专利名称：一种除尘和低温脱硝过滤材料及其制备方法和用途的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种过滤材料，具体涉及一种除尘和低温脱硝过滤材料及其用途。
背景技术：
随着我国环保法规的日益严格，控制氮氧化物污染物的排放对我国国民经济可持续发展具有极其重要的意义，NOx的控制为未来5年的工作重点。工业尾气特别是垃圾焚烧和燃煤电厂排放气体中含有大量的氮氧化物(NOx)占总氮氧化物排放的42%，这些气体一旦进入大气将成为主要的空气污染源和光化学污染源。目前工业上广泛采用的脱除NOx的技术，包括低NOx燃烧技术、非催化选择性还原(SNCR)、选择性催化还原(SCR)和湿法脱硝等技术。在众多的脱氮技术中，SCR是脱氮效率最高、最为成熟的脱氮技术。它是在特定催化剂作用下，用氨或其它还原剂选择性的将NOx还原为队和H2O的方法。由于其技术成熟、脱硝率高，正得到越来越广泛的应用。袋式除尘因设备结构简单，运行维护方便；工程造价及运行费用低；能承受烟气中不同特性的粉尘；处理气体量大；除尘效率高的优势，众多国家已把其作为主要除尘技术，是烟气除尘的首选近年来在全世界范围内增长很快。现有除尘器只能除尘，而对烟气中的NOx仅有很微量的吸附去除作用。中国专利CN102145241 A中公开了一种聚苯硫醚滤料上负载脱硝催化剂的制备方法，将聚苯硫醚滤料在300°C 500°C的温度下煅烧5 7小时以及酸化，这样会影响滤料的强度，从而降低了过滤材料的使用寿命。中国专利CN102120116 A中公开了一种在聚苯硫醚与聚酰亚胺混滤料上负载脱硝催化剂，实现在200°C的条件下，脱硝效率达73% 92%，但在低温条件下将使得脱硝效率明显降低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种过滤性能好、机械强度高、在低于190°C条件下脱硝效率高、使用寿命长的除尘低温脱硝过滤材料及其制备方法和用途。本发明的技术解决方案如下:本发明的除尘和低温脱硝过滤材料，该过滤材料是由迎尘层、催化层、中间织物增强层、非过滤面层构成，上述迎尘层、中间织物增强层、非过滤面层是由平均直径为5 30 μ m、强度在3.0CN/dtex以上、伸长率在50%以下的耐热纤维组成的，上述催化层是由附着催化剂颗粒的耐热纤维网组成。上述迎尘层的作用是提高过滤材料对粉尘的截留效果，如果耐热纤维的平均直径小于5 μ m的话，导致构成迎尘层和非过滤面层的纤维网致密性过高而增大了过滤材料的压力损失，而且在生产时梳理不开，纤维就会容易受损拉断，影响过滤材料的均匀性和强度；如果耐热纤维的平均直径大于30 μ m的话，纤维网就会变得稀松，这样纤维间的纠缠少，机械强度会比较低，从而降低了过滤材料的捕集效率、缩短了使用寿命。综合考虑到采用细纤维加工而成的针刺材料孔径小，可以增加通过气体与纤维间碰撞机会，增加空气中氮氧化物与催化层中催化剂的接触机会，耐热纤维的平均直径优选10 20 μ m，这里耐热纤维的平均直径是通过扫描电子显微镜所测量的50根纤维直径的平均值。构成迎尘层、中间织物增强层、非过滤面层的耐热纤维的强度在3.0CN/dtex以上，该强度直接影响过滤材料强力，如果耐热纤维的强度低于3.0CN/dtex的话，制得的过滤材料的强力达不到要求，影响使用寿命，优选3.4CN/dtex以上。上述耐热纤维的伸长率表示纤维断裂时伸长变形能力的大小，耐热纤维的伸长率在50%以下，这样制得的过滤材料尺寸稳定性好，延长使用寿命。因为使用滤袋时外面或内部都有一个龙骨(亦称:骨架、支架)来支撑，固定滤袋的位置，在使用过程中，若滤袋尺寸稳定性不佳，随着使用时间的推移，滤袋与龙骨间的距离变宽，经过脉冲反复喷打时，使滤袋反复撞向龙骨的撞击力增加，从而增加滤袋与龙骨间的反复摩擦，最终导致滤袋的使用寿命降低，增加成本。优选耐热纤维的伸长率在40.0%以下。构成该过滤材料的催化层是由附着催化剂颗粒的耐热纤维网组成。上述催化剂颗粒由以下两种方式附着的，第一种方式是先将催化剂颗粒附着在耐热纤维表面，然后将附着了催化剂颗粒的耐热纤维进行开松、梳理、铺网、预针刺后形成纤维网；第二种方式是先将耐热纤维进行开松、梳理、铺网、预针刺后形成纤维网，然后将催化剂颗粒附着在得到的纤维网上。上述两种方式可以保证催化剂颗粒粘附在纤维的表面，烟气通过时增加了氮氧化物与催化剂颗粒接触的机会，提高脱硝效率。本发明的除尘和低温脱硝过滤材料，上述催化剂颗粒是由锰盐、钴盐、铈盐、铜盐、铁盐、钥盐、锌盐、锡盐中一种或几种组成。由上述一种或几种盐组成的催化剂具有生产成本适中、生产工艺简单、原材料容易获取、脱硝效率高的优点。本发明的除尘和低温脱硝过滤材料，上述催化层占该过滤材料的15 60重量％。如果催化层的比重小于15重量％，难于实现对氮氧化物的高效净化；如果催化层的比重大于60重量％，生产成本就会大幅增加，同时与迎尘层、织物増强层以及非过滤面层经过多层叠合针刺后，过量的催化剂颗粒易堵塞过滤材料的孔隙，导致透气度减小，从而影响过滤性能。优选催化层重量占过滤材料的25 50重量％。本发明的除尘和低温脱硝过滤材料，上述耐热纤维为聚苯硫醚纤维、间位芳香族聚酰胺纤维、聚酰亚胺、聚四氟乙烯纤维、玻璃纤维、对位芳香族聚酰胺纤维中的至少一种。耐热纤维优选聚苯硫醚纤维，该纤维不仅具有优秀的耐化学性能，而且还具有优秀的耐热性。聚苯硫醚纤维熔点高达285°C，常规使用温度可以达到170°C ;耐化学性能方面，在200°C或200°C以下，它能对大多数的酸(如:浓盐酸、浓磷酸、稀硫酸等)、碱(如:30%Na0H)、有机溶剂保持稳定的性能；机械强度方面，对滤袋使用过程中接受到的含尘气流的冲刷及脉冲清洗时的冲击都具有极强的抵抗性。除此之外，聚苯硫醚纤维还具有优良的难燃性、耐辐射性、电气性、耐光性等性能，其价格适中，便于推广使用。本发明的除尘和低温脱硝过滤材料，根据JIS L 1096标准，该过滤材料的克重在350 900g/m2之间，才能满足捕集效率的要求。如果克重超过900g/m2，会使生产成本明显增加；如果克重低于350g/m2，会因为过滤除尘作用的纤维网太薄，而无法满足高捕集效率的作用，而且机械强度无法得到满足，优选克重400 800g/m2。本发明的除尘和低温脱硝过滤材料，依据JIS L 1096标准，该过滤材料的拉伸强度为600N/5cm以上，由于烟气过滤袋经常承受大量入口烟气的冲刷以及清灰时来自高达3kg以上压缩空气的脉冲喷打，所以对其强度和耐摩擦性就有特别的要求，需要的这种材料既具有高强，同时还需具有高耐摩擦性能，否则使用过程中的破损、露底等异常现象会缩短使用寿命。另外过滤材料在使用过程中必须克服自身的重力和附载粉尘的重力，因此过滤材料必须要有一定的强度来满足高温烟气的环境。优选拉伸强度800N/5cm以上。本发明的除尘和低温脱硝过滤材料的生产方法，该方法包括如下步骤:
(1)迎尘层、非过滤面层的制备:采用平均直径为5 30μ m、强度在3.0CN/dtex以上、伸长率在50%以下的耐热纤维，经过开松、梳理、铺网、预针刺加工而成；
(2)中间织物增强层的制备:采用平均直径为5 30μ m、强度在3.0CN/dtex以上、伸长率在50%以下的耐热纤维，经过纺纱、热定型、织造而成；
(3)催化层的制备:将催化剂颗粒在温度为250 500°C、时间为2 20min下进行热压，使之附着在耐热纤维或耐热纤维网上，加工成催化层；
(4)除尘和低温脱硝过滤材料的制备:将所述的迎尘层、催化层、中间织物增强层、非过滤面层按顺序叠合，通过针刺加工得到成品。在步骤(3)中催化剂颗粒是通过热压方式附着的，先将催化剂颗粒浸溃在耐热纤维上，然后在温度为250 500°C、时间为2 20min下进行热压，再将附着了催化剂颗粒的耐热纤维进行开松、梳理、铺网、预针刺后形成催化层；或者是先将耐热纤维进行开松、梳理、铺网、预针刺制得耐热纤维网，然后将催化剂颗粒以温度为250 500°C、时间为2 20min下热压在耐热纤维网上加工成催化层。如果热压温度高于500°C、时间长于20min的话，虽然催化剂颗粒容易附着，提高了过滤材料的脱硝效率，但会使纤维的强度大幅降低，从而影响过滤材料强度，缩短使用寿命；如果热压温度低于250°C、时间短于2min的话，则催化剂颗粒不易附着，从而影响过滤 材料的脱硝效率，难于实现对氮氧化物的高效净化。考虑到能得到高效率脱硝的过滤材料和长的使用寿命，优选热压温度300 450°C、时间5 15min。本发明的除尘和低温脱硝过滤材料具有过滤性能好、机械强度高的特点，通过上述方法制得的过滤材料在低于190°C下脱硝效率高、使用寿命长，本发明的过滤材料可应用于烟气过滤袋的制备。
图1为本发明过滤材料的分解剖面图。图1中:1迎尘层、2催化层、3中间织物增强层、4非过滤面层。
具体实施例方式下面通过实施例更详细地说明本发明，但本发明不受这些实施例的限制。本发明过滤材料各物性的测定方法如下。克重
将过滤材料切成200X200mm的正方形，从重量计算出过滤材料的克重。通气度
根据JISL 1096规定的弗雷泽型织物透气性测试法测定过滤材料的通气量。测定部位是随机选择6点进行测定。
VDI3926捕集效率
根据VDI3926的标准测定过滤材料的性能，实验样品的尺寸是Φ 150mm,喂入的粉尘浓度在5g/m3,过滤风速为2m/min。实验的顺序是,初期30回+稳定化5000回+最后30回。这里的初期30回和最后30回的方法是，随着运行时间的延长，过滤材料两面的压差会渐渐升高，当到达IOOOPa时，脉冲空气对过滤材料表面的粉尘进行清灰，然后进行下一个过程，该过程总共进行30回，在实验的过程中记录压力和时间的变化，同时检测没有被过滤材料捕集的粉尘的浓度。稳定化过程是指在运行的过程中，以5s为时间间隔对过滤材料进行清灰，共进行5000回。在这里所指的清灰的压力是5bar。脱硝效率
采用德图烟气自动测试仪350XL，测试过滤前、后烟气中氮氧化物的含量，从而计算出脱除效率。拉伸强度
根据JISL 1096规定的布条强度法测定过滤材料的抗拉强度。试样尺寸是200mmX 50mm,以拉伸速度100mm/min、夹头间隔IOOmm进行测定。测定值是试样的经向(是和纤维的取向垂直的方向，在包含平纹粗布的试样的情况下，和平纹粗布的经向同一方向)和试样的纬向(包含平纹粗布的试样的情况下，和平纹粗布的纬向同一方向)中的I次强度的值。实施例1
迎层尘和非过滤面层的制备:采用平均直径14.5 μ m、强度4.5CN / dtex、伸长率28%的聚苯硫醚纤维经过开松、梳理、铺网、预针刺加工成纤维网分别作为迎尘层和非过滤面层； 中间织物增强层的制备:采用平均直径14.5 μ m、强度4.5CN / dtex、伸长率28%的聚苯硫醚纤维经过纺纱、热定型、织造成平纹织物作为中间织物增强层；
催化层的制备:将锰盐和钴盐组成的催化剂颗粒在温度为350°C、时间为15min的条件下热压在聚苯硫醚纤维上，再将附着了上述催化剂颗粒的聚苯硫醚纤维经过开松、梳理、铺网、预针刺加工成纤维网作为催化层，该催化层的克重为200g/m2 ；
除尘和低温脱硝过滤材料的制备:将上述制得的迎尘层、催化层、中间织物增强层、非过滤面层按顺序叠合，通过针刺加工，制备除尘和低温脱硝过滤材料，上述催化层占该过滤材料的30.8重量％，测得该过滤材料的克重为650g/m 2。通过上述方法得到的除尘和低温脱硝过滤材料，在温度为190°C的条件下，对氮氧化物的去除效率达89%，本发明过滤材料的经向拉伸强力为920N / 5cm、纬向拉伸强力为1287N / 5cm ;捕集效率达到99.9943%。实施例2
迎尘层和非过滤面层的制备:采用平均直径14.5 μ m、强度4.1 CN/dtex、伸长率35%的聚苯硫醚与间位芳香族聚酰胺混合而得的纤维经过开松、梳理、铺网、预针刺加工成纤维网分别作为迎尘层和非过滤面层；
中间织物增强层的制备:采用平均直径14.5 μ m、强度4.lCN/dtex、伸长率35%的聚苯硫醚纤维与间位芳香族聚酰胺纤维混合再经过纺纱、热定型、织造成平纹织物作为中间织物增强层；
催化层的制备:将锰盐和铈盐组成的催化剂颗粒在温度为400°C、时间为Smin的条件下热压在聚苯硫醚与间位芳香族聚酰胺混合后的纤维上，再将附着了上述催化剂颗粒的纤维经过开松、梳理、铺网、预针刺加工成纤维网作为催化层，该催化层的克重为300g/m2 ；除尘和低温脱硝过滤材料的制备:将上述制得的迎尘层、催化层、中间织物增强层、非过滤面层按顺序叠合，通过针刺加工，制备除尘和低温脱硝过滤材料，上述催化层占该过滤材料的44.1重量％，测得该过滤材料的克重为680g/m 2。通过上述方法得到的除尘和低温脱硝过滤材料，在温度为175°C的条件下，对氮氧化物的去除效率达92%，本发明过滤材料的经向拉伸强力为983N / 5cm、纬向拉伸强力为1425N / 5cm ;捕集效率达到 99.9956%。实施例3
迎尘层和非过滤面层的制备:采用平均直径17.5 μ m、强度4.8CN/dtex、伸长率30%的聚苯硫醚纤维经过开松、梳理、铺网、预针刺加工成纤维网分别作为迎尘层和非过滤面层；中间织物增强层的制备:采用平均直径17.5 μ m、强度4.8CN/dtex、伸长率30%的聚苯硫醚纤维经过纺纱、热定型、织造成平纹织物作为中间织物增强层；
催化层的制备:先将聚苯硫醚纤维进行开松、梳理、铺网、预针刺制得聚苯硫醚纤维网，然后将锰盐、钥盐和锌盐组成的催化剂颗粒以温度为350°C、时间为12min的条件下热压在聚苯硫醚纤维网上加工成催化层，该催化层的克重为300g/m2 ；
除尘和低温脱硝过滤材料的制备:将上述制得的迎尘层、催化层、中间织物增强层、非过滤面层按顺序叠合，通过针刺加工，制备除尘和低温脱硝过滤材料，上述催化层占该过滤材料的44.1重量％，测得该过滤材料的克重为680g/m 2。通过上述方法得到的除尘和低温脱硝过滤材料，在温度为185°C的条件下，对氮氧化物的去除效率达95.2%，本发明过滤材料的经向拉伸强力为1056N / 5cm、纬向拉伸强力为1637N / 5cm ;捕集效率达到99.9982%。实施例4
迎尘层和非过滤面层的制备:采用平均直径13.2 μ m、强度3.7CN/dtex、伸长率42%的聚苯硫醚与聚四氟乙烯混合而得的纤维经过开松、梳理、铺网、预针刺加工成纤维网分别作为迎尘层和非过滤面层；
中间织物增强层的制备:采用平均直径13.2 μ m、强度3.7CN/dtex、伸长率40%的聚苯硫醚纤维与聚四氟乙烯纤维混合而得的纤维经过纺纱、热定型、织造成平纹织物作为中间织物增强层；
催化层的制备:将聚苯硫醚纤维与聚四氟乙烯纤维进行混合，混合后的纤维经过开松、梳理、铺网、预针刺制得纤维网，然后将钴盐和铜盐组成的催化剂颗粒以温度为380°C、时间为IOmin的条件下热压在聚苯硫醚纤维与聚四氟乙烯纤维混合而得的纤维网上加工成催化层，该催化层的克重为280g/m2 ；
除尘和低温脱硝过滤材料的制备:将上述制得的迎尘层、催化层、中间织物增强层、非过滤面层按顺序叠合，通过针刺加工，制备除尘和低温脱硝过滤材料，上述催化层占该过滤材料的38.9重量％，测得该过滤材料的克重为720g/m 2。通过上述方法得到的除尘和低温脱硝过滤材料，在温度为180°C的条件下，对氮氧化物的去除效率达91.5%，本发明过滤材料的经向拉伸强力为1008N / 5cm、纬向拉伸强力为1336N / 5cm ;捕集效率达到99.9993%。
实施例5
迎尘层和非过滤面层的制备:采用平均直径10.5 μ m、强度3.6CN/dtex、伸长率25%的聚酰亚胺纤维经过开松、梳理、铺网、预针刺加工成纤维网分别作为迎尘层和非过滤面层；中间织物增强层:采用平均直径12.6 μ m、强度4.2CN/dtex、伸长率32%的聚苯硫醚纤维经过纺纱、热定型、织造成平纹织物作为中间织物增强层；
催化层的制备:将铈盐和铁盐组成的催化剂颗粒在温度为420°C、时间为12min的条件下热压在聚酰亚胺纤维上，再将附着了上述催化剂颗粒的聚酰亚胺纤维经过开松、梳理、铺网、预针刺加工成纤维网作为催化层，该催化层的克重为240g/m2 ；
除尘和低温脱硝过滤材料的制备:将上述制得的迎尘层、催化层、中间织物增强层、非过滤面层按顺序叠合，通过针刺加工，制备除尘和低温脱硝过滤材料，上述催化层占该过滤材料的48重量％，测得该过滤材料的克重为500g/m 2。通过上述方法得到的除尘和低温脱硝过滤材料，在温度为188°C的条件下，对氮氧化物的去除效率达96.3%，本发明过滤材料的经向拉伸强力为1158N / 5cm、纬向拉伸强力为1394N / 5cm ;捕集效率达到99.9895%。实施例6
迎尘层和非过滤面层的制备:采用平均直径19.2 μ m、强度5.0CN/dtex、伸长率21%的聚苯硫醚纤维和玻璃纤维混合而得的纤维经过开松、梳理、铺网、预针刺加工成纤维网分别作为迎尘层和非过滤面层；
中间织物增强层的制备:采用平均直径15.5 μ m、强度5.2CN/dtex、伸长率18%的玻璃纤维经过纺纱、热定型、织造成平纹织物作为中间织物增强层；
催化层的制备:先将聚苯硫醚纤维和玻璃纤维进行混合，混合后的纤维经过开松、梳理、铺网、预针刺制得纤维网，然后将钴盐和锡盐组成的催化剂颗粒以温度为370°C、时间为14min的条件下热压在聚苯硫醚纤维和玻璃纤维混合而得的纤维网上加工成催化层，该催化层的克重为210g/m2 ；
除尘和低温脱硝过滤材料的制备:将上述制得的迎尘层、催化层、中间织物增强层、非过滤面层按顺序叠合，通过针刺加工，制备除尘和低温脱硝过滤材料，上述催化层占该过滤材料的26.9重量％，测得该过滤材料的克重为780g/m 2。通过上述方法得到的除尘和低温脱硝过滤材料，在温度为170°C的条件下，对氮氧化物的去除效率达88.4%，本发明过滤材料的经向拉伸强力为1345N / 5cm、纬向拉伸强力为1780N / 5cm ;捕集效率达到99.9912%。实施例1 6中制得本发明的除尘和低温脱硝过滤材料在制备烟气过滤袋的应用。比较例I
迎层尘和非过滤面层的制备:采用平均直径14.5 μ m、强度4.5CN / dtex、伸长率28%的聚苯硫醚纤维经过开松、梳理、铺网、预针刺加工成纤维网分别作为迎尘层和非过滤面层；
中间织物增强层的制备:采用平均直径14.5 μ m、强度4.5CN / dtex、伸长率28%的聚苯硫醚纤维经过纺纱、热定型、织造成平纹织物作为中间织物增强层；
将迎尘层、中间织物增强层、非过滤面层依次叠合通过针刺、过滤面层烧毛处理后制得单位面积重量为650g/m 2过滤材料。 通过上述方法得到的除尘和低温脱硝过滤材料，在温度为190°C的条件下，对氮氧化物的去除效率达5%，本发明过滤材料的经向拉伸强力为920N / 5cm、纬向拉伸强力为1547N / 5cm ;捕集效率达到 99.9965%。
权利要求
1.一种除尘和低温脱硝过滤材料，其特征在于:该过滤材料是由迎尘层、催化层、中间织物增强层、非过滤面层构成，所述迎尘层、中间织物增强层、非过滤面层是由平均直径为5 30 μ m、强度在3.0CN/dtex以上、伸长率在50%以下的耐热纤维组成，所述催化层是由附着催化剂颗粒的耐热纤维网组成。
2.根据权利要求1所述的除尘和低温脱硝过滤材料，其特征在于:所述催化剂颗粒是由锰盐、钴盐、铈盐、铜盐、铁盐、钥盐、锌盐、锡盐中一种或几种组成。
3.根据权利要求1所述的除尘和低温脱硝过滤材料，其特征在于:所述催化层占该过滤材料的15 60重量％。
4.根据权利要求1所述的除尘和低温脱硝过滤材料，其特征在于:所述耐热纤维为聚苯硫醚纤维、间位芳香族聚酰胺纤维、聚酰亚胺、聚四氟乙烯纤维、玻璃纤维、对位芳香族聚酰胺纤维中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的除尘和低温脱硝过滤材料，其特征在于:根据JISL 1096标准，该过滤材料的克重在350 900g/m2之间。
6.根据权利要求1所述的除尘和低温脱硝过滤材料，其特征在于:根据JISL 1096标准，该过滤材料的拉伸强度在600N/5cm以上。
7.—种如权利要求1所述的除尘和低温脱硝过滤材料的生产方法，其特征在于:该方法包括如下步骤: (1)迎尘层、非过滤面层的制备:采用平均直径为5 30μ m、强度在3.0CN/dtex以上、伸长率在50%以下的耐热纤维，经过开松、梳理、铺网、预针刺加工而成； (2)中间织物增强层的制备:采用平均直径为5 30μ m、强度在3.0CN/dtex以上、伸长率在50%以下的耐热纤维，经过纺纱、热定型、织造而成； (3)催化层的制备:将催化剂颗粒在温度为250 500°C、时间为2 20min下进行热压，使之附着在耐热纤维或耐热纤维网上，加工成催化层； (4)除尘和低温脱硝过滤材料的制备:将所述迎尘层、催化层、中间织物增强层、非过滤面层按顺序叠合，通过针刺加工得到成品。
8.—种如权利要求1所述的除尘和低温脱硝过滤材料在制备烟气过滤袋的应用。
全文摘要
本发明公开了一种除尘和低温脱硝过滤材料及其用途，该过滤材料是由迎尘层、催化层、中间织物增强层、非过滤面层构成，所述迎尘层、中间织物增强层、非过滤面层是由平均直径为5～30μm、强度在3.0CN/dtex以上、伸长率在50%以下的耐热纤维组成，所述催化层是由附着催化剂颗粒的耐热纤维网组成。该过滤材料具有除尘和脱硝双效的功能，在温度低于190℃条件下实现85%以上的脱硝效率，而且还具有优良的机械强度，使用寿命长的特点。
文档编号B32B5/26GK103170182SQ201110437070
公开日2013年6月26日 申请日期2011年12月23日 优先权日2011年12月23日
发明者顾立霞, 兰春艳, 姜锋, 李鑫 申请人:东丽纤维研究所(中国)有限公司, 中国纺织科学研究院