专利名称：一种用于吸收废气中雾滴和voc的功能模块的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种用于吸收废气中雾滴和VOC的功能模块的制备方法，属于材料制备和环境保护技术领域。
背景技术：
目前我国长三角、珠三角和京津冀个片区的灰霾污染日趋严重，已经严重威胁到了民众的身体健康和经济的可持续发展。2012年底一个月内5次袭击北京市和河北大部的极重灰霾污染对我国大气环境保护领域敲响了警钟。而在相关的灰霾追因溯源的研究过程中人们发现，餐饮导致的有机气凝胶在灰霾污染中的贡献骤然凸显，这给餐饮尾气处理提出了迫切的技术要求。而最近的研究发现，餐饮业和装修等生活面源排放的VOC在总VOC排放中所占比例接近20%,同时由于此类排放和人居密度关系密切，排放时间相对集中，已经成为当前城市局部空气重度污染公认的元凶之一。具有中国特色的食品烹调方式大量使用煎、炒、炸等工艺，导致所排放的废气中大量含有油水混合物构成的雾滴，这些雾滴含有近两百种有机物，很多有机成分分子较大，难以通过催化氧化的方法来去除，目前也有一些通过紫外、臭氧等方法加以去除的深度氧化工艺，但很多分子较大的有机物很难彻底氧化为二氧化碳和水，其产生的部分氧化产物甚至具有等大的毒性和致霾活性，因此催化氧化去除的方法并不太适合于餐饮废气中液滴的去除。而普通的采用折流法的抽油烟机难以完全消除所排放的油烟，因此需要一种简便有效的技术方案来净化经抽油烟机处理后的餐饮废气。此外，由于餐饮业的废气排放往往没有风机辅助，因此该净化模块必须压降很低，因此常见的固定床吸附法由于压降太大而无法采用，而流化床吸附法虽然床层压降不高，但下层的气体分布板压降较大，而且一般需要在流化床后安装旋风分离器，以去除因破碎而逃逸的吸附剂颗粒，这对于餐饮废气处理的场合往往是不能接受的。综上所述，目前我国亟需一种气阻小、通量大、能够有效去除餐饮业废气中的雾滴和VOC的技术方案，这对于从源头抑制餐饮业对大气灰霾污染的贡献至关重要。本研究团队曾利用蜂窝状多孔材料通过涂覆硅藻土或活性炭等多孔材料制备了用于捕收气流中雾滴和VOC的功能模块，获得良好的去除效果，然而经过进一步的数值模拟、研究和试验，我们开发了一种具有更低压降和更高液滴去除吸附效率的折流板装置。
发明内容
本发明的目的在于通过一种简单的方法获得具有低气阻、高通量的高效除去雾滴和VOC的模块。该模块结构紧凑、制作方法简单、压降较低，对于餐饮废气中的雾滴和气溶胶粒子都具有一定的捕捉能力。本发明的目的是通过如下的技术方案实现的:采用截面是正六边形的纸蜂窝板为基体，单层纸蜂窝的高度是截面的正六边形边长的I 10倍，在相邻的隔板层的不同位置沿中线和正六边形轮廓打孔，并在中线处设置竖直挡板，竖直挡板的高度是隔板层正六边形边长的0.1 0.9倍，纸蜂窝正六边形的边长为4mm 200mm，再将纸蜂窝模块浸溃在含有吸收剂粉末的浆料中，取出后经烘干便得到用于吸收废气中雾滴和VOC的功能模块；所述方法中的吸收剂粉末为硅藻土、活性炭粉末、活性焦粉末、短切碳纤维、短切活性炭纤维、短切玻璃纤维、活性氧化铝粉、分子筛原粉、沸石粉、膨胀蛭石粉、蒙脱土粉和水滑石粉当中的一种或任意几种的混合物；所述方法中用于负载吸收剂粉末的浆料的固含量为lwt% 50wt%;所述方法中用于负载吸收剂粉末的浆料中含有粘附剂，用于将吸附剂粘附在纸蜂窝层和隔板层上，粘附剂是糊化淀粉、阳离子醚化淀粉、羧甲基纤维素钠、甲基纤维素、聚乙二醇(分子量1000 2.5万)和聚乙烯醇(分子量2.5万 30万)当中的一种或任意几种的混合物，粘附剂在浆料中的质量浓度为0.lwt% 5wt%。由于在纸蜂窝的相邻隔板层的不同位置开孔，并在开孔处设置竖直挡板，可以迫使含有雾滴的气流将在多层纸蜂窝的孔道内涡旋和折流通过，大大提高了雾滴蜂窝层内壁和隔板层吸收捕捉的概率，此外由于蜂窝层内壁和隔板层表面都负载有吸附剂，这也大大提高了模块对VOC和雾滴的吸收能力，当气流中雾滴较多时可选择硅藻土、短切碳纤维、短切玻璃纤维、活性氧化铝粉、分子筛原粉、沸石粉、膨胀蛭石粉、蒙脱土粉和水滑石粉等吸油值较高的粉体作为功能模块的吸收剂，这样可以较多的吸收餐饮废气中含油水混合物的雾滴；当废气中VOC较高时，可选择活性炭粉末、活性焦粉末或短切活性炭纤维为吸附剂，这样可有效吸附废气中的V0C。一般情况可以先安置几层以硅藻土、短切碳纤维、短切玻璃纤维、活性氧化铝粉、分子筛原粉、沸石粉、膨胀蛭石粉、蒙脱土粉和水滑石粉等粉体为吸附剂的纸蜂窝层，首先将气流中的雾滴完全去除，然后再安置几层以活性炭粉末、活性焦粉末或短切活性炭纤维为吸附剂的纸蜂窝层，对气流中残余的VOC进行脱除，这样安置可以充分发挥活性炭、活性焦等吸附剂对VOC的吸附性能，并避免它们被含粘稠油水混合的雾滴所覆盖并堵孔。
本发明的除尘模块可由说明书图1、图2、图3、图4和图5表示。在图1、图2、图3和图5中:1代表隔板层；2代表蜂窝层；3代表含有雾滴和VOC的气流；4代表经过净化后的气流；5代表竖直挡板。图1画出了两层隔板层和两层蜂窝层解离开后的斜视图，而实际模块是许多隔板层和蜂窝层相间粘结而成的，而且实际模块的层数可以根据任意选择。图2是除尘模块的顶视图，画出了相邻两个隔板层。图3是沿图2的A— A方向的剖面图，图中画出了 6层蜂窝层和6层隔板层构成的模块的情况，并画出了模块内的气体的流线。附图1、2、3、4、5用于对本技术方案进行直观阐释，但并不对本技术方案中纸蜂窝模块的外形和层数构成限制，本技术方案中蜂窝层和隔板层的外形可根据实际烟道截面的需要选择圆形、椭圆、梨形、三角形、方形和多边形，而且其层数可以任意选择。图4给出了一个正六边形流道内隔板层的开孔样式和竖直隔板形状。图5给出了在一个正六边形气流通道内，将反复交替的蜂窝层和隔板层解离后的斜视图。
具体实施例方式本发明提供的一种用于吸收废气中雾滴和VOC的功能模块的制备方法，其具体技术方案是这样实现的:采用截面是正六边形的纸蜂窝板为基体，单层纸蜂窝的高度是截面的正六边形边长的I 10倍，在相邻的隔板层的不同位置沿中线和正六边形轮廓打孔，并在中线处设置竖直挡板，竖直挡板的高度是隔板层正六边形边长的0.1 0.9倍，纸蜂窝正六边形的边长为4_ 200_，再将纸蜂窝模块浸溃在含有吸收剂粉末的浆料中，取出后经烘干便得到用于吸收废气中雾滴和VOC的功能模块；所述方法中的吸收剂粉末为硅藻土、活性炭粉末、活性焦粉末、短切碳纤维、短切活性炭纤维、短切玻璃纤维、活性氧化铝粉、分子筛原粉、沸石粉、膨胀蛭石粉、蒙脱土粉和水滑石粉当中的一种或任意几种的混合物；所述方法中用于负载吸收剂粉末的浆料的固含量为lwt% 50wt% ;所述方法中用于负载吸收剂粉末的浆料中含有粘附剂，用于将吸附剂粘附在纸蜂窝层和隔板层上，粘附剂是糊化淀粉、阳离子醚化淀粉、羧甲基纤维素钠、甲基纤维素、聚乙二醇(分子量1000 2.5万)和聚乙烯醇(分子量2.5万 30万)当中的一种或任意几种的混合物，粘附剂在浆料中的质量浓度为 0.lwt% 5wt%0下面举出几个具体实施例，以进一步理解本发明:实施例1:取10块直径为200mm的圆形纸蜂窝板(分别含有10层蜂窝层和10层隔板层),每层纸蜂窝板的厚度为40mm，蜂窝层截面的正六边形的边长为4mm，在相邻的隔板层的不同位置沿中线和正六边形轮廓打孔，并在中线处设置竖直挡板，挡板高度为0.8mm,并将8层纸蜂窝板浸溃在含有30%硅藻土和0.1%聚乙烯醇(MW30万)的浆料中，取出后烘干，而另外2层纸蜂窝则浸溃在含有10%活性炭粉末和0.5%糊化淀粉的浆料中，取出后烘干，将负载硅藻土的纸蜂窝层安置在前，而将负载活性炭的纸蜂窝安置在后，便获得了可有效去除废气中雾滴和VOC的功能模块。实施例2:取20块尺寸为300mmX 300mm的正方形纸蜂窝板(分别含有20层蜂窝层和20层隔板层)，每层纸蜂窝板的厚度为100mm，蜂窝层截面的正六边形的边长为10mm，在相邻的隔板层的不同位置沿中线和正六边形轮廓打孔，并在中线处设置竖直挡板，挡板高度为9_，并将10层纸蜂窝板浸溃在含有50%膨胀蛭石粉和5%聚乙二醇(MW1000)的浆料中，取出后烘干，而另外10层纸蜂窝则浸溃在含有1%活性焦粉末和0.1%甲基纤维素的浆料中，取出后烘干，将负载蛭石粉的纸蜂窝层安置在前，而将负载活性焦的纸蜂窝安置在后，便获得了可有效去除废气中雾滴和VOC的功能模块。实施例3:取30块直径为IOOOmm的纸蜂窝板(分别含有30层蜂窝层和30层隔板层)，每层纸蜂窝板的厚度为300mm，蜂窝层截面的正六边形的边长为200mm，在相邻的隔板层的不同位置沿中线和正六边形轮廓打孔，并在中线处设置竖直挡板，挡板高度为20mm，并将22层纸蜂窝板浸溃在含有40%活性氧化铝粉和2%聚乙烯醇(MW2.5万)的浆料中，取出后烘干，而另外8层纸蜂窝则浸溃在含有20%短切活性炭纤维和0.1%阳离子醚化淀粉的浆料中，取出后烘干，将负载活性氧化铝的纸蜂窝层安置在前，而将负载短切活性炭纤维的纸蜂窝安置在后，便获得了可有效去除废气中雾滴和VOC的功能模块。实施例4:取15块尺寸为100mmX200mm的长方形纸蜂窝板(分别含有15层蜂窝层和15层隔板层)，每层纸蜂窝板的厚度为20mm，蜂窝层截面的正六边形的边长为6mm，在相邻的隔板层的不同位置沿中线和正六边形轮廓打孔，并在中线处设置竖直挡板，挡板高度为12_并将10层纸蜂窝板浸溃在含有40%分子筛原粉和0.2%聚乙二醇(MW25000)的浆料中，取出后烘干，而另外5层纸蜂窝则浸溃在含有10%活性炭粉末和0.5%羧甲基纤维素钠的浆料中，取出后烘干，将负载分子筛原粉的纸蜂窝层安置在前，而将负载活性炭的纸蜂窝安置在后，便获得了可有效去除废气中雾滴和VOC的功能模块。实施例5:取20块尺寸为400mmX 200mm的长方形纸蜂窝板(分别含有20层蜂窝层和20层隔板层)，每层纸蜂窝板的厚度为20mm，蜂窝层截面的正六边形的边长为8mm，在相邻的隔板层的不同位置沿中线和正六边形轮廓打孔，并在中线处设置竖直挡板，挡板高度为8_，并将10层纸蜂窝板浸溃在含有20%沸石粉末和1%糊化淀粉的浆料中，取出后烘干，而另外10层纸蜂窝则浸溃在含有20%活性炭粉末和0.8%聚乙烯醇(丽10000)的浆料中，取出后烘干，将负载沸石粉末的纸蜂窝层安置在前，而将负载活性炭的纸蜂窝安置在后，便获得了可有效去除废气中雾滴和VOC的功能模块。实施例6:取15块直径为300_的长方形纸蜂窝板(分别含有15层蜂窝层和15层隔板层)，每层纸蜂窝板的厚度为30mm，蜂窝层截面的正六边形的边长为6mm，在相邻的隔板层的不同位置沿中线和正六边形轮廓打孔，并在中线处设置竖直挡板，挡板高度为12mm并将10层纸蜂窝板浸溃在含有20%蒙脱土粉和0.2%聚乙烯醇(MW8000)的浆料中，取出后烘干，而另外5层纸蜂窝则浸溃在含有20%活性焦粉末和0.5%聚乙烯醇(MW8000)的浆料中，取出后烘干，将负载蒙脱土粉的纸蜂窝层安置在前，而将负载活性焦粉末的纸蜂窝安置在后，便获得了可有效去除废气中雾滴和VOC的功能模块。
权利要求
1.一种用于吸收废气中雾滴和VOC的功能模块的制备方法，其特征在于本方法是通过如下的技术方案实现的:采用截面是正六边形的纸蜂窝板为基体，单层纸蜂窝的高度是纸蜂窝截面的正六边形边长的I 10倍，在相邻的隔板层的不同位置沿中线和正六边形轮廓打孔，并在中线处设置竖直挡板，竖直挡板的高度是纸蜂窝截面正六边形边长的0.1 0.9倍，纸蜂窝截面正六边形的边长为4mm 200mm，再将纸蜂窝板基体浸溃在含有吸收剂粉末的浆料中，取出后经烘干便得到用于吸收废气中雾滴和VOC的功能模块。
2.如权利要求1所述的一种用于吸收废气中雾滴和VOC的功能模块的制备方法，其特征在于:模块上的吸收剂粉末为硅藻土、活性炭粉末、活性焦粉末、短切碳纤维、短切活性炭纤维、短切玻璃纤维、活性氧化铝粉、分子筛原粉、沸石粉、膨胀蛭石粉、蒙脱土粉和水滑石粉当中的一种或任意几种的混合物。
3.如权利要求1所述的一种用于吸收废气中雾滴和VOC的功能模块的制备方法，其特征在于:用于负载吸收剂粉末的衆料的固含量为lwt% 50wt%。
4.如权利要求1所述的一种用于吸收废气中雾滴和VOC的功能模块的制备方法，其特征在于:用于负载吸收剂粉末的浆料中含有粘附剂，用于将吸附剂粘附在纸蜂窝层和隔板层上，粘附剂是糊化淀粉、阳离子醚化淀粉、羧甲基纤维素钠、甲基纤维素、聚乙二醇(分子量1000 2.5万)和聚乙烯醇(分子量2.5万 30万)当中的一种或任意几种的混合物，粘附剂在浆料中的质量浓度为0.lwt% 5wt%。
全文摘要
一种用于吸收废气中雾滴和VOC的功能模块的制备方法，属于材料制备和环境保护技术领域。该方法是采用纸蜂窝为基材，在相邻的隔板层的不同位置沿中线和隔板层轮廓打孔，并在中线处设置竖直挡板，再将纸蜂窝模块浸渍在含有吸收剂粉末的浆料中，取出后经烘干便得到用于吸收废气中雾滴的功能模块，气流在该模块中折流和涡旋通过，其中的雾滴将被纸蜂窝内壁和隔板层表面的吸收剂所捕捉，从而使该模块可以在压降较低的情况下高效去除气流中的雾滴，比较适应用于餐饮废气的净化处理。
文档编号B01D53/04GK103170190SQ20131008844
公开日2013年6月26日 申请日期2013年3月19日 优先权日2013年3月19日
发明者刘海弟, 徐俊波, 温浩, 李伟曼, 黄亿苹, 陈运法 申请人:中国科学院过程工程研究所