[發明專利]一種具有催化功能的復合型納米濾料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201410446930.X
• 申請日: 2014-09-04
• 公開（公告）號: CN104226020A
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發明（設計）人: 高翔;陳景歡;駱仲泱;岑可法;倪明江;于馨凝;鄭成航;吳衛紅;施正倫;周勁松;方夢祥;余春江;王樹榮;程樂鳴;王勤輝
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B01D39/14
• 分類號: B01D39/14;B01J35/02;B32B5/14;B01D46/02;B01D53/86
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術領域

本發明涉及尾氣處理技術領域，特別是涉及一種具有催化功能的復合型納米濾料及其制備方法和應用。

背景技術

我國是一個能源消費大國，一次能源消費結構以煤炭為主，煤燃燒生成的SO₂、NO_x、汞、揮發性有機物(VOCs)和二噁英等污染物使我國成為世界上大氣污染最為嚴重的國家之一。為了改善大氣污染狀況，環保部頒布并實施了新的《火電廠大氣污染物排放標準》(GB13223-2011)，設定了全世界最嚴格的污染物排放限值并首次規定了汞的排放限值(0.03mg/m³)。國務院辦公廳2010年在《關于推進大氣污染聯防聯控工作指導意見》中首次正式地從國家層面提出開展揮發性有機物污染防治工作，將其列為大氣污染聯防聯控的重點污染物。我國對焚燒后煙氣中二噁英的排放量也進行了嚴格的控制，《危險廢物焚燒污染控制標準》(GB18484-2001)中規定二噁英的排放限值為0.5ng/Nm³。因此，如何高效經濟地減少汞、揮發性有機物(VOCs)和二噁英等氣態污染物的排放已成為治理我國大氣污染的當務之急。

在VOCs、二噁英、零價汞等氣態污染物的控制技術中，引入催化劑后的催化氧化方法由于具有可以在低濃度下進行、脫除效率較高、適用范圍廣、操作簡單易行等顯著的優點，因而成為目前最具有應用前景的脫除方法之一。然而由于大氣污染物的成分復雜、各類污染物之間存在相互影響和耦合作用，因此設計制備一種兼顧催化氧化和過濾除塵功能的新型催化濾料，實現VOCs、二噁英、零價汞等氣態污染物和粉塵的高效脫除，對改善我國目前嚴重的大氣污染問題具有重要的意義。

現有技術中，基本是采用多層濾料疊置，并在其中一層濾料上負載上催化劑，以達到同時除塵和催化去除有害氣體的目的。例如公開號為CN103446805A的中國專利文獻公開了一種除塵脫汞雙效功能濾料，其特征在于，包括依次連接的支撐層、基布層、催化分解層、緩沖層和迎塵層，所述支撐層、基布層、催化分解層、緩沖層和迎塵層相互通過針刺勾連；所述迎塵層由聚四氟乙烯纖維和聚酰亞胺纖維按質量比1:1～1:2混紡制成，緩沖層由聚四氟乙烯纖維與聚酰亞胺纖維按質量比1:1～1:2混紡制成，催化分解層由含有脫汞催化劑的聚四氟乙烯膜制成，基布層由聚四氟乙烯纖維制成，支撐層由聚四氟乙烯纖維制成。該專利文獻公開的技術方案，負載催化劑的方式是將催化劑與聚四氟乙烯混合制備成薄膜，再將薄膜采用針刺的方式制作出過氣孔。

公開號為CN101496974A的中國專利文獻公開了一種除二噁英分解雙效過濾的制備方法。該材料包括五層結構，一是將聚四氟乙烯纖維梳理加工成迎塵層，二是將細旦聚四氟乙烯纖維預針刺加工成緩沖層，三是通過裂膜方法將負載催化劑的聚四氟乙烯加工成網狀結構的纖維，并多層疊合成催化層，四是聚四氟乙烯基布增強層，將上述四層疊合，再在基布增強層上疊合迎塵層，最后通過針刺加工而成。該專利文獻公開的方案是先將催化劑和聚四氟乙烯樹脂混合添加液體石蠟做成薄膜，再采用開纖機將負載有催化劑的薄膜分裂成具有網狀結構的纖維化層，其不足之處在于該纖維化層孔隙率低，而且部分催化劑被包覆在聚四氟乙烯樹脂內起不到催化作用，催化劑與氣體的接觸面積小。

現有技術中另外一種制備同時除塵和除污染廢氣的濾料的方法是，將催化劑負載到濾料表面的，增大催化劑與處理氣體的接觸面積，例如公開號為CN103212245A的中國專利文獻公開了一種含有MnO₂催化劑的除塵濾料及其制備方法和應用，其中催化層的制備方法是：(1)將蒸餾提純后的吡咯單體溶解在丙酮中，吡咯的濃度為0.1～0.5mol/L；(2)將濾料浸入步驟(1)的吡咯-丙酮溶液中，浸漬時間為1～24h，然后取出在室溫下干燥0.5～24h；(3)將高錳酸鉀和濃硫酸溶于水中，控制高錳酸鉀的濃度為0.005～0.5mol/L，硫酸的濃度為0.05～5mol/L；(4)將步驟(2)干燥后的濾料浸入步驟(3)的酸性高錳酸鉀溶液中反應0.5～24h；(5)將步驟(4)中得到的濾料用水和乙醇沖洗幾遍后在110℃干燥1～24h，即得到所述的含有MnO₂催化劑的除塵濾料。該專利文獻公開的技術中，催化層制備主要是通過浸漬法在聚苯硫醚(PPS)表面吸附催化劑，雖然增大了催化劑與氣體的接觸面積，但是催化劑極易脫落。

另一方面，研究表明，當顆粒粒徑介于0.1～0.5μm時，由于顆粒粒徑太小而很難通過電除塵或者慣性碰撞和攔截作用被普通袋式除塵器所捕集，現有濾料由于空隙較大也無法阻擋該尺寸的顆粒。

發明內容