用于去除重金属的过滤器的制造方法
【技术领域】
[0001]本申请涉及活性炭制品及包含其的组合物。相信本文所述的制品和组合物适合用作工业过程中的化学吸附剂。所述申请还涉及制备活性炭颗粒的方法以及包含此类颗粒的组合物。
【背景技术】
[0002]燃煤发电厂、城市垃圾焚烧炉以及炼油厂会产生巨量的烟道气，所述烟道气含有相当多种类和数量的环境污染物，诸如硫氧化物(SO#P SO 3)、氮氧化物(NO、NO2)和诸如汞(Hg)蒸汽的重金属。
[0003]在很久以前就已认识到各种燃煤污染物对人类健康和生态系统的破坏作用。例如，已将SOdP NO ,与受侵袭区域的呼吸道疾病爆发关联起来。它们还形成酸雨，后者会损害森林、渔业和建筑。至于Hg，其是有力的神经系统毒素。与汞接触能影响大脑、脊髓和其它重要器官。其对发育中的胎儿和幼童特别危险。
[0004]汞和其它污染物可通过如下方式从烟道气流捕获并去除:将吸收剂(sorbent)注入排气流中，随后在颗粒物控制装置(诸如静电除尘器或织物过滤器)中收集。从烟道气吸附性捕获Hg是涉及很多变量的复杂过程。这些变量包括烟道气温度和组成、排气流中Hg的浓度和种类形成(speciat1n)、响应时间以及吸收剂的物理和化学特性。
[0005]众所周知活性炭作为化学吸附剂(absorbent)特别有效。鉴于该性能，活性炭在很多工业过程中用作吸附剂。例如，EPA和多个其它实体已研宄并主张使用活性炭处理在煤燃烧过程中产生的烟道气，诸如燃煤发电厂产生的烟道气。该过程称为“活性炭注入”，其已被吹捧为降低汞排放(其通常伴随煤燃烧)的潜在有效的手段。使用该体系的一个可能的缺陷是提高所产生的飞灰量的倾向。
[0006]尽管活性炭注入有上述被吹捧的益处，相信该方法的功效受限于活性炭的一些固有特性。例如，相信活性炭的多孔特性(这也正是使活性炭可用于该方法的特性)允许产品吸收同时存在于环境气氛(诸如在活性炭存贮过程中吸收的水蒸气)和烟道气环境中的大量水蒸气和/或不想要的冷凝物。一旦吸收了这种水蒸气和/或不想要的冷凝物，活性炭的有效孔体积(即，可用于吸附汞的孔体积)能被显著降低。而且，有效孔体积的这种降低意味着该方法中所用的每千克活性炭与活性炭没有吸附水蒸气时相比效率较低。这种功效的降低意味着该方法总体而言效率较低。尽管粉状活性炭(PAC)在一定程度上对捕获诸如Hg2+的氧化汞品种有效，但是PAC对构成烟道气中的主要Hg物种的元素汞则并非那么有效，尤其是对于亚烟煤和褐煤而言。因此，有需要提供一种能够以低成本减少诸如汞的重金属的过滤器系统。
【发明内容】
[0007]本发明提供一种包含下述纺织品的过滤器:所述纺织品在至少一侧具有多个牢固附着至该纺织品表面或者结合在该纺织品结构内的经处理的活性炭颗粒。所述经处理的活性炭颗粒含有多个活性炭颗粒、疏水剂、汞氧化促进剂和任选的粘合剂。还公开了形成所述过滤器以及利用所述过滤器从烟道气去除重金属的方法。
【附图说明】
[0008]图1示意性图解了具有第一纺织品和经处理的活性炭颗粒的示例性过滤器的横截面。
[0009]图2示意性图解了具有第一纺织品、膜和经处理的活性炭颗粒的示例性过滤器的横截面。
[0010]图3示意性图解了具有两个纺织品和经处理的活性炭颗粒的示例性过滤器的横截面。
【具体实施方式】
[0011]现在参考图1，显示了具有第一纺织品100和经处理的活性炭颗粒200的过滤器10的实施方式。所述第一纺织品具有第一侧10a和第二侧100b。通常，将所述过滤器如下定向:使要被过滤的物质流在第一侧10a上进入第一纺织品100并离开第二侧100b。空气随后通过第一纺织品100第二侧10b上的经处理的活性炭颗粒200。第一侧10a可包括多孔膜材料，诸如膨胀型PTFE膜或纳米纤维网层。第一侧10a还可以是构造为滤除细颗粒的纺织品表面，诸如带有绷紧纤维背衬(tighter fiber backing)或小织物孔隙率的烧焦表面(singed surface)。烟道气中非常少量(如果存在的话)的灰尘或微粒颗粒将穿过过滤器纺织品100，然后有效地阻止经处理的活性炭颗粒200表面上的灰尘累积。
[0012]在一个实施方式中，如果在至少一个表面上设有膜，则过滤器10具有约I?5cfm的透气性，而如果过滤器中不包括膜，贝1J具有约5cfm?lOOcfm、1cfm?50cfm或1cfm?40cfm的透气性。过滤器10优选具有0.2?1mm之间的厚度，且优选足够柔软以便允许过滤器形成各种用于不同种用途的三维形状。在一种用途中，过滤器在升高的温度环境中使用，诸如在袋集尘室(bag house)中用于过滤来自燃煤厂或熔炼过程的烟道气以去除诸如汞的重金属。过滤器例如可以形成袋状形状、形成盒或以平放状态使用。
[0013]第一纺织品100可以是适于所需最终用途的任何纺织品。所述第一纺织品可以是机织、非织造或针织纺织品。在一个实施方式中，第一纺织品100是机织纺织品。织物组织可以是，例如，平纹、缎纹、斜纹、席纹、府绸、提花和绉纹纺织品。某些机织纺织品，诸如玻璃纤维或PPS纤维类机织纺织品，当单独地或与非织造纺织品组合时，能够提供更高的机械强度。
[0014]在另一实施方式中，第一纺织品100是针织纺织品，例如圆筒形针织物、反向编制圆筒形针织物、双面针织物、单面平针针织物、双股起绒针织物、三股起绒针织物、毛圈针织物或双线圈针织物、引玮经编针织物、经编针织物以及具有或不具有微旦尼尔面的经编针织物。针织纺织品的毛圈绒头可以是柔性的，并且可充分移动，这样其运动可有助于从过滤器中释放粉尘层。在另一实施方式中，第一纺织品是多轴(诸如三轴)纺织品(针织、机织或非织造)。在另一实施方式中，第一纺织品是斜裁纺织品。在另一实施方式中，第一纺织品是单向纺织品，并且可具有重叠纱线或可以在纱线之间具有间隙。
[0015]在另一实施方式中，第一纺织品100是非织造纺织品。术语“非织造”是指如下结构:其包含大量被缠结和/或热熔合以提供具有一定程度的内部凝聚性(internalcoherency)的协同结构的纱线或纤维。非织造纺织品可由很多方法形成，诸如例如熔纺法、水力针刺法、机械缠结法、缝编法等。非织造纺织品的制备通常较便宜，并且能提供用于过滤器介质的选择性孔结构。纤维方向的随机性使得能够实现非常均匀的平均孔径，而且非织造织物中的物质量能够累积，直至获得多种理想的平均孔径。
[0016]所述纺织品具有与其所需最终用途相关的不同性能。在一个实施方式中，纺织品具有约I?200cfm(立方英尺/分钟)的透气性。已显示这种透气性范围适于制备用于来自燃煤发电厂的烟道气和其它空气过滤需求的过滤器。更优选地，第一纺织品100具有约25?50cfm的透气性，根据ASTM D737-04 (2008)纺织品织物透气性标准测试方法在125Pa测量。在另一实施方式中，第一纺织品具有大于500PSI的破裂强度(mullen burst)。在一个实施方式中，第一纺织品100是耐酸性的。过滤器中所用的纺织品选自以下测量:其能在酸和酸性气体存在下于高温(120°C直到400°C )维持足够的机械性能。
[0017]第一纺织品100含有纱线，后者可以是任何合适的纤维。在本申请中，如本文所用的“纤维”包括单丝伸长体、复丝伸长体、丝带(ribbon)、条带(strip)、纱线、带(tape)等。在本申请中，术语纤维定义为包括纱线。第一纺织品100可含有一种类型的纱线或多个上述中任一种或组合。纱线可以是任何合适的形式，诸如短纤纱(spun staple yarn)、单丝或复丝、单组分、双组分或多组分，并且具有任何合适的横截面形状，诸如圆形、多叶(mult1-lobal)、方形或矩形(带式)及椭圆形。
[0018]纤维可由任何合适的材料制成。因为纤维可用于烟道气环境中，所述纤维的熔融温度和分解温度优选高于过滤器10所过滤的气体温度。优选地，纤维具有高于250 T的熔融温度。更优选地，纤维具有高于400 °F的熔融温度。第一纺织品100可包括(但不限于)玻璃、芳族聚酰胺、聚苯硫醚、聚酯、聚酰亚胺、聚四氟乙烯、陶瓷材料、硫代-芳族聚酰胺、聚卩惡二挫、聚醚醚酮、聚酰胺-酰亚胺、聚卩比啶二咪挫(polypyridobisimidazoles)及其混合物和共聚物。在一个实施方式中，优选使用聚苯硫醚(PPS)纤维，原因在于其耐酸性和高温稳定性。在另一实施方式中，纤维可以是聚酯纤维。包括含活性炭组合物的聚酯纤维过滤器可用于有效去除汞污染物，并以相当短的寿命周期以相当低的成本更换。在另一实施方式中，含活性炭的组合物还提供聚酯纤维的熔融与烧毁防护。
[0019]返回参考图1，其中示出了在第一纺织品100第二侧10b上的经处理的活性炭颗粒200。尽管经处理的活性炭颗粒200示于第一纺织品100的第二侧10b上，但其可存在于第一纺织品的两侧(100a，100b)上或仅存在于第一纺织品100第一侧10a上。经处理的活性炭颗粒可仅停留于第一纺织品100的表面上，可向第一纺织品100渗入一定深度，或者可完全渗入第一纺织品100。
[0020]在一个实施方式中，经处理的活性炭颗粒以第一纺织品重量的10?50%的量施用。在另一实施方式中，经处理的活性炭颗粒的涂布重量为约50?300g/m2，更优选约70?160g/m2o
[0021]在第一实施方式中，本发明提供具有一层经处理的活性炭颗粒200的过滤器10，其中所述经处理的活性炭颗粒200包含活性炭芯。如本文所用的，术语“活性炭”用于指代已被制备和/或加工为具有高度多孔结构和相应的高表面积的无