專利名稱：一種負(fù)載納米級(jí)催化劑的濾料及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于功能濾料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種負(fù)載納米級(jí)催化劑的濾料及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
眾所周知，NOx是大氣污染源之一，對(duì)人類的健康構(gòu)成極大的威脅。各國對(duì)NOx的排放都有嚴(yán)格的限制，且標(biāo)準(zhǔn)越來越嚴(yán)。因此，近些年來，在煙氣脫氮方面人們做了大量的研究工作。在眾多的脫氮技術(shù)中，SCR是脫氮效率最高、最為成熟的脫氮技術(shù)。SCR法是在特定催化劑作用下，用氨或其它還原劑選擇性的將NOx還原為N2和H2O的方法。由于其具有高效性和實(shí)用性，現(xiàn)已成為脫氮領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。已商業(yè)化的釩鈦體系催化劑起活溫度高(>300°C)，難以在煙氣處理系統(tǒng)末端應(yīng)用，且安裝運(yùn)行費(fèi)用較高。因此，經(jīng)濟(jì)性高且適用于末端處理的低溫SCR技術(shù)成為研究人員關(guān)注的熱點(diǎn)。無載體MnOx-CeOdI化劑是目前此類報(bào)道中低溫SCR活性最高的，溫度在 120°C時(shí)NOx可幾乎完全轉(zhuǎn)化為N2。但是目前對(duì)污染物的控制一般采用單獨(dú)脫除的方法。由此會(huì)造成工廠尾部煙氣凈化系統(tǒng)的復(fù)雜、占地面積大和治理成本的提高。在煙氣除塵領(lǐng)域，袋式除塵器已成為煙氣除塵的首選，而濾料具有工藝流程簡單、 生產(chǎn)速度快、產(chǎn)量與勞動(dòng)生產(chǎn)率高、成本低、可用的纖維來源廣、工藝容易掌握、產(chǎn)品品種多等優(yōu)點(diǎn)，近年來在全世界范圍內(nèi)產(chǎn)量增長很快?，F(xiàn)有除塵器只能除塵，而對(duì)煙氣中的NOx 無去除作用。所以研究一種兼具除塵和脫硝作用的袋式除塵器成為各國研究的重點(diǎn)。碳納米管由于具有獨(dú)特的一維結(jié)構(gòu)、大的比表面積、超強(qiáng)的機(jī)械性能、高的化學(xué)和熱穩(wěn)定性以及良好的導(dǎo)電能力成為最近十幾年國際上研究的熱點(diǎn)。無論是應(yīng)用在催化劑方面還是成膜方面都有了成熟的研究，但將碳納米管負(fù)載催化劑的復(fù)合材料應(yīng)用于袋式除塵器上卻未見有報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種負(fù)載納米級(jí)催化劑的濾料及其制備方法和應(yīng)用，解決現(xiàn)有技術(shù)中尾部煙氣凈化系統(tǒng)復(fù)雜和治理成本高等缺點(diǎn)。特別是以碳納米管為納米催化劑載體，成功地解決了催化劑負(fù)載在濾料上的難題。由于加入了碳納米管，濾料的物理性能如強(qiáng)度、耐腐蝕性及對(duì)更小顆粒物的除塵效率均會(huì)得到較大的提高，從而使濾料有更高的過濾效率和很好的脫有害氣體的能力。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一種負(fù)載納米級(jí)催化劑的濾料是以碳納米管為媒介，先將納米催化劑吸附在碳納米管表面，然后使碳納米管在濾料表面形成一層致密薄膜；所述的納米催化劑和碳納米管質(zhì)量之和與濾料質(zhì)量之比為1-20 100 ；所述的納米催化劑與碳納米管的質(zhì)量比為0. 5-20 =IOO0所述的納米催化劑為自制的或商業(yè)上購買的納米級(jí)的無載體MnOx-CeA催化劑，MnOx是MnO2、Μη203、Μη304中的一種或多種的混合物，粒徑小于lOOnm。所述的碳納米管來自商業(yè)購買的多壁碳納米管，直徑為lO-SOnm，長度為 1-20 μ m,純度大于80%，且未經(jīng)過酸或氧化處理。所述的濾料為聚苯硫醚針刺氈濾料，是以聚苯硫醚纖維為原料，經(jīng)開松、復(fù)合混料、梳理、鋪網(wǎng)、針刺、熱定型和燒毛壓光制備而成。負(fù)載納米級(jí)催化劑的濾料的制備方法的具體步驟如下
(1)將納米催化劑和碳納米管按質(zhì)量比為1:1-2:1加入無水乙醇中超聲Ι-Mh，形成黑色的懸浮液；再靜置l-20min，使納米催化劑吸附到碳納米管表面上；
(2)以濾料為過濾器，并連接真空抽濾器，將步驟(1)的懸浮液澆注在濾料表面，開啟真空抽濾器，過濾掉溶劑，讓碳納米管附著并纏結(jié)在濾料的表面，形成一層致密薄膜，催化劑也跟著負(fù)載在濾料上；
(3)將步驟(2)的濾料放入40-60°C真空干燥箱中干燥Ι-Mh，即得所述的負(fù)載納米級(jí)催化劑的濾料。負(fù)載納米級(jí)催化劑的濾料的應(yīng)用是將負(fù)載納米級(jí)催化劑的濾料作為除塵劑和脫硝劑使用。溫度在80-160°C下，負(fù)載量在59Γ20%范圍內(nèi)均有較好的脫硝率。本發(fā)明的顯著優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明解決現(xiàn)有技術(shù)中尾部煙氣凈化系統(tǒng)復(fù)雜和治理成本高等缺點(diǎn)。特別是以碳納米管為納米催化劑載體，成功地解決了催化劑負(fù)載在濾料上的難題。由于加入了碳納米管，濾料的物理性能如強(qiáng)度、耐腐蝕性及對(duì)更小顆粒物的除塵效率均會(huì)得到較大的提高，從而使濾料有更高的過濾效率和很好的脫有害氣體的能力。


圖1是催化劑活性測試中，自制管式SCR反應(yīng)器裝置圖。圖中，1為N2, 2為02，3為 NH3,4為Ν0，5為質(zhì)量流量計(jì)，6為三通閥，7為熱電偶，8為數(shù)字程序升溫器，9為反應(yīng)器，10 為分析儀器，11為排氣裝置。圖2是負(fù)載納米級(jí)催化劑的濾料制備工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式以下是本發(fā)明的幾個(gè)具體實(shí)施例，進(jìn)一步說明本發(fā)明，但是本發(fā)明不僅限于此。下列實(shí)施例中的PPS針刺氈濾料按以下方法制備得到以聚苯硫醚(PPQ纖維為原料，經(jīng)開松、復(fù)合混料、梳理、鋪網(wǎng)、針刺、熱定型和燒毛壓光制備得到針刺氈濾料。實(shí)施例1
剪一塊直徑為7. 40cm的圓形PPS濾料，在電子天平上稱得其質(zhì)量為2. 2770g。分別稱取0. 0759gMn0x-Ce0jn0. 0380gMWTNs，放入50ml燒杯，加入30ml乙醇，在超聲器上超聲lh， 形成不透明的懸浮液，然后靜置5min (未出現(xiàn)沉淀或分層)。將上述剪得的濾料裝在布氏漏斗里用做過濾器，將懸浮液倒入漏斗中抽濾，待濾液抽干后，將所得濾料放入真空干燥箱中干燥池，溫度設(shè)為50°C，然后取出稱重得 2. 3894g，算得負(fù)載量為4. 9%，理論值為5%。催化劑在自制管式SCR反應(yīng)器中進(jìn)行評(píng)價(jià)。NO和NH3體積分?jǐn)?shù)均為0. 05%, O2體積分?jǐn)?shù)為596，其余為N2，氣體流速為M6mL ^irT1,溫度設(shè)置為160°C，然后用英國KM940煙氣分析儀測得脫硝率為60%。實(shí)施例2
剪一塊直徑為7. 40cm的圓形PPS濾料，在電子天平上稱得其質(zhì)量為2. 1050g。分別稱取0. 2807gMn0x-Ce02和0. 1403gMWTNs，放入150ml燒杯，加入80ml乙醇，在超聲器上超聲 12h，形成不透明的懸浮液，然后靜置IOmin (未出現(xiàn)沉淀或分層)。將上述剪得的濾料裝在布氏漏斗里用做過濾器，將懸浮液倒入漏斗中抽濾，待濾液抽干后，將所得濾料放入真空干燥箱中干燥4h，溫度設(shè)為60°C，然后取出稱重得 2. 521 lg，算得負(fù)載量為19. 8%，理論值為20%。催化劑在自制管式SCR反應(yīng)器中進(jìn)行評(píng)價(jià)。NO和NH3體積分?jǐn)?shù)均為0. 05%, O2體積分?jǐn)?shù)為596，其余為N2，氣體流速為M6mL ^irT1,溫度設(shè)置為160°C，然后用英國KM940 煙氣分析儀測得脫硝率為96%。實(shí)施例3
剪一塊直徑為7. 40cm的圓形PPS濾料，在電子天平上稱得其質(zhì)量為2. 1558g。分別稱取0. 1437gMn0x-Ce02和0. 0719gMWTNs，放入IOOml燒杯，加入50ml乙醇，在超聲器上超聲 10h，形成不透明的懸浮液，然后靜置15min (未出現(xiàn)沉淀或分層)。將上述剪得的濾料裝在布氏漏斗里用做過濾器，將懸浮液倒入漏斗中抽濾，待濾液抽干后，將所得濾料放入真空干燥箱中干燥池，溫度設(shè)為50°C，然后取出稱重得 2. 3701g，算得負(fù)載量為9. 9%，理論值為10%。催化劑在自制管式SCR反應(yīng)器中進(jìn)行評(píng)價(jià)。NO和NH3體積分?jǐn)?shù)均為0. 05%, O2體積分?jǐn)?shù)為596，其余為N2，氣體流速為M6mL MirT1,溫度設(shè)置為130°C，然后用英國KM940 煙氣分析儀測得脫硝率為86%。實(shí)施例4
剪一塊直徑為7. 40cm的圓形PPS濾料，在電子天平上稱得其質(zhì)量為2. 3619g。分別稱取0. 1575g MnOx-CeO2和0. 0787gMWTNs，放入IOOml燒杯，加入70ml乙醇，在超聲器上超聲 Mh，形成不透明的懸浮液，然后靜置20min (未出現(xiàn)沉淀或分層)。將上述剪得的濾料裝在布氏漏斗里用做過濾器，將懸浮液倒入漏斗中抽濾，待濾液抽干后，將所得濾料放入真空干燥箱中干燥Mh，溫度設(shè)為70°C，然后取出稱重得 2. 3701g，算得負(fù)載量為10%，理論值為10%。催化劑在自制管式SCR反應(yīng)器中進(jìn)行評(píng)價(jià)。NO和NH3體積分?jǐn)?shù)均為0. 05%, O2體積分?jǐn)?shù)為596，其余為N2,氣體流速為^irT1,溫度設(shè)置為80°C，然后用英國KM940煙氣分析儀測得脫硝率為68%?；钚栽u(píng)價(jià)催化劑在自制管式SCR反應(yīng)器中進(jìn)行評(píng)價(jià)。反應(yīng)器為外部電加熱， 反應(yīng)管催化劑床層旁放置熱電偶測量溫度，實(shí)驗(yàn)裝置流程如圖1所示。以鋼氣瓶模擬煙氣組成，煙氣中包括N0、02、N2，NH3為還原氣體，NO和NH3體積分?jǐn)?shù)均為0.04-0. 06%，O2體積分?jǐn)?shù)為4-696，其余為N2,氣體流速為^mirT1,溫度控制在80_160°C間，氣體流量、 組成由質(zhì)量流量計(jì)調(diào)節(jié)和控制。氣體分析采用英國KM940煙氣分析儀，為了保證數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，每個(gè)工況至少穩(wěn)定60min。表1不同負(fù)載量和溫度對(duì)脫硝率的影響
權(quán)利要求
1.一種負(fù)載納米級(jí)催化劑的濾料，其特征在于所述的負(fù)載納米級(jí)催化劑的濾料，是以碳納米管為媒介，先將納米催化劑吸附在碳納米管表面，然后使碳納米管在濾料表面形成一層致密薄膜；所述的納米催化劑和碳納米管質(zhì)量之和與濾料質(zhì)量之比為1-20 100 ；所述的納米催化劑與碳納米管的質(zhì)量比為0. 5-20 :100。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)載納米級(jí)催化劑的濾料，其特征在于所述的納米催化劑為自制的或商業(yè)上購買的納米級(jí)的無載體MnOx-CeA催化劑，MnOx是MnO2、Mn2O3、Mn3O4中的一種或多種的混合物，粒徑小于lOOnm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)載納米級(jí)催化劑的濾料，其特征在于所述的碳納米管來自商業(yè)購買的多壁碳納米管，直徑為10-80nm，長度為1-20 μ m，純度大于80%，且未經(jīng)過酸或氧化處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)載納米級(jí)催化劑的濾料，其特征在于所述的濾料為聚苯硫醚針刺氈濾料，是以聚苯硫醚纖維為原料，經(jīng)開松、復(fù)合混料、梳理、鋪網(wǎng)、針刺、熱定型和燒毛壓光制備而成。
5.一種如權(quán)利要求1所述的負(fù)載納米級(jí)催化劑的濾料的制備方法，其特征在于所述的制備方法的具體步驟如下將納米催化劑和碳納米管按質(zhì)量比為1:1-2:1加入無水乙醇中超聲Ι-Mh，形成黑色的懸浮液；再靜置l-20min，使納米催化劑吸附到碳納米管表面上；以濾料為過濾器，并連接真空抽濾器，將步驟(1)的懸浮液澆注在濾料表面，開啟真空抽濾器，過濾掉溶劑，讓碳納米管附著并纏結(jié)在濾料的表面，形成一層致密薄膜，催化劑也跟著負(fù)載在濾料上；將步驟(2)的濾料放入40-60°C真空干燥箱中干燥Ι-Mh，即得所述的負(fù)載納米級(jí)催化劑的濾料。
6.一種如權(quán)利要求1所述的負(fù)載納米級(jí)催化劑的濾料的應(yīng)用，其特征在于所述的負(fù)載納米級(jí)催化劑的濾料作為除塵劑和脫硝劑使用。
全文摘要
本發(fā)明提供一種負(fù)載納米級(jí)催化劑的濾料及其制備方法和應(yīng)用，以碳納米管為媒介，先將納米催化劑吸附在碳納米管表面，然后使碳納米管在濾料表面形成一層致密薄膜；所述的納米催化劑和碳納米管質(zhì)量之和與濾料質(zhì)量之比為1-20100；所述的納米催化劑與碳納米管的質(zhì)量比為0.5-20100。本發(fā)明解決現(xiàn)有技術(shù)中尾部煙氣凈化系統(tǒng)復(fù)雜和治理成本高等缺點(diǎn)。特別是以碳納米管為納米催化劑載體，成功地解決了催化劑負(fù)載在濾料上的難題。由于加入了碳納米管，濾料的物理性能如強(qiáng)度、耐腐蝕性及對(duì)更小顆粒物的除塵效率均會(huì)得到較大的提高，從而使濾料有更高的過濾效率和很好的脫有害氣體的能力。
文檔編號(hào)B01D53/56GK102553348SQ20121000660
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2012年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月11日
發(fā)明者汪謝, 鄭玉嬰 申請(qǐng)人:福州大學(xué)