专利名称：一种除尘及废气分解双效过滤材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种除尘及废气分解双效过滤材料及其制备方法。
技术背景
随着世界范围内的环保意识不断增强，大气污染越来越受到广泛关注，特别是对于有毒有害气体的控制如二恶英、二氧化硫、氮氧化物等也越来越受到重视。常见的废气处理方法如活性炭吸附、干法或半干法脱硫、氨法脱硝等，或者仅通过简单的物相间的转移，或者只具有单一功能。近年来催化剂氧化分解技术逐渐受到重视，它是在160 250°C 的一定温度下可将废气分解为无害物。目前该类催化剂需加工成一定形状或配套设备使用，存在不易成型、投资大等缺陷，这在一定程度上限制了它的使用。
浙江理工大学申请号为200610155052. 1的发明专利中，公开了一种“高温烟尘/ 粉尘一体化处理用覆膜过滤材料的制备方法”，该方法是将该纤维和聚四氟乙烯纤维经过开松、混和、梳理、针刺等环节制备催化层，最后热复合聚四氟乙烯微孔薄膜，加工成除尘及废气分解双效过滤材料。美国Gore公司在专利USP5620669中，公开了一种催化过滤材料和其加工方法，它所介绍的催化过滤材料为多层结构，其中迎尘面为聚四氟乙烯微孔膜，同时催化层由50%的合成纤维和50%催化纤维混和制成。这种过滤材料制备成滤袋后可替代现行的除尘滤袋，具有除尘和二恶英分解双重功能。
上述的现有过滤材料均需把催化剂粉体植入到纤维内，利用聚四氟乙烯材料的特性(易形成微孔)，再通过层间结构的变化使催化剂与废气接触达到催化分解的目的。由于聚四氟乙烯微孔膜本身孔隙小，滤料运行阻力大，加上聚四氟乙烯微孔膜在烟气中含油的情况下会造成膜孔的堵塞，导致滤料极易失效，因此适用范围有限；而且催化剂粉体被完全嵌入在聚四氟乙烯树脂内部，废气与催化剂接触不充分，废气分解效率不理想，并且由于含催化剂纤维本身强度较低，在开松、混和、梳理等系列加工过程受到很强的开松力，容易造成损耗，降低了催化效果。发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种能有效除尘和分解废气的过滤材料。
为了达到上述目的，本发明提供了一种除尘及废气分解双效过滤材料，包括素毡、 催化剂粉体和涂层；该过滤材料以素毡为载体，素毡内部附着催化剂粉体，素毡表面涂覆涂层；涂层为聚三氟氯乙烯微孔膜结构；催化剂粉体为纳米或微米级，选自五氧化二钒、三氧化二钒、三氧化钨、二氧化钛、二氧化锰中的一种或一种以上。
上述素毡由高性能纤维通过开松、混合、梳理、铺网、针刺制成；高性能纤维选自聚四氟乙烯纤维、聚苯硫醚纤维、聚酰胺纤维、聚酰胺亚胺纤维、玻璃纤维中的一种或一种以上；催化剂粉体通过将其制成催化剂粉体水分散液后浸渍或喷涂后烘干，附着在素毡内； 聚三氟氯乙烯微孔膜结构由涂层剂涂覆在附着有催化剂粉体的素毡表面后，烘干而成；涂层剂包括聚三氟氯乙烯乳液。
催化剂粉体水分散液中还包括硅烷偶联剂；催化剂粉体水分散液中催化剂粉体的质量百分浓度为10 15%，硅烷偶联剂的质量为催化剂粉体质量的0. 5-1%。
涂层剂由以下重量份的原料混合而成浓度为20 40%的聚三氟氯乙烯乳液 60 95份、发泡剂0. 5 1份、增稠剂1 2份以及水5 30份；发泡剂为十二烷基硫酸钠或脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠；增稠剂为聚丙烯酸钠或聚乙烯醇。
其中，素毡的含量为500 900g/m2 ；催化剂粉体的含量为500 1000g/m2，优选含量为500 600g/m2 ；涂层的含量为20 40g/m2 ；过滤材料的总重量为1020 1940g/m2。
本发明还提供了一种除尘及废气分解双效过滤材料的制备方法，包括以下步骤(1)制备载体将高性能纤维经开松、混合、梳理、铺网、针刺制成素毡；控制素毡含量为500 900g/m2 ；所述高性能纤维选自聚四氟乙烯纤维、聚苯硫醚纤维、聚酰胺纤维、聚酰胺亚胺纤维、玻璃纤维中的一种或一种以上；(2)制备催化剂粉体水分散液将催化剂粉体与硅烷偶联剂混合，加入水，通过搅拌机以300 400rpm的速度搅拌，制成质量百分浓度为10 15%的催化剂粉体水分散液；所述催化剂粉体选自五氧化二钒、三氧化二钒、三氧化钨、二氧化钛、二氧化锰中的一种或一种以上；硅烷偶联剂的质量为催化剂粉体质量的0. 5-1% ；(3)制备活化素毡通过浸渍或喷涂的方法将步骤(2)中制得的催化剂粉体水分散液附着在步骤(1) (1)中制得的素毡内，烘干，制得活化素毡；并控制催化剂粉体的附着量为 500 1000g/m2，优选附着量为500 600g/m2 ；(4)制备涂层剂取以下重量份的原料浓度为20 40%的聚三氟氯乙烯乳液60 95 份、发泡剂0. 5 1份、增稠剂1 2份以及水5 30份混合均勻制成具有粘度的涂层剂混合液；所述发泡剂为十二烷基硫酸钠或脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠；所述增稠剂为聚丙烯酸钠或聚乙烯醇。
(5)涂覆通过泵将步骤(4)制得的涂层剂混合液输送到发泡机，并注入压缩空气进行剪切发泡后输送到刮刀涂头，将步骤(3)中制备的活化素毡输送到刮刀涂头上，在素毡表面形成均勻的膜结构，高温200-240°C焙烘制得所述过滤材料。
本发明相比现有技术具有以下优点本发明采用浸渍或喷涂的方法将催化剂粉体直接附着在素毡内部，未被树脂等包覆，且没有催化剂的层间结构，当烟气达到滤料表面时就开始被催化分解，废气与催化剂粉体之间充分接触，大大提高了分解效率；同时利用聚三氟氯乙烯乳液作为涂层，在毡材表面形成具有微孔的连续膜结构，粉尘不易渗透到滤料内部，催化剂可以保持很长的催化活性而不失效。采用本发明制备过滤材料，工艺简单易行， 降低了催化纤维制备、覆膜等加工成本，且与聚四氟乙烯微孔薄膜相比，运行阻力低，同时降低了过滤材料后续的缝制、运输、安装等的难度。具体实施方式
下面结合实施例对本发明除尘及废气分解双效过滤材料进行详细说明。
实施例1本发明除尘及废气分解双效过滤材料包括以聚四氟乙烯纤维和聚苯硫醚纤维为原料制成的素毡、附着在素毡内部的催化剂粉体和涂覆在素毡表面的聚三氟氯乙烯微孔膜。素毡的含量为550g/m2。催化剂粉体为五氧化二钒、三氧化钨和二氧化钛，总含量为500g/m2。 聚三氟氯乙烯微孔膜的含量为20g/m2。过滤材料的总含量为1070g/m2。
该过滤材料通过以下步骤制备(1)将聚四氟乙烯纤维和聚苯硫醚纤维经开松混合一梳理一铺网一针刺等工序制成素毡；控制素毡的含量为550g/m2。
(2)将五氧化二钒、三氧化钨、二氧化钛与Y -甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷以质量比3 34:0. 05混合，加入水，通过搅拌机以300-400rpm的速度搅拌，制成浓度为10% 的催化剂粉体水分散液；(3)将催化剂粉体水分散液通过浸渍或喷涂的方法使附着在素毡内，并保证催化剂粉体的附着量为500g/m2 ；(4)取浓度为40%的聚三氟氯乙烯乳液60份、十二烷基硫酸钠1份、聚丙烯酸钠2份以及水30份混合均勻制成具有粘度的涂层剂混合液；(5)通过泵将涂层剂混合液输送到发泡机，并注入压缩空气进行剪切发泡后输送到刮刀涂头，将步骤(3)制得的毡材烘干后输送到刮刀涂头上，使毡材表面形成均勻的膜结构， 在高温200°C焙烘下使气泡破裂，同时使成膜剂固化成型，最终使毡材表面形成一层均勻的微孔膜结构同时使催化剂粉体固着在毡材内部。控制微孔膜的含量为20g/m2。
实施例2本发明除尘及废气分解双效过滤材料包括以聚四氟乙烯纤维为原料制成的素毡、附着在素毡内部的催化剂粉体和涂覆在素毡表面的聚三氟氯乙烯微孔膜。素毡的含量为850g/ m2。催化剂粉体为五氧化二钒和三氧化钨，含量为800g/m2。聚三氟氯乙烯微孔膜的含量为 25g/m2。过滤材料的总含量为1675g/m2。
该过滤材料通过以下步骤制备(1)将聚四氟乙烯纤维经开松混合一梳理一铺网一针刺等工序制成素毡；控制素毡的含量为850g/m2。
(2)将五氧化二钒、三氧化钨与Y - (2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷以质量比 5:5:0. 1混合，加入水，通过搅拌机以300-400rpm的速度搅拌，制成浓度为15%的催化剂粉体水分散液；(3)将催化剂粉体水分散液通过浸渍或喷涂的方法使附着在素毡内，并保证催化剂粉体的附着量为800g/m2 ；(4)取浓度为20%的聚三氟氯乙烯乳液95份、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠0.5份、聚乙烯醇1份以及水5份混合均勻制成具有粘度的涂层剂混合液；(5)通过泵将涂层剂混合液输送到发泡机，并注入压缩空气进行剪切发泡后输送到刮刀涂头，将步骤(3)制得的毡材烘干后输送到刮刀涂头上，使毡材表面形成均勻的膜结构， 在高温240°C焙烘下使气泡破裂，同时使成膜剂固化成型，最终使毡材表面形成一层均勻的微孔膜结构同时使催化剂粉体固着在毡材内部。控制微孔膜的含量为25g/m2。
权利要求
1.一种除尘及废气分解双效过滤材料，其特征在于包括素毡、催化剂粉体和涂层；所述过滤材料以素毡为载体，素毡内部附着催化剂粉体，素毡表面涂覆涂层；所述涂层为聚三氟氯乙烯微孔膜结构；所述催化剂粉体为纳米或微米级，选自五氧化二钒、三氧化二钒、三氧化钨、二氧化钛、二氧化锰中的一种或一种以上。
2.根据权利要求1所述的除尘及废气分解双效过滤材料，其特征在于；所述素毡由高性能纤维通过开松、混合、梳理、铺网、针刺制成；所述高性能纤维选自聚四氟乙烯纤维、聚苯硫醚纤维、聚酰胺纤维、聚酰胺亚胺纤维、玻璃纤维中的一种或一种以上；所述催化剂粉体通过将其制成催化剂粉体水分散液后浸渍或喷涂后烘干，附着在素毡内；所述聚三氟氯乙烯微孔膜结构由涂层剂涂覆在附着有催化剂粉体的素毡表面后，烘干而成；所述涂层剂包括聚三氟氯乙烯乳液。
3.根据权利要求2所述的除尘及废气分解双效过滤材料，其特征在于所述催化剂粉体水分散液中还包括硅烷偶联剂；所述催化剂粉体水分散液中催化剂粉体的质量百分浓度为10 15%，硅烷偶联剂的质量为催化剂粉体质量的0. 5-1%。
4.根据权利要求2所述的除尘及废气分解双效过滤材料，其特征在于所述涂层剂由以下重量份的原料混合而成浓度为20 40%的聚三氟氯乙烯乳液60 95份、发泡剂 0. 5 1份、增稠剂1 2份以及水5 30份；所述发泡剂为十二烷基硫酸钠或脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠；所述增稠剂为聚丙烯酸钠或聚乙烯醇。
5.根据权利要求1至4任一所述的除尘及废气分解双效过滤材料，其特征在于所述素毡的含量为500 900g/m2 ；所述催化剂粉体的含量为500 1000g/m2 ；所述涂层的含量为20 40g/m2 ；所述过滤材料的总重量为1020 1940g/m2。
6.根据权利要求5所述的除尘及废气分解双效过滤材料，其特征在于所述催化剂粉体的含量为500 600g/m2。
7.一种除尘及废气分解双效过滤材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤(1)制备载体将高性能纤维经开松、混合、梳理、铺网、针刺制成素毡；控制素毡重量为500 900g/m2 ；所述高性能纤维选自聚四氟乙烯纤维、聚苯硫醚纤维、聚酰胺纤维、聚酰胺亚胺纤维、玻璃纤维中的一种或一种以上；(2)制备催化剂粉体水分散液将催化剂粉体与硅烷偶联剂混合，加入水，通过搅拌机以300 400rpm的速度搅拌，制成质量百分浓度为10 15%的催化剂粉体水分散液；所述催化剂粉体选自五氧化二钒、三氧化二钒、三氧化钨、二氧化钛、二氧化锰中的一种或一种以上；所述硅烷偶联剂的质量为催化剂粉体质量的0. 5-1% ；(3)制备活化素毡通过浸渍或喷涂的方法将步骤(2)中制得的催化剂粉体水分散液附着在步骤(1)中制得的素毡内，烘干，制得活化素毡；并控制催化剂粉体的附着量为 500 1000g/m2 ；(4)制备涂层剂取以下重量份的原料浓度为20 40%的聚三氟氯乙烯乳液60 95 份、发泡剂0. 5 1份、增稠剂1 2份以及水5 30份混合均勻制成具有粘度的涂层剂混合液；所述发泡剂为十二烷基硫酸钠或脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠；所述增稠剂为聚丙烯酸钠或聚乙烯醇；(5)涂覆通过泵将步骤(4)制得的涂层剂混合液输送到发泡机，并注入压缩空气进行剪切发泡后输送到刮刀涂头，将步骤(3)中制备的活化素毡输送到刮刀涂头上，在素毡表面形成均勻的膜结构，高温200-240°C焙烘制得所述过滤材料。
8.根据权利要求7所述的除尘及废气分解双效过滤材料的制备方法，其特征在于··所述步骤(3)中控制催化剂粉体的附着量为500 600g/m2。
全文摘要
本发明公开了一种除尘及废气分解双效过滤材料及其制备方法，该过滤材料包括素毡、催化剂粉体和涂层；该过滤材料以素毡为载体，素毡内部附着催化剂粉体，素毡表面涂覆涂层；涂层为聚三氟氯乙烯微孔膜结构；催化剂粉体为纳米或微米级，选自五氧化二钒、三氧化二钒、三氧化钨、二氧化钛、二氧化锰中的一种或一种以上。采用本发明制备过滤材料，工艺简单易行，降低了催化纤维制备、覆膜等加工成本，且与聚四氟乙烯微孔薄膜相比，运行阻力低，同时降低了过滤材料后续的缝制、运输、安装等的难度。
文档编号B32B27/12GK102512878SQ20111044639
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月28日 优先权日2011年12月28日
发明者刘建祥, 崔月慧, 李敏, 阳建军 申请人:南京际华三五二一特种装备有限公司