CN111617555A - 一种高温催化净化金属纤维滤材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高温催化净化金属纤维滤材及其制备方法，该金属纤维滤材包括由下至上依次布置的第一层金属纤维毡，第二层金属纤维毡，第三层金属纤维毡，其中第二层金属纤维毡含有催化剂。高温催化净化金属纤维滤材由三层金属纤维毡组成，每层金属纤维毡的孔径和孔隙率不同，过滤精度形成梯度分布，过滤效率更高；第三层金属纤维毡直接将大颗粒物截留在滤材外，相对于同样纳污量的过滤材料，寿命更长；第二层金属纤维毡含有催化剂，可以对气体中氮氧化合物催化脱硝处理；高温催化净化金属滤料孔隙率较大，烟气阻力小；高温催化净化金属纤维材料由不锈钢、哈氏合金等材料制成，耐腐蚀性高、强度高、使用寿命长。

Description

一种高温催化净化金属纤维滤材及其制备方法
技术领域
本发明涉及高温烟气净化技术领域，尤其涉及一种高温催化净化金属纤维滤材及其制备方法。
背景技术
高温除尘技术是利用高温过滤介质直接在高温条件下实现气体的除尘和净化，包括的技术特点主要有:(1)除尘温度高，高温气体可达600～1000℃；(2)除尘净化标准高，要求出口烟尘浓度低于20mg/m3，(3)耐腐蚀能力强。
目前，高温烟气常用先喷淋冷却，然后滤袋进行除尘、催化处理，除去高温烟气中的氮氧化合物，达到脱硝目的，但是传统的工艺方法有许多缺点：资源浪费，除尘净化成本过高，设备占地面积大，维护较难等。金属纤维毡过滤材料是一种新型高效空气过滤材料，具有较强的耐腐蚀性、耐高温性、强度高、过滤精度高等特点。在化工、纺织、火力发电、冶金等行业中有着广泛的用途。
中国发明专利公开号为CN103170186A公开的烧结金属纤维过滤材料，由多层烧结金属纤维毡制成，通过每层金属纤维毡的孔径变化实现截留颗粒物的功能，达到净化过滤的目的。但是，对含有污染物的高温烟气无法除去烟气中的有害气体。中国发明专利公开号为CN102145241公开了一种聚苯硫醚滤料上负载脱硝催化剂的制备方法，通过将脱硝催化剂负载到聚苯硫醚滤料上，实现过滤、净化一体式功能，然而聚苯硫醚滤料长时间在高温状态下会发生降解，影响滤料的过滤效率，降低其使用寿命，无法实现预期的效果。
有鉴于此，有必要对现有技术中的高温烟气过滤材料予以改进，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于公开一种高温烟气催化净化金属滤材，金属滤材中含有催化剂可以实现有害气体净化，总体实现高温烟气的催化净化一体式处理。
为实现上述目的，本发明提供了一种高温催化净化金属纤维滤材，包括由下至上依次布置的第一层金属纤维毡，第二层金属纤维毡，第三层金属纤维毡；所述第二层金属纤维毡含有催化剂，所述催化剂为V2O5/TiO2。
在一些实施方式中，所述第一层金属纤维毡由316L不锈钢、304L不锈钢、310S不锈钢、FeCrAl合金、哈氏合金中一种或组合组成，所述第一层金属纤维毡的孔隙率为40～70％，所述第一层金属纤维毡的孔径为10～30μm。
在一些实施方式中，所述第二层金属纤维毡由316L不锈钢、304L不锈钢、310S不锈钢中一种或组合组成，所述第二层金属纤维毡的孔隙率为50～80％，所述第二层金属纤维毡的孔径为1～10μm。
在一些实施方式中，所述第三层金属纤维毡由超细金属纤维制成，所述超细金属纤维直径为10nm～1μm，所述第三层金属纤维毡的孔隙率为70～80％，所述第三层金属纤维毡的孔径为0.2～3μm。
在一些实施方式中，所述超细金属纤维由316L不锈钢、FeCrAl合金、哈氏合金中一种或组合组成。
为实现上述高温催化净化金属纤维滤材，本发明还提供了一种高温催化净化金属纤维滤材的制备方法，包括以下步骤：
(1)将第二层金属纤维毡置于浓度为0.1～0.5mol/L的硫酸溶液中，浸泡5～8min，然后取出并用超纯水清洗，烘干备用；
(2)负载催化剂的第二层金属纤维毡的制备：称取TiO2粒子加入去离子水中，经超声波分散后形成质量分数为8％的悬浮液，然后将第二层金属纤维毡浸渍到悬浮液中，浸渍2～5min后取出并在80～100℃下干燥3～5h，得到负载TiO2的第二层金属纤维毡，将负载TiO2的第二层金属纤维毡浸渍到质量分数为8～12％的NH4VO3水溶液中，浸渍3～5min，随后取出并在80～100℃下干燥3～5h，最后在500℃的真空炉中煅烧4～6h，取出冷却至室温，得到负载催化剂的第二层金属纤维毡；
(3)将步骤(2)中的第二层金属纤维毡和第一层金属纤维毡在平整机内进行碾压，碾压后送入真空烧结炉中第一次烧结、保温，烧结后得到金属烧结毡，冷却至室温备用；
(4)将步骤(3)中得到的金属烧结毡和第三层金属纤维毡再次在平整机内进行碾压，碾压后送入真空烧结炉中第二次烧结、保温，最后冷却至室温得到高温催化净化金属纤维滤材。
在一些实施方式中，步骤(3)中第一次烧结温度为1100～1300℃，保温时间2～5h。
在一些实施方式中，步骤(4)中第二次烧结温度为900～1100℃，保温时间3～5h。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、高温催化净化金属纤维滤材由三层金属纤维毡组成，每层金属纤维毡的孔径和孔隙率不同，过滤精度形成梯度分布，过滤效率更高；2、第三层金属纤维毡直接将大颗粒物截留在滤材外，相对于同样纳污量的过滤材料，寿命更长；3、第二层金属纤维毡含有催化剂，可以对气体中氮氧化合物催化脱硝处理；4、高温催化净化金属滤料孔隙率较大，烟气阻力小；5、高温催化净化金属纤维材料由不锈钢、哈氏合金等材料制成，耐腐蚀性高、强度高、使用寿命长。
附图说明
图1为高温催化净化金属纤维滤材示意图；
附图标记说明：1、第一层金属纤维毡；2、第二层金属纤维毡；21、催化剂；3、第三层金属纤维毡。
具体实施方式
下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。
实施例1
如图1所示，一种高温催化净化金属纤维滤材，包括由下至上依次布置的第一层金属纤维毡1，第二层金属纤维毡2，第三层金属纤维毡3；所述第二层金属纤维毡2含有催化剂21。
所述第一层金属纤维毡1由316L不锈钢、304L不锈钢、310S不锈钢、FeCrAl合金、哈氏合金中一种或组合组成，本实施例优选316L不锈钢。第一层金属纤维毡1的孔隙率为40％，第一层金属纤维毡1的孔径为10μm，第一层金属纤维毡1厚度为1～6mm。
所述第二层金属纤维毡2由316L不锈钢、304L不锈钢、310S不锈钢中一种或组合组成，本实施例优选304L不锈钢。第二层金属纤维毡2的孔隙率为50％，第二层金属纤维毡2的孔径为1μm。第二层金属纤维毡2厚度为0.1～5mm。第二层金属纤维毡2中含有催化剂21，催化剂21的种类是V2O5、V2O3、Mn-Ti-Al三元催化剂、V2O5-WO3/TiO2、V2O5/TiO2中的一种，本实施例中催化剂21优选V2O5/TiO2。
所述第三层金属纤维毡3由超细金属纤维制成，超细金属纤维直径为1μm，所述第三层金属纤维毡3的孔隙率为70％，第三层金属纤维毡3的孔径为0.2μm。第三层金属纤维毡3厚度为0.1～0.5mm。所述超细金属纤维由316L不锈钢、FeCrAl合金、哈氏合金中一种或组合组成，本实施例优选哈氏合金。
为实现上述高温催化净化金属纤维滤材，本实施例还提供了一种高温催化净化金属纤维滤材的制备方法，包括以下步骤：
(1)将第二层金属纤维毡2置于浓度为0.1mol/L的硫酸溶液中，浸泡5min，然后取出并用超纯水清洗，烘干备用；
(2)负载催化剂的第二层金属纤维毡2的制备：称取TiO2粒子加入去离子水中，经超声波分散后形成质量分数为8％的悬浮液，然后将第二层金属纤维毡2浸渍到悬浮液中，浸渍2min后取出并在80℃下干燥3h，得到负载TiO2的第二层金属纤维毡2，将负载TiO2的第二层金属纤维毡2浸渍到质量分数为8％的NH4VO3水溶液中，浸渍3min，随后取出并在80℃下干燥3h，最后在500℃的真空炉中煅烧4h，取出冷却至室温，得到负载催化剂的第二层金属纤维毡2；
(3)将步骤(2)中的第二层金属纤维毡2和第一层金属纤维毡1在平整机内进行碾压，碾压后送入真空烧结炉中第一次烧结、保温，烧结后得到金属烧结毡，冷却至室温备用；
(4)将步骤(3)中得到的金属烧结毡和第三层金属纤维毡3再次在平整机内进行碾压，碾压后送入真空烧结炉中第二次烧结、保温，最后冷却至室温得到高温催化净化金属纤维滤材。
其中，步骤(3)中第一次烧结温度为1100℃，保温时间2h。步骤(4)中第二次烧结温度为900℃，保温时间3h。
实施例2
如图1所示，一种高温催化净化金属纤维滤材，包括由下至上依次布置的第一层金属纤维毡1，第二层金属纤维毡2，第三层金属纤维毡3；所述第二层金属纤维毡2含有催化剂21。
所述第一层金属纤维毡1由316L不锈钢、304L不锈钢、310S不锈钢、FeCrAl合金、哈氏合金中一种或组合组成，本实施例优选310S不锈钢。所述第一层金属纤维毡1的孔隙率为60％，第一层金属纤维毡1的孔径为20μm。第一层金属纤维毡1厚度为2～10mm。
所述第二层金属纤维毡2由316L不锈钢、304L不锈钢、310S不锈钢中一种或组合组成，本实施例优选310S不锈钢。所述第二层金属纤维毡2的孔隙率为70％，第二层金属纤维毡2的孔径为6μm。第二层金属纤维毡2厚度为0.1～2mm。第二层金属纤维毡2中含有催化剂21，催化剂21的种类是V2O5、V2O3、Mn-Ti-Al三元催化剂、V2O5-WO3/TiO2、V2O5/TiO2中的一种，本实施例中催化剂21优选V2O5/TiO2。
所述第三层金属纤维毡3由超细金属纤维制成，超细金属纤维直径为500nm，第三层金属纤维毡3的孔隙率为75％，第三层金属纤维毡3的孔径为1μm。第三层金属纤维毡3厚度为0.1～0.4mm。所述超细金属纤维由316L不锈钢、FeCrAl合金、哈氏合金中一种或组合组成，本实施例优选FeCrAl合金。
为实现上述高温催化净化金属纤维滤材，本发明还提供了一种高温催化净化金属纤维滤材的制备方法，包括以下步骤：
(1)将第二层金属纤维毡2置于浓度为0.3mol/L的硫酸溶液中，浸泡6min，然后取出并用超纯水清洗，烘干备用；
(2)负载催化剂的第二层金属纤维毡2的制备：称取TiO2粒子加入去离子水中，经超声波分散后形成质量分数为8％的悬浮液，然后将第二层金属纤维毡2浸渍到悬浮液中，浸渍4min后取出并在90℃下干燥4h，得到负载TiO2的第二层金属纤维毡2，将负载TiO2的第二层金属纤维毡2浸渍到质量分数为10％的NH4VO3水溶液中，浸渍4min，随后取出并在90℃下干燥4h，最后在500℃的真空炉中煅烧5h，取出冷却至室温，得到负载催化剂的第二层金属纤维毡2；
(3)将步骤(2)中的第二层金属纤维毡2和第一层金属纤维毡1在平整机内进行碾压，碾压后送入真空烧结炉中第一次烧结、保温，烧结后得到金属烧结毡，冷却至室温备用；
(4)将步骤(3)中得到的金属烧结毡和第三层金属纤维毡3再次在平整机内进行碾压，碾压后送入真空烧结炉中第二次烧结、保温，最后冷却至室温得到高温催化净化金属纤维滤材。
其中，步骤(3)中第一次烧结温度为1200℃，保温时间3h。步骤(4)中第二次烧结温度为1000℃，保温时间4h。
实施例3
如图1所示，一种高温催化净化金属纤维滤材，包括由下至上依次布置的第一层金属纤维毡1，第二层金属纤维毡2，第三层金属纤维毡3；所述第二层金属纤维毡2含有催化剂21。
所述第一层金属纤维毡1由316L不锈钢、304L不锈钢、310S不锈钢、FeCrAl合金、哈氏合金中一种或组合组成，本实施例优选316L不锈钢。所述第一层金属纤维毡1的孔隙率为70％，第一层金属纤维毡1的孔径为30μm。第一层金属纤维毡1厚度为3～8mm。
所述第二层金属纤维毡2由316L不锈钢、304L不锈钢、310S不锈钢中一种或组合组成，本实施例优选316L不锈钢。所述第二层金属纤维毡2的孔隙率为80％，第二层金属纤维毡2的孔径为10μm。第二层金属纤维毡2厚度为0.2～5mm。第二层金属纤维毡2中含有催化剂21，催化剂21的种类是V2O5、V2O3、Mn-Ti-Al三元催化剂、V2O5-WO3/TiO2、V2O5/TiO2中的一种，本实施例中催化剂21优选V2O5/TiO2。
所述第三层金属纤维毡3由超细金属纤维制成，超细金属纤维直径为1μm，所述第三层金属纤维毡3的孔隙率为80％，第三层金属纤维毡3的孔径为3μm。第三层金属纤维毡3厚度为0.2～0.3mm。所述超细金属纤维由316L不锈钢、FeCrAl合金、哈氏合金中一种或组合组成，本实施例优选316L不锈钢。
为实现上述高温催化净化金属纤维滤材，本发明还提供了一种高温催化净化金属纤维滤材的制备方法，包括以下步骤：
(1)将第二层金属纤维毡2置于浓度为0.5mol/L的硫酸溶液中，浸泡8min，然后取出并用超纯水清洗，烘干备用；
(2)负载催化剂的第二层金属纤维毡2的制备：称取TiO2粒子加入去离子水中，经超声波分散后形成质量分数为8％的悬浮液，然后将第二层金属纤维毡2浸渍到悬浮液中，浸渍5min后取出并在100℃下干燥5h，得到负载TiO2的第二层金属纤维毡2，将负载TiO2的第二层金属纤维毡2浸渍到质量分数为12％的NH4VO3水溶液中，浸渍5min，随后取出并在100℃下干燥5h，最后在500℃的真空炉中煅烧6h，取出冷却至室温，得到负载催化剂的第二层金属纤维毡2；
(3)将步骤(2)中的第二层金属纤维毡2和第一层金属纤维毡1在平整机内进行碾压，碾压后送入真空烧结炉中第一次烧结、保温，烧结后得到金属烧结毡，冷却至室温备用；
(4)将步骤(3)中得到的金属烧结毡和第三层金属纤维毡3再次在平整机内进行碾压，碾压后送入真空烧结炉中第二次烧结、保温，最后冷却至室温得到高温催化净化金属纤维滤材。
其中，步骤(3)中第一次烧结温度为1300℃，保温时间5h。步骤(4)中第二次烧结温度为1100℃，保温时间5h。
对实施例1～实施例3制备的金属滤材进行了透气量测试、过滤效率测试和脱硝效率测试，得到下表中实验数据。
表1各实施例金属滤材性能测试
Figure BDA0002520163050000081
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种高温催化净化金属纤维滤材，其特征在于，包括由下至上依次布置的第一层金属纤维毡，第二层金属纤维毡，第三层金属纤维毡；所述第二层金属纤维毡含有催化剂，所述催化剂为V2O 5/TiO2。
2.根据权利要求1所述的高温催化净化金属纤维滤材，其特征在于，所述第一层金属纤维毡由316L不锈钢、304L不锈钢、310S不锈钢、FeCrAl合金、哈氏合金中一种或组合组成，所述第一层金属纤维毡的孔隙率为40～70％，所述第一层金属纤维毡的孔径为10～30μm。
3.根据权利要求1所述的高温催化净化金属纤维滤材，其特征在于，所述第二层金属纤维毡由316L不锈钢、304L不锈钢、310S不锈钢中一种或组合组成，所述第二层金属纤维毡的孔隙率为50～80％，所述第二层金属纤维毡的孔径为1～10μm。
4.根据权利要求1所述的高温催化净化金属纤维滤材，其特征在于，所述第三层金属纤维毡由超细金属纤维制成，所述超细金属纤维直径为10nm～1μm，所述第三层金属纤维毡的孔隙率为70～80％，所述第三层金属纤维毡的孔径为0.2～3μm。
5.根据权利要求4所述的高温催化净化金属纤维滤材，其特征在于，所述超细金属纤维由316L不锈钢、FeCrAl合金、哈氏合金中一种或组合组成。
6.一种如权利要求1-5中任一项所述的高温催化净化金属纤维滤材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将第二层金属纤维毡置于浓度为0.1～0.5mol/L的硫酸溶液中，浸泡5～8min，然后取出并用超纯水清洗，烘干备用；
(2)负载催化剂的第二层金属纤维毡的制备：称取TiO2粒子加入去离子水中，经超声波分散后形成质量分数为8％的悬浮液，然后将第二层金属纤维毡浸渍到悬浮液中，浸渍2～5min后取出并在80～100℃下干燥3～5h，得到负载TiO2的第二层金属纤维毡，将负载TiO2的第二层金属纤维毡浸渍到质量分数为8～12％的NH4VO3水溶液中，浸渍3～5min，随后取出并在80～100℃下干燥3～5h，最后在500℃的真空炉中煅烧4～6h，取出冷却至室温，得到负载催化剂的第二层金属纤维毡；
(3)将步骤(2)中的第二层金属纤维毡和第一层金属纤维毡在平整机内进行碾压，碾压后送入真空烧结炉中第一次烧结、保温，烧结后得到金属烧结毡，冷却至室温备用；
(4)将步骤(3)中得到的金属烧结毡和第三层金属纤维毡再次在平整机内进行碾压，碾压后送入真空烧结炉中第二次烧结、保温，最后冷却至室温得到高温催化净化金属纤维滤材。
7.根据权利要求6所述的高温催化净化金属纤维滤材的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中第一次烧结温度为1100～1300℃，保温时间2～5h。
8.根据权利要求6所述的高温催化净化金属纤维滤材的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中第二次烧结温度为900～1100℃，保温时间3～5h。
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