高强低阻脱硝除尘一体化陶瓷滤料及其制备工艺的制作方法 专利技术说明

物理化学装置的制造及其应用技术1.本发明涉及烟气脱硫、脱硝技术领域，具体涉及一种高强低阻脱硝除尘一体化陶瓷滤料及其制备工艺。背景技术：2.随着全球气候变暖等环境污染问题，对于大气污染的防治已经成为环境治理的重点问题。烟气脱硫，一直是大气污染防治所重点关注的。然而，随着近年来对大气污染问题的研究，燃烧烟气中的氮氧化物的，对环境污染的问题，已经越来越被全世界所重视。3.首先，no能使人中枢神经麻痹并导致死亡，no2会造成哮喘和肺气肿，破坏人的心、肺，肝、肾及造血组织的功能丧失。其次，无论是no、no2或n2o，在空气中的最高允许浓度为5mg/m3。nox与so2一样，在大气中会通过干沉降和湿沉降两种方式降落到地面，最终的形成硝酸盐或是硝酸。硝酸型酸雨的危害程度比硫酸型酸雨的更强，因为它在对水体的酸化、对土壤的淋溶贫化、对农作物和森林的灼伤毁坏、对建筑物和文物的腐蚀损伤等方面丝毫不不逊于硫酸型酸雨。所不同的是，它给土壤带来一定的有益氮分，但这种“利”远小于“弊”，因为它可能带来地表水富营养化，并对水生和陆地的生态系统造成破坏。最后，大气中的nox会有一部分进入同温层对臭氧层造成破坏，使臭氧层减薄甚至形成空洞，对人类生活带来不利影响；nox中的n2o也是引起全球气候变暖的因素之一，虽然其数量极少，但其温室效应的能力是co2的200～300倍。因此，烟气脱硝，是解决大气污染的一个不能忽视的技术问题。4.现有的脱硝技术，主要有scr和sncr两种。这两种工艺除了由于scr使用催化剂导致反应温度比sncr低外，其他并无太大区别，但如果从建设成本和运行成本两个角度来看，scr的投入至少是sncr投入的数倍，甚至10倍不止。造成这一问题的主要原因是，现有的催化剂的负载载体的限制。目前，脱硝使用的催化剂负载载体主要有金属蜂窝结构的载体、泡沫陶瓷载体和颗粒滤料载体，泡沫陶瓷载体的性能最为优异。但是现有的泡沫陶瓷载体，由于高孔隙率，强度普遍较低，易磨损损耗；同时，气流阻力较大，烟气处理效率相对较低；此外，其复杂的制备工艺，也导致其成本较高。技术实现要素：5.本发明的目的在于克服上述技术的至少一种不足，提供一种高强低阻脱硝除尘一体化陶瓷滤料及其制备工艺，滤料的整体强度较高，孔隙率较大，催化剂负载量较高，具有较高的脱硝率，同时易于制备，制备成本较低。6.为达到上述技术目的，本发明一方面，提供一种高强低阻脱硝除尘一体化陶瓷滤料，所述滤料包括多孔泡沫陶瓷载体和负载在多孔泡沫陶瓷载体内的纳米金红石，所述多孔泡沫陶瓷载体的孔隙率不低于75％，内部孔径不低于30μm，所述纳米金红石的负载量不低于12％；所述多孔泡沫陶瓷载体各原料的质量份数包括：15～40份碳化硅、60～100份氧化铝、4～12份微硅粉、10～30份石墨、6～15份十二烷基硫酸钠和80～120份pva溶液。7.在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。8.可选的，所述纳米金红石的粒径控制在40～80nm。9.可选的，所述多孔泡沫陶瓷载体原料中，所述碳化硅采用微米级碳化硅，粒径控制在50～100μm。10.可选的，所述多孔泡沫陶瓷载体原料中，所述氧化铝采用纳米氧化铝，粒径控制在100～400nm。11.可选的，所述多孔泡沫陶瓷载体原料中，所述微硅粉采用纳米级微硅粉，粒径控制在80～200nm。12.可选的，所述多孔泡沫陶瓷载体原料中，所述石墨采用微米级石墨粉，粒径控制在150μm以上。13.可选的，所述多孔泡沫陶瓷载体原料中，所述pva溶液的浓度控制在12～15％。14.本发明另一方面，还提供了上述高强低阻脱硝除尘一体化陶瓷滤料的制备方法，包括以下步骤：15.s1、配置陶瓷浆料：将配方量的碳化硅、氧化铝、微硅粉、石墨和pva溶液混合，经研磨处理，制得陶瓷浆料；16.s2、添加发泡剂：将配方量的十二烷基硫酸钠添加至步骤s1制得的陶瓷浆料中，研磨分散5～10min，制得发泡浆料；17.s3、制备发泡陶瓷坯体：将步骤s2制得的发泡浆料倒入滤料模具中，采用石墨作为脱模剂，而后静置发泡后，将装有发泡浆料的滤料模具置于真空炉中，加热至发泡浆料完全干燥，取出、脱模，制得发泡陶瓷坯体；18.s4、多孔泡沫陶瓷载体的制备：将步骤s3制得的发泡陶瓷坯体，在1180～1320℃温度下高温、有氧煅烧，制得多孔泡沫陶瓷载体；19.s5、负载催化剂：将纳米金红石加水配置成悬浊液，然后将步骤s4制得的多孔泡沫陶瓷载体放置在悬浊液中吸附纳米金红石，饱和吸附后取出，在100～120℃温度下充分干燥后，在420～480℃温度下煅烧，制得负载催化剂的多孔泡沫陶瓷载体；20.s6、陶瓷滤料的制备：重复步骤s5，直至纳米金红石的负载量不低于12％，最终制得陶瓷滤料。21.在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。22.可选的，所述步骤s3中，所述静置发泡的时间控制在120～150min，所述真空炉中加热的温度控制在350～450℃，时间控制在20min以上。23.可选的，所述步骤s4中，所述在1180～1320℃温度下高温煅烧采用以下具体步骤：首先，以3～5℃/min的升温速率，升温至440～480℃，而后保温30min以上；然后，以10～30℃/min的升温速率，升温至1180～1320℃，保温2～4h。24.与现有技术相比，本发明的有益效果包括：1)本发明采用多孔泡沫陶瓷作为载体，负载纳米金红石催化剂，催化剂负载率较高，且多孔泡沫陶瓷载体的孔隙率较高，具有较大的比表面积，能够有效实现脱硝，脱硝率可达99％以上；2)本发明采用碳化硅、氧化铝和微硅粉作为主体原料，能够制备出含有网状莫来石组织的陶瓷载体，整体强度较高；3)本发明采用二次发泡工艺，以十二烷基硫酸钠作为发泡剂进行一次发泡，以石墨作为成孔剂，在高温煅烧时二次发泡，不但孔隙率较大，而且孔隙的连通率和内部孔径均较大，滤料对气体的流动阻力相对较小；4)本发明的原料简单、易于获取，整体工艺易于控制，且工艺难度交底，整体成本相对较低，适于大批量生产。附图说明25.图1是本发明实施例4的电子显微镜放大图。具体实施方式26.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。27.本发明设计了一种高强低阻脱硝除尘一体化陶瓷滤料，所述滤料包括多孔泡沫陶瓷载体和负载在多孔泡沫陶瓷载体内的纳米金红石，所述多孔泡沫陶瓷载体的孔隙率不低于75％，内部孔径不低于30μm，所述纳米金红石的负载量不低于12％。28.本发明的所述多孔泡沫陶瓷载体各原料的质量份数包括：15～40份碳化硅、60～100份氧化铝、4～12份微硅粉、10～30份石墨、6～15份十二烷基硫酸钠和80～120份pva溶液。29.上述原料中，碳化硅、氧化铝和微硅粉作为陶瓷材料的主体原料，石墨和十二烷基硫酸钠作为成孔剂和发泡剂，而pva溶液作为发泡助剂，同时还具有结合剂的作用。30.本发明的上述设计，兼具了孔隙率和强度，采用十二烷基硫酸钠配合pva溶液，能够有效保证发泡陶瓷具有较高的孔隙率和相对较大的内部孔径，孔隙连通率也极高。添加石墨作为成孔剂后，能够进一步提高内部孔径，同时还能在陶瓷配浆时，作为润滑剂，利于浆料的分散，降低黏度。而碳化硅、氧化铝和微硅粉作为陶瓷材料的主体原料，烧制出的陶瓷材料，内部能够形成网状的莫来石晶像的组织，可以有效提高陶瓷材料的强度。31.以下为本发明的制备例。32.制备例133.本制备例的高强低阻脱硝除尘一体化陶瓷滤料的制备方法，具体包括以下步骤：34.s1、配置陶瓷浆料：将配方量的碳化硅、氧化铝、微硅粉、石墨和pva溶液混合，经研磨处理45min，制得陶瓷浆料；35.s2、添加发泡剂：将配方量的十二烷基硫酸钠添加至步骤s1制得的陶瓷浆料中，研磨分散5min，制得发泡浆料；36.s3、制备发泡陶瓷坯体：将步骤s2制得的发泡浆料倒入滤料模具中，采用石墨作为脱模剂，而后静置发泡90min后，将装有发泡浆料的滤料模具置于真空炉中，150℃温度下加热60min，至发泡浆料完全干燥，取出、脱模，制得发泡陶瓷坯体；37.s4、多孔泡沫陶瓷载体的制备：将步骤s3制得的发泡陶瓷坯体，在马弗炉中，空气气氛下，加热至1180～1220℃高温煅烧2h，制得多孔泡沫陶瓷载体；38.s5、负载催化剂：将纳米金红石加水配置成悬浊液，然后将步骤s4制得的多孔泡沫陶瓷载体放置在悬浊液中吸附纳米金红石，饱和吸附后取出，在100～120℃温度下充分干燥后，在420～440℃温度下煅烧90min，制得负载催化剂的多孔泡沫陶瓷载体；39.s6、陶瓷滤料的制备：重复步骤s5四次，最终制得陶瓷滤料。40.制备例241.本制备例与制备例1的区别在于，所述步骤s1中，研磨处理时间60min；所述步骤s2中，研磨分散时间10min。42.制备例343.本制备例与制备例2的区别在于，所述步骤s2中，研磨分散时间8min；所述步骤s3中，静置发泡的时间控制在120min。44.制备例445.本制备例与制备例3的区别在于，所述步骤s3中，静置发泡的时间控制在150min；所述真空炉中加热温度控制在350～380℃，时间控制在60min。46.制备例547.本制备例与制备例3的区别在于，所述步骤s3中，静置发泡的时间控制在135min；所述真空炉中加热温度控制在380～420℃，时间控制在40min。48.制备例649.本制备例与制备例5的区别在于，所述步骤s3中，所述真空炉中加热温度控制在420～450℃，时间控制在20min。所述步骤s4中，所述高温煅烧的温度控制在1220～1280℃，时间控制在2h。50.制备例751.本制备例与制备例5的区别在于，所述步骤s4中，所述高温煅烧的温度控制在1280～1320℃，时间控制在4h。52.制备例853.本制备例与制备例7的区别在于，所述步骤s4中，所述高温煅烧采用以下具体步骤：首先，以3～5℃/min的升温速率，升温至440～460℃，而后保温30min；然后，以10～20℃/min的升温速率，升温至1280～1320℃，保温4h。54.制备例955.本制备例与制备例7的区别在于，所述步骤s4中，所述高温煅烧采用以下具体步骤：首先，以3～5℃/min的升温速率，升温至460～480℃，而后保温45min；然后，以20～30℃/min的升温速率，升温至1280～1320℃，保温2h。56.制备例1057.本制备例与制备例9的区别在于，所述步骤s5中，煅烧温度控制在440～480℃，煅烧时间控制在1h。58.制备例1159.本制备例与制备例10的区别在于，所述步骤s6中，重复步骤s5两次。60.制备例1261.本制备例与制备例10的区别在于，所述步骤s6中，重复步骤s5三次。62.以下为本发明的实施例1～12，均制备成50×50×50cm的方形滤料块。63.实施例164.本实施例的纳米金红石选用粒径在200nm以上的粉料，碳化硅选用粒径在500μm以上的微米级粉料，氧化铝选择粒径在100μm以上的微米级粉料，微硅粉选择粒径在100μm以上的微米级粉料，石墨选择粒径在500μm以上的微米级粉料，pva溶液的浓度6％。65.实施例2～12的各组分粒径和pva溶液浓度具体见下表1。66.表1原料参数表[0067] 金红石碳化硅氧化铝微硅粉石墨pva溶液实施例2180nm400μm10μm50μm150μm7％实施例3140nm300μm800nm5μm150μm8％实施例4100nm200μm600nm400nm200μm9％实施例580nm100μm400nm200nm250μm16％实施例670nm90μm350nm160nm300μm15％实施例760nm80μm300nm140nm350μm14％实施例850nm70μm200nm100nm400μm13％实施例940nm60μm100nm80nm450μm12％实施例1030nm50μm150nm60nm500μm10％实施例1120nm30μm250nm300nm550μm8％实施例12500nm800nm500nm800nm120μm5％[0068]实施例1～12的各组分具体原料配比和制备方式见表2。[0069]表2原料配比表[0070][0071][0072]对本技术实施例1～12的滤料块进行性能检测，检测其孔隙率、抗压强度、气流阻力、催化剂负载量和脱硝率，具体结果见下表3。随机选取实施例4的滤料块，进行电子显微镜放大检测，检测结果见图1。[0073]表3检测结果表[0074] 孔隙率抗压强度气流阻力催化剂负载量脱硝率实施例178％4.3mpa495pa18％99.3％实施例281％4.4mpa472pa19％99.4％实施例382％4.4mpa429pa19％99.5％实施例483％4.5mpa381pa20％99.5％实施例584％4.7mpa313pa20％99.6％实施例686％4.6mpa277pa21％99.7％实施例787％4.4mpa261pa22％99.8％实施例887％4.3mpa259pa22％99.8％实施例988％4.2mpa247pa18％99.5％实施例1080％4.7mpa386pa13％99.0％实施例1177％4.8mpa392pa18％99.3％实施例1275％4.3mpa762pa17％99.2％[0075]根据表3的检测结果可知，本技术实施例1～12的滤料块，孔隙率能够达到75％以上，催化剂的负载量能够达到13％以上，脱硝率能够达到99％以上，性能十分优异。同时，本技术实施例1～12的滤料块的抗压强度均在4.2mpa以上，强度较高；而气流阻力均能保持在800pa以内，具有较小的气流阻力。[0076]根据表3的数据还可以看出，在本技术各组分采用适宜的粒径和配比后，各项性能会有进一步明显的提升。[0077]以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。









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