CN110124508A - 一种脱硝脱二噁英除尘三位一体催化功能滤袋 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种脱硝脱二噁英除尘三位一体催化功能滤袋，包括顶盘和滤袋本体，顶盘包括中空环状载体和环状固定体，滤袋本体的开口端通过环状固定体固定在中空环状载体上，滤袋本体包括除尘滤袋和脱硝脱二噁英一体式滤袋，除尘滤袋由外至内依次包括迎尘层和含多孔结构材料的腈氯纶层，脱硝脱二噁英一体式滤袋由外至内依次包括第一催化剂层和第二基布层，第一催化剂层为Mn基复合过渡金属氧化物层，第二基布层包括用于基底的含多孔结构材料的腈氯纶层和编织在含多孔材料的腈氯纶层上的PAN基中空纤维膜，本发明以含有多孔结构材料的腈氯纶或PAN基中空纤维膜为催化剂载体，负载高效的Mn基复合过渡金属氧化物，达到高效处理烟气的效果。
Description
技术领域
本发明属于废气处理设备技术领域，尤其是涉及一种脱硝脱二噁英除尘 三位一体催化功能滤袋。
背景技术
随着城市经济的快速发展，能源消耗持续增加、机动车保有量急剧增长、 城市生活垃圾产生量急速上升，大气污染状况呈现出明显的煤烟和机动车尾 气混合型污染，氮氧化物(NOx)主要来源于机动车尾气、工业和火电厂排放 等，交通源中62％的NOx来自于柴油车尾气排放，NOx作为一次污染物， 其本身会直接对人体健康产生危害；二噁英(PCDD/Fs)，是多氯联苯并对二 噁英(PCDDs)和多氯联苯并咲喃(PCDFs)的统称，主要来源于垃圾焚烧、金属 冶炼、含氯化合物生产及农药作用，其中垃圾焚烧所产生PCDD/Fs占总量的 90％以上，是PCDD/Fs污染的主要源头，PCDD/Fs具有高毒性、蓄积性、生物 累积性和远距离迁移性，PCDD/Fs因其剧毒及难降解的特殊性质，在环境中 积累量日趋增多，对人类赖以生存的大气、土壤及水环境产生严重污染。
目前，大多数采用选择性催化还原(SCR)脱硝技术对氮氧化物进行处 理，在催化剂表面，NH3和NO在一定温度条件下转化成N2和H2O，达到脱硝 目的，同时有研究表明，氮氧化物脱除技术同样适合于PCDD/Fs降解，研究 证实，SCR法在降低NOx含量的同时,也可抑制85％的PCDD/Fs形成，但是 采用该方法脱NOx、脱PCDD/Fs的工艺需采用大量过渡金属氧化物、纳米 金属氧化物或活性炭载体，实际应用过程中粉末载体易分散、损失、污染环 境及回收操作复杂等缺点，无法将其作为束状物或织物形式使用，应用范围 受限，且原材料价格昂贵、废弃物易造成二次污染，因此，为了提高废气的 除尘、脱硝和脱二噁英的效率，有必要提供一种具有除尘、脱硝和脱二噁英 三位一体的催化功能滤袋。
发明内容
本发明提供一种脱硝脱二噁英除尘三位一体催化功能滤袋，以含有多孔 结构材料的腈氯纶或PAN基中空纤维膜为催化剂载体，负载高效的Mn基 复合过渡金属氧化物，使其达到在低温下具有高效催化分解氮氧化物、二噁 英等物质的效果，同时能够分别更换各功能层，有效提高更功能层的利用率。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种脱硝脱二噁英除 尘三位一体催化功能滤袋，包括顶盘和滤袋本体，所述顶盘包括中空环状载 体和环状固定体，所述滤袋本体的开口端通过环状固定体固定在所述中空环 状载体上，所述滤袋本体由外至内依次包括除尘滤袋和脱硝脱二噁英一体式 滤袋，所述除尘滤袋由外至内依次包括迎尘层和第一基布层，所述第一基布 层为含多孔结构材料的腈氯纶层，所述脱硝脱二噁英一体式滤袋由外至内依 次包括第一催化剂层和第二基布层，所述第一催化剂层为Mn基复合过渡金 属氧化物层，所述第二基布层包括用于基底的含多孔结构材料的腈氯纶层和 编织在所述含多孔材料的腈氯纶层上的PAN基中空纤维膜。
进一步地，所述除尘滤袋和脱硝脱二噁英一体式滤袋之间还设有脱硝脱 二噁英预处理滤袋，所述脱硝脱二噁英预处理滤袋由外至内依次包括第二催 化剂层和第三基布层，所述第二催化剂层为Mn基复合过渡金属氧化物层， 所述第三基布层为含多孔材料的腈氯纶层。
进一步地，所述迎风层为聚四氟乙烯纤维、超细纤维和聚苯硫醚纤维混 合针刺毡。
进一步地，所述含多孔材料的腈氯纶层中的多孔材料包括活性炭、单壁 碳纳米管、多壁碳纳米管或埃洛石中的一种或几种。
进一步地，所述Mn基复合过渡金属氧化物层中的过渡金属为铜、铁、 钴、铬、铈、钒或钨。
进一步地，所述中空环状载体内设有空腔，所述中空环状载体的内表面 与所述空腔的内表面之间设有固定台，所述固定台上等距离设有滤袋固定 槽，所述滤袋固定槽与所述中空环状载体同轴设置，所述滤袋固定槽的内壁 上设有多个卡槽，所述环状固定体与所述滤袋固定槽相匹配设置，所述环状 固定体上设有与所述卡槽相匹配的弹性卡块。
进一步地，所述环状固定体上与所述滤袋固定槽的底端相接触的一侧固 定设有弹性密封橡胶层。
与现有技术相比，本发明具有的优点和有益效果是：
1、本发明的除尘滤袋采用含多孔材料的腈氯纶层作为基布层，充分利 用含多孔材料的腈氯纶层在制备过程中腈氯纶自身内部形成的尺寸在几纳 米到几十微米之间的空洞和毛细孔结构，使之具有多微孔特征，具有较强的 吸附效率，能够有效吸附灰尘，同时，结合迎尘层的耐高温和较高的去除 PM2.5的能力，能够达到良好的除尘目的；
2、本发明的脱硝脱二噁英一体式滤袋，利用含多孔材料的腈氯纶层上 编织PAN基中空纤维膜作为基布层，将Mn基复合过渡金属氧化物负载在 基布层上，通过含多孔材料的腈氯纶层和PAN基中空纤维膜相混合的方式， 有效提高了基布层的接触面积，同时PAN基中空纤维膜采用TIPS方法制备， 有效改善了PAN基中空纤维膜的耐热性能，能够延长基布层的使用寿命， 另外，本发明采用Mn基复合复合过渡金属氧化物作为催化剂层，通过Mn 基与过渡金属氧化物的协同作用，低温下能够达到良好的脱硝脱二噁英的效 果。
3、本发明在滤袋的开口处设置有顶盘，在顶盘的中空环状载体中设置 固定各层滤袋的滤袋固定槽，并通过与滤袋固定槽相匹配的环状固定体将滤 袋的开口固定到滤袋固定槽中，每层滤袋对应一个滤袋固定槽，当任意一层 滤袋出现功能降低严重需要更换时，均可以直接对相应的滤袋进行更换，避 免了一体式滤袋需要整体更换浪费资源的情况发生，同时能够提高各层滤袋 的利用率。
附图说明
图1是本发明一种脱硝脱二噁英除尘三位一体催化功能滤袋实施例1的 截面结构示意图。
图2是本发明一种脱硝脱二噁英除尘三位一体催化功能滤袋实施例2的 截面结构示意图。
图3是发明一种脱硝脱二噁英除尘三位一体催化功能滤袋的第二基布层 的局部结构示意图。
图4是本发明一种脱硝脱二噁英除尘三位一体催化功能滤袋顶盘的结构 示意图。
图中：1-中空环状载体；2-环状固定体；3-除尘滤袋；4-脱硝脱二噁英 一体式滤袋；5-迎尘层；6-第一基布层；7-第一催化剂层；8-第二基布层； 9-含多孔结构材料的腈氯纶层；10-PAN基中空纤维膜；11-脱硝脱二噁英预 处理层；12-第二催化剂层；13-第三基布层；14-空腔；15-固定台；16-滤 袋固定槽；17-卡槽；18-弹性卡块；19-弹性密封橡胶层。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。
如图1-图4所示，一种脱硝脱二噁英除尘三位一体催化功能滤袋，包括 顶盘和滤袋本体，所述顶盘包括中空环状载体1和环状固定体2，所述滤袋 本体的开口端通过环状固定体2固定在所述中空环状载体1上，所述滤袋本 体由外至内依次包括除尘滤袋3和脱硝脱二噁英一体式滤袋4，所述除尘滤 袋3由外至内依次包括迎尘层5和第一基布层6，所述第一基布层6为含多 孔结构材料的腈氯纶层9，所述脱硝脱二噁英一体式滤袋4由外至内依次包括第一催化剂层7和第二基布层8，所述第一催化剂层7为Mn基复合过渡 金属氧化物层，所述第二基布层8包括用于基底的含多孔结构材料的腈氯纶 层9和编织在所述含多孔材料的腈氯纶层9上的PAN基中空纤维膜10。
进一步地，所述除尘滤袋3和脱硝脱二噁英一体式滤袋4之间还设有脱 硝脱二噁英预处理滤袋11，所述脱硝脱二噁英预处理滤袋11由外至内依次 包括第二催化剂层12和第三基布层13，所述第二催化剂层12为Mn基复合 过渡金属氧化物层，所述第三基布层13为含多孔材料的腈氯纶层9。
进一步地，所述迎风层5为聚四氟乙烯纤维、超细纤维和聚苯硫醚纤维 混合针刺毡。
进一步地，所述含多孔材料的腈氯纶层9中的多孔材料包括活性炭、单 壁碳纳米管、多壁碳纳米管或埃洛石中的一种或几种。
进一步地，所述Mn基复合过渡金属氧化物层中的过渡金属为铜、铁、 钴、铬、铈、钒或钨。
本发明中，含多孔结构材料的腈氯纶层9的制备方法为将多孔结构材料 (活性炭、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管或埃洛石)与DMF按一定比例混 合，加入少量分散剂，以氧化锆小球为研磨介质，在球磨机中搅拌4h，得到 一定浓度的超细多孔结构材料的浆液，抽滤，计算滤饼固含量，检测粒径分 布，使其达到聚合纺丝要求，与丙烯腈-偏氯乙烯(AN-VDC)共聚体按比例在 搅拌釜中共混，80℃下搅拌8h，加压过滤打入脱泡釜，在70℃下脱泡5h后，再次加压过滤，经计量泵由喷丝头喷入纺丝凝固浴，纤维凝固成型后经预热 浴水洗牵伸，再经热水牵伸、烘干、卷绕制得含多孔结构材料的腈氯纶纤维， 制备得到的含多孔结构材料的腈氯纶纤维中存在的大量微孔可促进粉尘的 吸附，并且酸性和碱性环境都有利于吸附过程的进行，因此，制备得到的含 多孔结构材料的腈氯纶层9具有高效的吸附能力。
本发明中，PAN基中空纤维膜10采用TIPS方法制备，将可熔融丙烯 腈-丙烯酸甲酯共聚物与一定量的复配稀释剂于140-160℃下混合均匀，形成 均相溶液，均相溶液经真空脱泡后在常规的熔融纺丝机中熔融挤出，形成 PAN基中空纤维膜初生纤维，为了进一步提高初生纤维的孔隙率和力学性 能，需经历以下六个过程：(1)热处理，使有序区的大分子排列的更为规 整，蕴晶结构更为完善；(2)在较低温度(低于纤维的Tg)下拉伸，使得 片层结构发生分离，无定型区产生纤维裂隙；(3)在较高温度(高于纤维 的Tg)下拉伸，促进大分子沿拉伸力方向重新排列，有序区呈现具有网状孔 的微原纤结构，无定形区的纤维裂隙演变为裂隙状微孔，提高纤维的取向度 和孔隙率；(4)在一定温度下紧张热定型，消除纤维的内应力，提高纤维 膜结构的稳定性；(5)脱除稀释剂后得到PAN基中空纤维膜，采用TIPS 方法制备的PAN基中空纤维膜10熔点从317℃降至约150℃，耐热温度从 250℃提高至350℃以上。
本发明中Mn基复合过渡金属氧化物层的制备方法为首先采用共沉淀方 法制备得到Mn-M-O(M＝Cu,Fe,Co,Cr，Ce,V,W)复合过渡金属氧化 物催化剂，并采用浸渍法和偶联法将Mn基复合过渡金属氧化物活性成分负 载在含多孔结构材料的腈氯纶或PAN基中空纤维膜载体上，制备出具有较 高催化活性和应用价值的负载纤维，具体负载方法为称取一定量的Mn基复 合过渡金属氧化物粉末，加入不同含量的偶联剂聚乙烯醇或羧甲基纤维素钠 或直接浸渍，使其充分分散，将预处理后的纤维载体浸入混合液中，30min 后取出，静置，经自然干燥48h，80℃真空干燥2h，另外为了提高催化剂的 供氧能力，在催化剂中可添加适量成型助剂，Mn基复合过渡金属氧化物层 负载在含多孔结构材料的腈氯纶或PAN基中空纤维膜载体，当含有氮氧化 物和二噁英的废气通过时，通过Mn基和过渡金属氧化物的协同作用，能够 高效的催化分解氮氧化物和二噁英。
进一步地，所述中空环状载体1内设有空腔14，所述中空环状载体1 的内表面与所述空腔14的内表面之间设有固定台15，所述固定台15上等距 离设有滤袋固定槽16，所述滤袋固定槽16与所述中空环状载体1同轴设置， 所述滤袋固定槽16的内壁上设有多个卡槽17，所述环状固定体2与所述滤 袋固定槽16相匹配设置，所述环状固定体2上设有与所述卡槽17相匹配的 弹性卡块18，每层滤袋对应一个滤袋固定槽16，当任意一层滤袋出现功能降低严重需要更换时，均可以直接对相应的滤袋进行更换，避免了一体式滤 袋需要整体更换浪费资源的情况发生，同时能够提高各层滤袋的利用率。
进一步地，所述环状固定体2上与所述滤袋固定槽16的底端相接触的 一侧固定设有弹性密封橡胶层19，弹性密封橡胶层19不仅能够起到良好的 密封作用，同时在更换滤袋时，由于弹性密封橡胶具有一定的弹性，可以利 用其弹性首先按压环状固定体2，由于弹性密封橡胶圈的弹性作用，使弹性 卡块18脱离卡槽17，并稍微转动环状固定体2，使卡槽17与弹性卡块18 错位即可将滤袋取出进行更换，更换方便，操作简单，并且能够达到单独更 换滤袋的目的。
实施例1
本发明提供一种脱硝脱二噁英除尘三位一体催化功能滤袋，滤袋本体由 外至内依次包括除尘滤袋和脱硝脱二噁英一体式滤袋，除尘滤袋由外至内依 次包括迎尘层和第一基布层，迎尘层是聚四氟乙烯纤维、超细纤维和聚苯硫 醚纤维混合针刺毡，第一基布层为含活性炭的腈氯纶层，脱硝脱二噁英一体 式滤袋由外至内依次包括第一催化剂层和第二基布层，第一催化剂层为 Mn-Cr-O复合过渡金属氧化物层，第二基布层包括用于基底的含活性炭的腈 氯纶层和编织在含活性炭的腈氯纶层上的PAN基中空纤维膜，对其进行模拟烟气处理实验，实验结果表明，催化剂的应用温度在120-300℃，氮氧化物 的去除效率高于95％，二噁英去除率高于95％，除尘效率高于95％。
实施例2
与实施例1不同的是，在除尘滤袋和脱硝脱二噁英一体式滤袋之间还设 有脱硝脱二噁英预处理滤袋，脱硝脱二噁英预处理滤袋由外至内依次包括第 二催化剂层和第三基布层，第二催化剂层为Mn-Co-O复合过渡金属氧化物 层，第三基布层为含单壁碳纳米管的腈氯纶层，对其进行模拟烟气处理实验， 实验结果表明，催化剂的应用温度在120-300℃，氮氧化物的去除效率高于 97％，二噁英去除率高于97％，除尘效率高于97％。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的 较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围 所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (7)
1.一种脱硝脱二噁英除尘三位一体催化功能滤袋，其特征在于：包括顶盘和滤袋本体，所述顶盘包括中空环状载体(1)和环状固定体(2)，所述滤袋本体的开口端通过环状固定体(2)固定在所述中空环状载体(1)上，所述滤袋本体由外至内依次包括除尘滤袋(3)和脱硝脱二噁英一体式滤袋(4)，所述除尘滤袋(3)由外至内依次包括迎尘层(5)和第一基布层(6)，所述第一基布层(6)为含多孔结构材料的腈氯纶层(9)，所述脱硝脱二噁英一体式滤袋(4)由外至内依次包括第一催化剂层(7)和第二基布层(8)，所述第一催化剂层(7)为Mn基复合过渡金属氧化物层，所述第二基布层(8)包括用于基底的含多孔结构材料的腈氯纶层(9)和编织在所述含多孔材料的腈氯纶层(9)上的PAN基中空纤维膜(10)。
2.根据权利要求1所述的一种脱硝脱二噁英除尘一体催化功能滤袋，其特征在于：所述除尘滤袋(3)和脱硝脱二噁英一体式滤袋(4)之间还设有脱硝脱二噁英预处理滤袋(11)，所述脱硝脱二噁英预处理滤袋(11)由外至内依次包括第二催化剂层(12)和第三基布层(13)，所述第二催化剂层(12)为Mn基复合过渡金属氧化物层，所述第三基布层(13)为含多孔材料的腈氯纶层(9)。
3.根据权利要求1所述的一种脱硝脱二噁英除尘一体催化功能滤袋，其特征只在于：所述迎风层(5)为聚四氟乙烯纤维、超细纤维和聚苯硫醚纤维混合针刺毡。
4.根据权利要求2所述的一种脱硝脱二噁英除尘一体催化功能滤袋，其特征在于：所述含多孔材料的腈氯纶层(9)中的多孔材料包括活性炭、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管或埃洛石中的一种或几种。
5.根据权利要求2所述的一种脱硝脱二噁英除尘一体催化功能滤袋，其特征在于：所述Mn基复合过渡金属氧化物层中的过渡金属为铜、铁、钴、铬、铈、钒或钨。
6.根据权利要求1所述的一种脱硝脱二噁英除尘一体催化功能滤袋，其特征在于：所述中空环状载体(1)内设有空腔(14)，所述中空环状载体(1)的内表面与所述空腔(14)的内表面之间设有固定台(15)，所述固定台(15)上等距离设有滤袋固定槽(16)，所述滤袋固定槽(16)与所述中空环状载体(1)同轴设置，所述滤袋固定槽(16)的内壁上设有多个卡槽(17)，所述环状固定体(2)与所述滤袋固定槽(16)相匹配设置，所述环状固定体(16)上设有与所述卡槽(17)相匹配的弹性卡块(18)。
7.根据权利要求6所述的一种脱硝脱二噁英除尘一体催化功能滤袋，其特征在于：所述环状固定体(2)上与所述滤袋固定槽(16)的底端相接触的一侧固定设有弹性密封橡胶层(19)。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190816 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |