催化过滤材料制造技术

技术编号:18818390 阅读:22 留言:0更新日期:2018-09-01 11:32
提供了一种用于去除流体流中所发现的目标物质的改进的催化过滤材料。该过滤材料包括多孔基材形式的水可润湿高温短纤维,所述短纤维附着于高温含氟聚合物织造粗布。多孔基材具有通过聚合物粘合剂附着(例如,束缚)至其表面的催化剂微粒。任选地,至少一个微孔层位于与过滤材料相邻之处或位于过滤材料中。

Catalytic filter material

An improved catalytic filtration material for removing target substances found in fluid flow is provided. The filter material comprises a water-wettable high-temperature short fiber in the form of a porous substrate, which is attached to a high-temperature fluoropolymer weaving coarse fabric. The porous substrate has a catalyst particle attached to the surface by a polymer binder (for example, bound). Optionally, at least one microporous layer is located adjacent to the filter material or in the filter material.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】催化过滤材料相关申请的交叉引用本专利申请要求2015年12月17日提交的美国临时申请系列号62/268,832、名称为“催化过滤材料”的优先权,其公开通过引用全文纳入本文。
本公开涉及改进的催化过滤材料,其可以去除流体流中不期望有的物质。背景采用催化过滤器用于各种流体过滤应用。典型地,这些过滤器结合了催化材料(例如,TiO2、V2O5、WO3、Al2O3、MnO2、沸石、和/或过渡金属化合物及其氧化物)与基质。随着流体通过或穿过基质,流体内的目标物质与催化剂微粒反应以将目标物质转化成更期望的副产物或最终产物,并因此从流体流中除去目标物质。该催化剂的例子包括:表1:示例性催化剂制造催化过滤器装置的先前尝试的例子包括Pirsh的美国专利第4,220,633号和美国专利第4,309,386号中提出的那些,其中,过滤袋涂覆有合适的催化剂以促进NOx的催化还原过程。Tomisawa等人的美国专利第5,051,391号中,公开了催化剂过滤器,其特征在于,由直径0.01μm至1μm的金属氧化物制成的催化剂微粒通过由过滤器和/或催化剂纤维负载。Kalinowski等人的美国专利第4,732,879号中,描述了一种方法,其中,多孔(优选催化活性的)金属氧化物涂层以纤维形式施加到相对无孔的基材上。在Ranly的专利DE3,633,214A1中,催化剂粉末通过将催化剂插入过滤材料层而结合入多层过滤袋。生产催化过滤装置的其它示例包括:Fujita等人的JP8-196830中所述的那些,其中,吸附剂、反应物等的微粉末负载在过滤层内部。Sasaki等人的JP9-155123,在滤布上形成脱氮层。Kaihara等人的JP9-220466中,催化剂过滤器通过如下制备:用二氧化钛溶胶浸渍玻璃纤维布料,然后其进行热处理并进一步用偏钒酸铵浸渍。Sakanaya等人的JP4-219124中,为了防止催化剂分离,将用于袋式过滤材料的催化剂填充密实、厚且高度透气的滤布。Plinke等人的美国专利第5,620,669号,过滤器包括具有节点和原纤维结构的膨胀型聚四氟乙烯(ePTFE)的复合纤维,其中,催化剂被束缚(tether)在结构中。Waters等人的美国专利第6331351号教导了化学活性微粒通过聚合物粘合剂附着至多孔基材。微多孔层附着至多孔基材的至少一侧、或附着至多孔基材中。所得到的过滤材料在粉尘可能堵塞活性催化位点之前从过滤流中去除污染物(如粉尘),并且通过催化或反应去除不期望有的物质。在过滤操作期间,常规结构通常会出现两个主要问题,即化学劣化和机械劣化。关于化学劣化,过滤器的化学功能可能由于污染而变得毫无用处,这对于几乎所有常规活性过滤装置、特别是催化过滤装置来说都是严重的问题。根据定义,尽管催化剂在催化反应过程中不被消耗,但由于来自流体流的微粒、液体和气体污染物(即,细尘微粒、金属、二氧化硅、盐、金属氧化物、烃、水、酸性气体、磷、碱金属、砷、碱金属氧化物等),催化过滤器的操作寿命可能有限。因为过滤器内活性微粒上的活性位点被物理掩蔽或化学改变,所以发生失活。除非这些污染物可以从过滤器上脱落,否则过滤器的效率将迅速降低,直至必须更换。此外,在一些情况下,制造中使用的加工助剂可能导致催化剂劣化。存在各种清洁装置以去除过滤器(例如,振动筛滤袋、反向脉冲冲过滤袋和滤芯、反向空气过滤袋等)的粉尘,但是这些装置在去除包埋在过滤材料内的粉尘方面不是特别有效。另一种形式的化学劣化是由于运行过程中插入的催化剂的损失。在许多情况下,催化剂微粒与主纤维的粘合力不足以承受正常运行的苛刻条件。结果,催化剂微粒从过滤器中掉出来,由此不仅降低了过滤效率,而且污染了干净的流体流。关于机械劣化,过滤器的机械功能可能会因运行过程中过滤纤维的磨损或过滤器中粉尘污染物的渗透和收集而劣化。另一个机械故障是由于粉尘微粒穿过。另外,典型的过滤系统和袋式外壳中的高温(例如,至少160℃)运行和反应性化学物质可能导致过滤介质在几年内劣化,或者在某些情况下在几个月内劣化。ABB有限公司的日本专利申请第10-230119号涉及过滤材料,其通过以下方式形成:将待形成为滤布的纤维浸没在液体催化剂中,使得催化剂干燥,将纤维模塑为滤布,并将四氟乙烯树脂连续多孔薄膜施加至滤布。之前所述的美国专利第5,620,669号将通过微孔膜保护催化剂微粒的概念和催化剂微粒通过直接附着在节点和原纤维上掺入结合在一起,以实现强大的粘附力和低压降。前述的美国专利6,331,351解决了所描述的许多化学和机械难题。然而,仍然需要改进性能。
技术实现思路
一个实施方式涉及一种制品,所述制品包括:(1)第一多孔基材,(2)第二多孔基材,和(3)位于第一基材和第二基材之间且附着至该第一基材和第二基材的粗布,其中,所述第一和第二基材包括可润湿高温短纤维,其中,第一多孔基材和第二多孔基材中的至少一种具有通过聚合物粘合剂粘附到基材表面的催化剂微粒。所述催化剂微粒通过聚合物绳由粘合剂束缚。在至少一个实施方式中,第一和第二基材是与所述粗布缠结的纤维絮。所述粗布可以是织造材料或非织造材料。保护微孔层可以固定到第一基材的上游侧。第二实施方式涉及一种包括多孔基材的制品,所述多孔基材包含毡合到高温含氟聚合物粗布上的水可润湿高温短纤维。多孔基材具有通过聚合物粘合剂附着于其表面的催化剂微粒。在示例性实施方式中,所述微粒通过聚合物粘合剂绳束缚至基材。保护微孔层可以固定到所述基材的上游侧。第三实施方式涉及一种在流体流中使用的过滤器,其包括至少一种多孔基材,所述多孔基材包含毡合到高温含氟聚合物粗布上的至少一层水可润湿高温短纤维多孔层。所述基材具有通过聚合物粘合剂附着于其表面的催化剂微粒。在示例性实施方式中,所述催化剂微粒通过聚合物粘合剂绳束缚至基材。第四实施方式涉及一种在流体流中使用的过滤器,其包括至少一种多孔基材,所述多孔基材包含针刺到聚四氟乙烯(PTFE)粗布上的至少一层非织造聚酰亚胺纤维的多空层。过滤器具有在锐钛矿形式的二氧化钛微粒上通过聚合物粘合剂附着到多孔层上的V2O5。所述微粒通过聚合物粘合剂绳束缚至基材。附图说明采用附图以帮助进一步理解本公开内容,其纳入说明书中并构成说明书的一部分,附图显示了本公开内容的实施方式,与说明书一起用来解释本公开内容的原理。图1是根据一实施方式的过滤材料的示意图,其包括附着至织造粗布载体的多孔基材;图2是根据至少一个实施方式的聚合物粘合剂将活性催化剂微粒束缚和粘附至基材的示意图;图3是根据一实施方式在35倍放大下获得的含有水可润湿高温纤维的多孔基材的截面扫描电子显微照片(SEM);图4是根据至少一个实施方式的在250倍放大下获得的多孔基材的一个表面的扫描电子显微照片(SEM),显示出催化剂微粒附着至所述表面;图5是根据一个或多个实施方式在1000倍放大下获得的多孔基材的截面扫描电子显微照片(SEM),描绘了具有催化剂微粒附着于其上的三叶形水可润湿高温纤维;图6是根据另一个实施方式的多孔基材的长度方向视图的扫描电子显微照片(SEM),显示了具有催化剂微粒附着于其上的三叶形水可润湿高温纤维;图7是根据至少一个示例性实施方式的过滤材料的截面示意图,其中,微孔层设置在第一多孔基材的上游侧;图8是根据另一实本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种制品,其包含:多孔基材,其包含毡合到高温含氟聚合物粗布上的水可润湿高温短纤维,所述多孔基材具有通过聚合物粘合剂附着到所述基材表面的催化剂微粒,其中,所述微粒通过聚合物的粘合剂绳束缚至所述基材。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.17 US 62/268,8321.一种制品,其包含:多孔基材,其包含毡合到高温含氟聚合物粗布上的水可润湿高温短纤维,所述多孔基材具有通过聚合物粘合剂附着到所述基材表面的催化剂微粒,其中,所述微粒通过聚合物的粘合剂绳束缚至所述基材。2.如权利要求1所述的制品,其特征在于,所述催化剂微粒包含超过一种组合物的微粒。3.如前述权利要求中任一项所述的制品,其特征在于,所述催化剂微粒包含在氧化钛上的氧化钒。4.如前述权利要求中任一项所述的制品,其特征在于,所述聚合物粘合剂包含选自下组的至少一种材料:FEP、PTFE、HMWPE和HMWPP、PFA、PVDF、THV和CFE。5.如前述权利要求中任一项所述的制品,其特征在于,所述短纤维还包括曲折的表面几何形状。6.如权利要求5所述的制品,其特征在于,所述表面几何形状是三叶形。7.如前述权利要求中任一项所述的制品,其特征在于,该制品中催化剂微粒的质量载荷为至少250g/m2。8.如权利要求7所述的制品,其特征在于,该制品中催化剂微粒的质量载荷为至少400g/m2。9.如前述权利要求中任一项所述的制品,其特征在于,所述水可润湿高温短纤维包含聚酰亚胺、聚酰胺、聚芳酰胺、聚苯硫醚或纤维玻璃。10.如前述权利要求中任一项所述的制品,其特征在于,所述高温含氟聚合物粗布包含PTFE。11.如前述权利要求中任一项所述的制品,所述制品还包含至少一层微孔层。12.如权利要求11所述制品,其特征在于,至少一层微孔层附着至所述多孔基材的至少一部分。13.如权利要求11所述制品,其特征在于,所述微孔层层压至所述多孔基材。14.如权利要求11所述制品,其特征在于,所述微孔层通过焊接、缝制、粘着和夹持中的至少一种附着至多孔基材的至少一部分。15.如权利要求11-14中任一项所述的制品,所述至少一层微孔层包含膨胀型PTFE膜。16.如权利要求11至15中任一项所述的制品,所述至少一层微孔层中的至少一层在多孔基材的上游侧上。17.如权利要求11至15中任一项所述的制品,所述至少一层微孔层中的至少一层在多孔基材中。18.如前述权利要求17所述的制品,所述制品还包含在多孔基材下游侧上的至少一层微孔层。19.如权利要求11至15中任一项所述的制品,所述至少一层微孔层中的至少一层在多孔基材的下游侧上。20.如前述权...

【专利技术属性】
技术研发人员:S·K·斯塔克J·P·帕斯默R·G·伊芙斯
申请(专利权)人:WL戈尔及同仁股份有限公司
类型:发明
国别省市:美国,US

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