具有除尘和催化脱硝功能的陶瓷膜过滤元件及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种具有除尘和催化脱硝功能的陶瓷膜过滤元件及其制备方法，属于中低温烟气净化技术领域。本发明专利技术所述的具有除尘和催化脱硝功能的陶瓷膜过滤元件，包括支撑体、分离膜和脱硝催化剂，先在支撑体表面喷涂分离膜膜层得到涂膜管，然后对涂膜管进行预处理，将脱硝催化剂负载在预处理的涂膜管上，最后经过热处理得到所述的陶瓷膜过滤元件。本发明专利技术所述的具有除尘和催化脱硝功能的陶瓷膜过滤元件，使烟气经过滤除尘后直接进行脱硝处理过程，有效地保留了气体的热值，避免了气体热值的流失，且有效地减少了烟气净化设备的占用空间，降低了成本；同时本发明专利技术提供了一种操作简单易行的制备方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种具有除尘和催化脱硝功能的陶瓷膜过滤元件及其制备方法，属于中低温烟气净化

技术介绍
近些年来，针对氮氧化物的排放浓度的标准要求越来越低，现在的排放国家标准为低于250μg/m3，各个地方的标准要高于现有国标。脱硝技术中应用比较广泛的是中低温干法脱硝，即通过利用脱硝催化剂在280℃-370℃下通入氨气，利用催化剂催化使氮氧化物和氨气之间发生氧化还原反应生成N2，达到脱硝的目的。脱硝催化剂一般是以多孔材料作为负载载体，以达到均匀分散、增加比表面积的作用。常用的模式是将催化剂活性组分和粘土等物料混合均匀，通过挤出得到蜂窝状陶瓷，经干燥和低温烧结后得到工业上所需要催化剂。催化剂的活性组分主要分为两大类：钒钛体系和以稀土为主要构成的活性组分。钒钛体系催化剂较为成熟，是工业脱硝领域的主要催化剂；稀土催化剂为近些年快速发展的一种新体系催化剂，具有低毒环保的特点，具有较广阔的发展空间。催化剂的活性组分是以多孔材料为负载体，这要求进入脱硝单元的气体一定要进行除尘处理，否则烟气中的粉尘很容易将催化剂孔道堵塞造成催化剂失效。现在的干法脱硝工艺单元前面都有除尘工艺单元，除尘工艺一般采用布袋除尘或者水洗除尘。高温气体经过布袋除尘或者水洗后气体的温度要大幅度降低，而脱硝单元要求被处理气体的温度达到350℃以上，这就要求对被处理气体进行加热，而在加热过程中会耗用大量的热量。为减少处理过程的能耗和降低设备成本，近几年国内在相关方面进行了大量研究，其中“含尘有毒高温气体处理用陶瓷膜及制备方法(专利号ZL201310471663.7)”介绍了在这方面取得的成果，该专利采用陶瓷膜负载催化剂的方法为解决这两个问题提供了一种新方法。然而在此专利中为达到较高的催化效率，催化剂负载量较高，然而这会造成陶瓷膜材料阻力较大，并且在覆膜工艺中的高温处理容易造成催化剂的失活。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有除尘和催化脱硝功能的陶瓷膜过滤元件，其使烟气经过滤除尘后直接进行脱硝处理过程，有效地保留了气体的热值，避免了气体热值的流失，且有效地减少了烟气净化设备的占用空间，降低了成本；同时本专利技术提供了一种操作简单易行的制备方法。本专利技术所述的具有除尘和催化脱硝功能的陶瓷膜过滤元件，包括支撑体、分离膜和脱硝催化剂，先在支撑体表面喷涂分离膜膜层得到涂膜管，然后对涂膜管进行预处理，将脱硝催化剂负载在预处理的涂膜管上，最后经过热处理得到所述的陶瓷膜过滤元件。所述支撑体由以下质量份数的原料制成：骨料与高温结合剂按5-8：1的质量比例混合，二者共计100份，造孔剂10-12份、成型助剂2-4份和脱模剂1-3份。所述骨料为堇青石，其粒径D50为180-220μm。所述高温结合剂由以下质量份数的原料制成：苏州土3-5份、锂辉石1-2份、硼砂0.5-1份，氧化锌1-2份。所述造孔剂为活性炭或核桃粉，粒径为300-400目；成型助剂为聚乙烯醇或者热固性树脂；脱模剂为石墨粉。所述分离膜由以下质量份数的原料制成：莫来石纤维5-8份，苏州土3-4份，烧滑石1-2份，钾长石1-2份和木炭粉2-3份，水8-12份。所述对涂膜管进行预处理的过程依次为表面涂蜡处理及粗糙化处理；所述表面涂蜡处理是通过浸渍的方法在分离膜上覆一层薄蜡；所述粗糙化处理是通过乙酸或稀硝酸对表面涂蜡后的分离膜进行处理，处理时间为1-2h。所述的具有除尘和催化脱硝功能的陶瓷膜过滤元件的制备方法，具体包括以下步骤：(1)支撑体的制备：①将骨料和高温结合剂混合，然后外加造孔剂和脱模剂混合均匀；②向步骤①混合的原料中分两次加成型助剂并不断搅拌，当原料有一定捏合塑性时停止搅拌混合；③将步骤②混合的原料添加到模具中，在40-100MPa的压力下等静压成型；成型后脱模，并在60-80℃下烘干8-12小时，使坯体完全固化形成一定强度；④升温烧结：将坯体分层装入梭式窑中升温进行烧结，升温过程中在200℃下保温2-3h，以排出结合水分；600℃保温2-4h，以顺利排出造孔剂、成型助剂等有机物；最终热处理温度为1300℃-1400℃，处理时间2-4h，形成足够强度的支撑体；(2)分离膜膜层的制备：①将莫来石纤维、苏州土、烧滑石、钾长石和木炭粉混合，并加入水混匀；通过高压喷枪将料浆均匀喷涂在支撑体表面，得到涂膜管；②将干燥完全的涂膜管送入梭式窑二次烧结膜层，热处理温度为1100-1200℃，处理时间为2h；(3)陶瓷膜的预处理和催化剂的负载：①涂膜管的预处理：涂膜管先用液体石蜡进行密封，使表面的膜层被石蜡完全密封；待石蜡硬化后用纯乙酸或者20％的浓硝酸，腐蚀1-2h，进行粗糙化处理，纯净水洗净烘干后进行催化剂的负载；②催化剂浆料的制备：将负载有活性组份的纳米二氧化钛催化剂，纯净水和结合剂混合，催化剂的含量为8％-35％，结合剂和催化剂的质量比例为1：1；按照质量分数2-4‰的比例加入分散剂和pH调节剂，并与Φ30mm聚氨酯球以1：1的质量比例加入球磨罐，进行分散，分散时间为6-8小时，pH控制在9-10；结合剂优选为硅溶胶；分散剂优选为聚丙烯酰胺；pH调节剂优选为氨水；③脱硝催化剂的负载：将石蜡处理过的涂膜管完全浸渍在催化剂悬浮液中，进行催化剂的负载；在超声波超声下，对其进行抽真空，负压0.08MPa下保压10min，使催化剂较好的负载在多孔材料中；在120℃进行干燥，干燥时间为3-5h；(4)催化剂的热处理：将负载好催化剂的涂膜管进行中温热处理，中温热处理过程采用分级升温保温的方法进行，首先以1℃/min的升温速度升温至200℃，然后保温1-2h；继续升温至500℃，保温2-5h。步骤(2)中，莫来石纤维的长径比为30-40：1；加入水混匀后的混合液的比重控制在1.8-2.1g/cm3。本专利技术选用较为成熟的钒钛体系催化剂作为原料之一，活性成分为TiO2-V2O5-WO3，TiO2的晶体形貌为锐钛型，粒径在30nm左右，V2O5和WO3均匀负载在TiO2表面。TiO2-V2O5-WO3催化剂的比表面积达到70m2/g以上。本专利技术选用堇青石作为支撑体骨料、并改变了支撑体高温结合剂的配方，使具有更好的高温稳定性能和较低的热膨胀系数；充分利用了堇青石多孔的特点，通过将负载有钒钛催化剂的纳米级二氧化钛二次负载到堇青石支撑体上可以进一步明显地增加其比表面积，使催化剂的负载量大大降低而又不影响其催化效率，从而保证待处理气体通过膜材料的阻力不会太高；分离膜层采用莫来石纤维为主要原料，增加了膜层的透气性能和高温稳定性能；通过分离膜的涂蜡工艺处理可以最大限度的保证分离膜不会被催化剂堵塞，避免粗糙化工艺中酸对膜层的腐蚀，最大限度的保证陶瓷膜的强度、分离精度和透气性能；通过酸蚀粗糙化处理可增加支撑体比表面积并提高催化剂与支撑体的结合强度；对催化剂的处理温度较低，能够充分保证催化剂的活性。本专利技术制得的具有除尘和催化脱硝功能的陶瓷膜过滤元件，是一种由不同粒径形貌的颗粒组成的、多孔的、具有非对称膜结构的元件，催化剂在支撑体骨料颗粒表面分布均匀，催化剂负载量在1-5％；整体外形为烛式、带法兰结构；弯曲强度在15MPa以上，支撑体孔径在80-120μm之间，孔隙率大于40％，分离膜孔径在10-40μm之间，与支撑体具有较好的结本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有除尘和催化脱硝功能的陶瓷膜过滤元件，其特征在于：包括支撑体、分离膜和脱硝催化剂，先在支撑体表面喷涂分离膜膜层得到涂膜管，然后对涂膜管进行预处理，将脱硝催化剂负载在预处理的涂膜管上，最后经过热处理得到所述的陶瓷膜过滤元件。

【技术特征摘要】
1.一种具有除尘和催化脱硝功能的陶瓷膜过滤元件，其特征在于：包括支撑体、分离膜和脱硝催化剂，先在支撑体表面喷涂分离膜膜层得到涂膜管，然后对涂膜管进行预处理，将脱硝催化剂负载在预处理的涂膜管上，最后经过热处理得到所述的陶瓷膜过滤元件。2.根据权利要求1所述的具有除尘和催化脱硝功能的陶瓷膜过滤元件，其特征在于：支撑体由以下质量份数的原料制成：骨料与高温结合剂按5-8：1的质量比例混合，二者共计100份，造孔剂10-12份、成型助剂2-4份和脱模剂1-3份。3.根据权利要求2所述的具有除尘和催化脱硝功能的陶瓷膜过滤元件，其特征在于：骨料为堇青石，其粒径D50为180-220μm。4.根据权利要求2所述的具有除尘和催化脱硝功能的陶瓷膜过滤元件，其特征在于：高温结合剂由以下质量份数的原料制成：苏州土3-5份、锂辉石1-2份、硼砂0.5-1份，氧化锌1-2份。5.根据权利要求2所述的具有除尘和催化脱硝功能的陶瓷膜过滤元件，其特征在于：造孔剂为活性炭或核桃粉，粒径为300-400目；成型助剂为聚乙烯醇或者热固性树脂；脱模剂为石墨粉。6.根据权利要求1所述的具有除尘和催化脱硝功能的陶瓷膜过滤元件，其特征在于：分离膜由以下质量份数的原料制成：莫来石纤维5-8份，苏州土3-4份，烧滑石1-2份，钾长石1-2份和木炭粉2-3份，水8-12份。7.根据权利要求1所述的具有除尘和催化脱硝功能的陶瓷膜过滤元件，其特征在于：对涂膜管进行预处理的过程依次为表面涂蜡处理及粗糙化处理；所述表面涂蜡处理是通过浸渍的方法在分离膜上覆一层蜡；所述粗糙化处理是通过乙酸或稀硝酸对表面涂蜡后的分离膜进行处理，处理时间为1-2h。8.一种权利要求1-7任一所述的具有除尘和催化脱硝功能的陶瓷膜过滤元件的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)支撑体的制备：①将骨料和高温结合剂混合，然后外加造孔剂和脱模剂；②向步骤①混合的原料中分两次加成型助剂并搅拌；③将步骤②混合的原料...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹俊倡，薛友祥，赵世凯，候立红，李小勇，唐钰栋，徐传伟，
申请(专利权)人：山东工业陶瓷研究设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37