专利名称：一种负载纳米级催化剂的滤料及其制备方法和应用的制作方法
技术领域：
本发明属于功能滤料技术领域，特别涉及一种负载纳米级催化剂的滤料及其制备方法和应用。
背景技术：
众所周知，NOx是大气污染源之一，对人类的健康构成极大的威胁。各国对NOx的排放都有严格的限制，且标准越来越严。因此，近些年来，在烟气脱氮方面人们做了大量的研究工作。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。SCR法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N2和H2O的方法。由于其具有高效性和实用性，现已成为脱氮领域的研究热点。已商业化的钒钛体系催化剂起活温度高(>300°C)，难以在烟气处理系统末端应用，且安装运行费用较高。因此，经济性高且适用于末端处理的低温SCR技术成为研究人员关注的热点。无载体MnOx-CeOdI化剂是目前此类报道中低温SCR活性最高的，温度在 120°C时NOx可几乎完全转化为N2。但是目前对污染物的控制一般采用单独脱除的方法。由此会造成工厂尾部烟气净化系统的复杂、占地面积大和治理成本的提高。在烟气除尘领域，袋式除尘器已成为烟气除尘的首选，而滤料具有工艺流程简单、 生产速度快、产量与劳动生产率高、成本低、可用的纤维来源广、工艺容易掌握、产品品种多等优点，近年来在全世界范围内产量增长很快。现有除尘器只能除尘，而对烟气中的NOx 无去除作用。所以研究一种兼具除尘和脱硝作用的袋式除尘器成为各国研究的重点。碳纳米管由于具有独特的一维结构、大的比表面积、超强的机械性能、高的化学和热稳定性以及良好的导电能力成为最近十几年国际上研究的热点。无论是应用在催化剂方面还是成膜方面都有了成熟的研究，但将碳纳米管负载催化剂的复合材料应用于袋式除尘器上却未见有报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种负载纳米级催化剂的滤料及其制备方法和应用，解决现有技术中尾部烟气净化系统复杂和治理成本高等缺点。特别是以碳纳米管为纳米催化剂载体，成功地解决了催化剂负载在滤料上的难题。由于加入了碳纳米管，滤料的物理性能如强度、耐腐蚀性及对更小颗粒物的除尘效率均会得到较大的提高，从而使滤料有更高的过滤效率和很好的脱有害气体的能力。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案
一种负载纳米级催化剂的滤料是以碳纳米管为媒介，先将纳米催化剂吸附在碳纳米管表面，然后使碳纳米管在滤料表面形成一层致密薄膜；所述的纳米催化剂和碳纳米管质量之和与滤料质量之比为1-20 100 ；所述的纳米催化剂与碳纳米管的质量比为0. 5-20 =IOO0所述的纳米催化剂为自制的或商业上购买的纳米级的无载体MnOx-CeA催化剂，MnOx是MnO2、Μη203、Μη304中的一种或多种的混合物，粒径小于lOOnm。所述的碳纳米管来自商业购买的多壁碳纳米管，直径为lO-SOnm，长度为 1-20 μ m,纯度大于80%，且未经过酸或氧化处理。所述的滤料为聚苯硫醚针刺毡滤料，是以聚苯硫醚纤维为原料，经开松、复合混料、梳理、铺网、针刺、热定型和烧毛压光制备而成。负载纳米级催化剂的滤料的制备方法的具体步骤如下
(1)将纳米催化剂和碳纳米管按质量比为1:1-2:1加入无水乙醇中超声Ι-Mh，形成黑色的悬浮液；再静置l-20min，使纳米催化剂吸附到碳纳米管表面上；
(2)以滤料为过滤器，并连接真空抽滤器，将步骤(1)的悬浮液浇注在滤料表面，开启真空抽滤器，过滤掉溶剂，让碳纳米管附着并缠结在滤料的表面，形成一层致密薄膜，催化剂也跟着负载在滤料上；
(3)将步骤(2)的滤料放入40-60°C真空干燥箱中干燥Ι-Mh，即得所述的负载纳米级催化剂的滤料。负载纳米级催化剂的滤料的应用是将负载纳米级催化剂的滤料作为除尘剂和脱硝剂使用。温度在80-160°C下，负载量在59Γ20%范围内均有较好的脱硝率。本发明的显著优点在于本发明解决现有技术中尾部烟气净化系统复杂和治理成本高等缺点。特别是以碳纳米管为纳米催化剂载体，成功地解决了催化剂负载在滤料上的难题。由于加入了碳纳米管，滤料的物理性能如强度、耐腐蚀性及对更小颗粒物的除尘效率均会得到较大的提高，从而使滤料有更高的过滤效率和很好的脱有害气体的能力。
图1是催化剂活性测试中，自制管式SCR反应器装置图。图中，1为N2, 2为02，3为 NH3,4为Ν0，5为质量流量计，6为三通阀，7为热电偶，8为数字程序升温器，9为反应器，10 为分析仪器，11为排气装置。图2是负载纳米级催化剂的滤料制备工艺流程图。
具体实施例方式以下是本发明的几个具体实施例，进一步说明本发明，但是本发明不仅限于此。下列实施例中的PPS针刺毡滤料按以下方法制备得到以聚苯硫醚(PPQ纤维为原料，经开松、复合混料、梳理、铺网、针刺、热定型和烧毛压光制备得到针刺毡滤料。实施例1
剪一块直径为7. 40cm的圆形PPS滤料，在电子天平上称得其质量为2. 2770g。分别称取0. 0759gMn0x-Ce0jn0. 0380gMWTNs，放入50ml烧杯，加入30ml乙醇，在超声器上超声lh， 形成不透明的悬浮液，然后静置5min (未出现沉淀或分层)。将上述剪得的滤料装在布氏漏斗里用做过滤器，将悬浮液倒入漏斗中抽滤，待滤液抽干后，将所得滤料放入真空干燥箱中干燥池，温度设为50°C，然后取出称重得 2. 3894g，算得负载量为4. 9%，理论值为5%。催化剂在自制管式SCR反应器中进行评价。NO和NH3体积分数均为0. 05%, O2体积分数为596，其余为N2，气体流速为M6mL ^irT1,温度设置为160°C，然后用英国KM940烟气分析仪测得脱硝率为60%。实施例2
剪一块直径为7. 40cm的圆形PPS滤料，在电子天平上称得其质量为2. 1050g。分别称取0. 2807gMn0x-Ce02和0. 1403gMWTNs，放入150ml烧杯，加入80ml乙醇，在超声器上超声 12h，形成不透明的悬浮液，然后静置IOmin (未出现沉淀或分层)。将上述剪得的滤料装在布氏漏斗里用做过滤器，将悬浮液倒入漏斗中抽滤，待滤液抽干后，将所得滤料放入真空干燥箱中干燥4h，温度设为60°C，然后取出称重得 2. 521 lg，算得负载量为19. 8%，理论值为20%。催化剂在自制管式SCR反应器中进行评价。NO和NH3体积分数均为0. 05%, O2体积分数为596，其余为N2，气体流速为M6mL ^irT1,温度设置为160°C，然后用英国KM940 烟气分析仪测得脱硝率为96%。实施例3
剪一块直径为7. 40cm的圆形PPS滤料，在电子天平上称得其质量为2. 1558g。分别称取0. 1437gMn0x-Ce02和0. 0719gMWTNs，放入IOOml烧杯，加入50ml乙醇，在超声器上超声 10h，形成不透明的悬浮液，然后静置15min (未出现沉淀或分层)。将上述剪得的滤料装在布氏漏斗里用做过滤器，将悬浮液倒入漏斗中抽滤，待滤液抽干后，将所得滤料放入真空干燥箱中干燥池，温度设为50°C，然后取出称重得 2. 3701g，算得负载量为9. 9%，理论值为10%。催化剂在自制管式SCR反应器中进行评价。NO和NH3体积分数均为0. 05%, O2体积分数为596，其余为N2，气体流速为M6mL MirT1,温度设置为130°C，然后用英国KM940 烟气分析仪测得脱硝率为86%。实施例4
剪一块直径为7. 40cm的圆形PPS滤料，在电子天平上称得其质量为2. 3619g。分别称取0. 1575g MnOx-CeO2和0. 0787gMWTNs，放入IOOml烧杯，加入70ml乙醇，在超声器上超声 Mh，形成不透明的悬浮液，然后静置20min (未出现沉淀或分层)。将上述剪得的滤料装在布氏漏斗里用做过滤器，将悬浮液倒入漏斗中抽滤，待滤液抽干后，将所得滤料放入真空干燥箱中干燥Mh，温度设为70°C，然后取出称重得 2. 3701g，算得负载量为10%，理论值为10%。催化剂在自制管式SCR反应器中进行评价。NO和NH3体积分数均为0. 05%, O2体积分数为596，其余为N2,气体流速为^irT1,温度设置为80°C，然后用英国KM940烟气分析仪测得脱硝率为68%。活性评价催化剂在自制管式SCR反应器中进行评价。反应器为外部电加热， 反应管催化剂床层旁放置热电偶测量温度，实验装置流程如图1所示。以钢气瓶模拟烟气组成，烟气中包括N0、02、N2，NH3为还原气体，NO和NH3体积分数均为0.04-0. 06%，O2体积分数为4-696，其余为N2,气体流速为^mirT1,温度控制在80_160°C间，气体流量、 组成由质量流量计调节和控制。气体分析采用英国KM940烟气分析仪，为了保证数据的稳定性和准确性，每个工况至少稳定60min。表1不同负载量和温度对脱硝率的影响
权利要求
1.一种负载纳米级催化剂的滤料，其特征在于所述的负载纳米级催化剂的滤料，是以碳纳米管为媒介，先将纳米催化剂吸附在碳纳米管表面，然后使碳纳米管在滤料表面形成一层致密薄膜；所述的纳米催化剂和碳纳米管质量之和与滤料质量之比为1-20 100 ；所述的纳米催化剂与碳纳米管的质量比为0. 5-20 :100。
2.根据权利要求1所述的负载纳米级催化剂的滤料，其特征在于所述的纳米催化剂为自制的或商业上购买的纳米级的无载体MnOx-CeA催化剂，MnOx是MnO2、Mn2O3、Mn3O4中的一种或多种的混合物，粒径小于lOOnm。
3.根据权利要求1所述的负载纳米级催化剂的滤料，其特征在于所述的碳纳米管来自商业购买的多壁碳纳米管，直径为10-80nm，长度为1-20 μ m，纯度大于80%，且未经过酸或氧化处理。
4.根据权利要求1所述的负载纳米级催化剂的滤料，其特征在于所述的滤料为聚苯硫醚针刺毡滤料，是以聚苯硫醚纤维为原料，经开松、复合混料、梳理、铺网、针刺、热定型和烧毛压光制备而成。
5.一种如权利要求1所述的负载纳米级催化剂的滤料的制备方法，其特征在于所述的制备方法的具体步骤如下将纳米催化剂和碳纳米管按质量比为1:1-2:1加入无水乙醇中超声Ι-Mh，形成黑色的悬浮液；再静置l-20min，使纳米催化剂吸附到碳纳米管表面上；以滤料为过滤器，并连接真空抽滤器，将步骤(1)的悬浮液浇注在滤料表面，开启真空抽滤器，过滤掉溶剂，让碳纳米管附着并缠结在滤料的表面，形成一层致密薄膜，催化剂也跟着负载在滤料上；将步骤(2)的滤料放入40-60°C真空干燥箱中干燥Ι-Mh，即得所述的负载纳米级催化剂的滤料。
6.一种如权利要求1所述的负载纳米级催化剂的滤料的应用，其特征在于所述的负载纳米级催化剂的滤料作为除尘剂和脱硝剂使用。
全文摘要
本发明提供一种负载纳米级催化剂的滤料及其制备方法和应用，以碳纳米管为媒介，先将纳米催化剂吸附在碳纳米管表面，然后使碳纳米管在滤料表面形成一层致密薄膜；所述的纳米催化剂和碳纳米管质量之和与滤料质量之比为1-20100；所述的纳米催化剂与碳纳米管的质量比为0.5-20100。本发明解决现有技术中尾部烟气净化系统复杂和治理成本高等缺点。特别是以碳纳米管为纳米催化剂载体，成功地解决了催化剂负载在滤料上的难题。由于加入了碳纳米管，滤料的物理性能如强度、耐腐蚀性及对更小颗粒物的除尘效率均会得到较大的提高，从而使滤料有更高的过滤效率和很好的脱有害气体的能力。
文档编号B01D53/56GK102553348SQ20121000660
公开日2012年7月11日 申请日期2012年1月11日 优先权日2012年1月11日
发明者汪谢, 郑玉婴 申请人:福州大学