[发明专利]一种负载纳米级催化剂的滤料及其制备方法和应用

说明书

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，NO_x是大气污染源之一,对人类的健康构成极大的威胁。各国对NO_x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NO_x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℃），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MnO_x-CeO₂催化剂是目前此类报道中低温SCR活性最高的，温度在120℃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NO_x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0.5-20：100。

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MnO_x-CeO₂催化剂，MnO_x是MnO₂、Mn₂O₃、Mn₃O₄中的一种或多种的混合物，粒径小于100nm。

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1-20μm，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1-24h，形成黑色的悬浮液；再静置1-20min，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℃真空干燥箱中干燥1-24h，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℃下，负载量在5%~20%范围内均有较好的脱硝率。