[发明专利]一种烟道气体过滤材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种烟道气体过滤材料及其制备方法和应用。本发明烟道气体过滤材料的基底为改性玄武岩纤维，芯层为氧化石墨烯/聚偏氟乙烯复合纤维，上层为聚酰亚胺纤维。本发明烟道气体过滤材料中的改性玄武岩纤维具有更高的表面粗糙度，可以使得纤维层形成丰富的孔隙结构，能够在保持其耐高温性能的同时，增大与烟道气体的接触面积；而芯层中的氧化石墨烯不仅可以改善聚偏氟乙烯纤维的表面形貌，增大其表面粗糙度的同时形成丰富的孔隙结构，降低烟道气体过滤材料芯层的过滤阻力，还可以利用其本身良好的吸附性能，提高过滤效率，使得烟道气体过滤材料具有优异的过滤效率。

技术领域

本发明涉及气体分离膜材料的技术领域，更具体地，涉及一种烟道气体过滤材料及其制备方法和应用。

背景技术

目前，垃圾的处理方法主要为填埋、焚烧和无害堆肥等，垃圾焚烧更能满足城市生活垃圾处理的减量化和无害化发展的需求。不过，垃圾焚烧炉在垃圾焚烧过程中，炉内的燃烧有时极不稳定，时有爆炸发生，造成烟道气温度瞬间极急剧上升，而损坏过滤材料。

为解决上述问题，人们通常采用耐高温的无机纤维(玄武岩纤维、玻璃纤维、陶瓷纤维)制备过滤材料，但单纯的无机纤维的刚度大、柔软性差，在针刺加工过程中易被折断，而且纤维之间难以缠结、抱合，因此所制备的过滤材料结构松散、孔径大、强度低。

现有技术中将无机纤维与热稳定性良好的聚合物纤维相结合以改善上述情况。例如，现有技术中公开了一种耐高温玄武岩纤维复合过滤材料及其制备方法，将玄武岩纤维基布与聚四氟乙烯纤维搭配使用，但其透气率较低(1.04～1.52m³/m²·min)，进而使得过滤效率较低。

发明内容

本发明的目的是克服现有耐高温过滤材料过滤效率较低的缺陷和不足，提供一种烟道气体过滤材料，该过滤材料的基底为改性玄武岩纤维，芯层为氧化石墨烯/聚偏氟乙烯复合纤维，上层为聚酰亚胺纤维，通过改性玄武岩纤维表面的粗糙结构及芯层中氧化石墨烯对/聚偏氟乙烯纤维表面形貌的改善，使得基底纤维之间、芯层纤维之间以及基底纤维与芯层纤维之间具有丰富的孔隙结构，显著提高了过滤材料的透过量，进而提高了过滤效率。

本发明的另一目的是提供一种烟道气体过滤材料的制备方法。

本发明的又一目的是提供上述烟道气体过滤材料在处理烟道气体中的应用。

本发明的又一目的是提供上述烟道气体过滤材料在制备垃圾焚烧烟道过滤部件中的应用。

本发明上述目的通过以下技术方案实现：

一种烟道气体过滤材料，所述烟道气体过滤材料的基底为改性玄武岩纤维，芯层为氧化石墨烯/聚偏氟乙烯复合纤维，上层为聚酰亚胺纤维；其中，所述改性玄武岩纤维为酸或碱刻蚀处理后的玄武岩纤维。

本发明的烟道气体过滤材料的基底为改性玄武岩纤维，玄武岩纤维本身就具有优异的耐高温性能，而经过酸或碱刻蚀处理后的玄武岩纤维具有粗糙的表面结构，可以使得改性玄武岩纤维之间形成丰富的孔隙结构，可显著降低过滤阻力，还能够在保持其耐高温性能的同时，增大其与烟道气体的接触面积，提高过滤效率；芯层为氧化石墨烯/聚偏氟乙烯复合纤维，氧化石墨烯不仅可以改善聚偏氟乙烯纤维的表面形貌，增大其表面粗糙度的同时形成丰富的微孔结构，降低烟道气体过滤材料芯层的过滤阻力，还可以利用其本身良好的吸附性能，提高过滤效率。

烟道气体经过改性玄武岩纤维基底层和氧化石墨烯/聚偏氟乙烯复合纤维芯层之后，其中大部分的烟尘颗粒被基底层和芯层所吸附，但酸或碱刻蚀处理之后的玄武岩纤维以及氧化石墨烯改性后的聚偏氟乙烯纤维降低烟道气体过滤材料中过滤阻力、提高过滤效率的同时也使其力学性能下降，因此选择具有优异耐热性能和力学性能的聚酰亚胺纤维作为烟道气体过滤材料的上层，为烟道气体过滤材料提供良好的力学支持，同时也能够起到一定的过滤作用，可以进一步改善烟道气体过滤材料过滤效率。