比，将30kg碳纳米管、20kg钛白粉、20kg拟薄水铝石，经混料、球磨、陈腐、老化、干燥，过40～60目标准筛造粒备用；
(2)活性金属离子前驱体溶液的配制：
按照Co/La元素摩尔比1:0.5，称取钴盐和镧盐于烧杯中，加入去离子水后进行加热搅拌，配成均匀混合溶液a备用；按照Sn/Ce/Cu/Mo的元素摩尔比为1:0.5:0.5:0.5称取氯化锡、硝酸铈、硝酸铜、钼酸铵于另一烧杯中，配成均匀混合溶液b备用；
(3)将步骤(2)中的混合溶液a与功能性TAC多孔材料前驱粉体均匀混合，混练1～2h后，加入混合溶液b，继续混练1～2h，然后经陈腐、杂化、挤出成型，将成型后坯体经干燥、焙烧制得催化剂；
其中功能性TAC多孔材料占催化剂总质量的80％，Co、La双离子占催化剂总质量的3％，剩余为Sn-Ce-Cu-Mo-Ox复合氧化物活性组分；
步骤(2)中搅拌时间为10～20min，加热温度为40～80℃；
步骤(3)中的陈腐时间为4h；干燥时间为4h，干燥温度为85℃；焙烧温度为600℃，焙烧保温时间4h。
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