一种熔融沉积成型3D打印脱汞袋笼及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种熔融沉积成型3D打印脱汞袋笼及其制备方法，该制备方法首先制备出汞催化粉末，然后将脱汞催化粉末、聚四氟乙烯粉末、聚酰亚胺粉末、纳米二氧化硅、石蜡和碳化硅粉末混合后制得丝状料作为3D打印的原材料，将3D打印的原材料通过熔融沉积成型技术制备成脱汞袋笼。使用该脱汞袋笼和常规袋笼加上脱汞滤袋的组合相比，在袋笼的制备过程中将催化剂通过原料共混植入脱汞袋笼中，使得催化剂在袋笼中分布均匀，整个袋笼的催化稳定性好，使得脱汞效率高。

【技术实现步骤摘要】
一种熔融沉积成型3D打印脱汞袋笼及其制备方法
本专利技术属于燃煤烟气净化
，涉及一种熔融沉积成型3D打印脱汞袋笼及其制备方法。
技术介绍
近年来，燃煤烟气脱汞受到了广泛关注。现在对汞的排放浓度的约束性指标为：(50ug/m3/GB13271-2014,8ug/m3/DB50/659-2016,30ug/m3/DB31/387-2017,8ug/m3/DB31/860-2014)。SCR脱汞是利用SCR催化剂将烟气中难除去的元素汞(Hg0)催化氧化为易捕集的离子汞(Hg2+)，再利用现有污染物控制设备(除尘器和脱硫塔)除去离子汞，从而实现烟气脱汞。与已在国外燃煤锅炉获得工程应用的活性炭喷射法相比，该法脱汞成本低、工艺简单、更适合燃煤锅炉的环保改造。SCR脱汞的实现途径主要有两种：一种是研制专门的SCR脱汞催化剂(蜂窝状和板式)借助SCR脱汞工艺进行汞氧化；另一种是制备脱汞滤袋，借助布袋除尘工艺进行汞氧化。前者主要适合燃煤锅炉，后者适合工业锅(窑)炉。目前，脱汞滤袋的制备方法有两种：(1)热压法，该方法为先制备含有脱汞催化剂多孔膜，然后通过热压工艺将多孔膜固定在常规滤料表面，形成脱汞滤袋；(2)浸渍法，该方法为将脱汞催化剂或其前驱体配制成溶(乳)液作为浸渍液，浸渍常规滤袋，然后干燥、煅烧形成脱汞滤袋。这两种方法存在如下缺点：前者所制备的脱汞滤袋中催化剂负载量通常较小且滤袋阻力较大；后者所得滤袋中催化剂在滤袋上分布的均匀性以及与滤袋结合的牢度都较差。上述缺点均影响脱汞滤袋的实际应用效果。>
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种熔融沉积成型3D打印脱汞袋笼及其制备方法；以解决现有技术中，上述两种方法制备的脱汞滤袋，脱汞效率不好的问题。为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：一种熔融沉积成型3D打印脱汞袋笼，包括圆筒型的笼壁，所述笼壁的上端一体连接有环形的上圈口，笼壁的下端设置有圆形的笼底；所述笼壁和笼底上均开设有微孔；所述袋笼的材料中包含脱汞催化粉末。本专利技术的进一步改进在于：优选的，所述微孔的平均直径为2～7mm，相邻微孔边部之间的距离为3～10mm。一种熔融沉积成型3D打印脱汞袋笼的制备方法，包括以下步骤：步骤1，以质量份数计，将20份氯化铜、15份氯化钾和8份氯化锰在去离子水中混合，形成混合溶液，在混合溶液中加入90份的γ-氧化铝粉末，得到混合物，将混合物浓缩并干燥后，将干燥产物焙烧后研磨，制得脱汞催化粉末；步骤2，按质量份数计，混合25～50份的脱汞催化粉末、10～25份的聚四氟乙烯粉末、8～15份的聚酰亚胺粉末、3～10份的纳米二氧化硅、1～5份的石蜡和0.5～1份的碳化硅粉末，混合后进行球磨，球磨得到物料A；向物料A中加入9～20份煤油，陈化后得到物料B，将物料B经过预挤压后挤出，获得棒状料，将棒状料制成丝状料；步骤3，建立脱汞袋笼的三维模型，对三维模型进行切片处理；步骤4，将丝状料引入至3D打印机中，通过熔融沉积成型，依据步骤2的切片处理结果，将丝状料3D打印成脱汞袋笼；打印过程中，丝状料在3D打印机中的管口被熔融后，以液珠的形式被挤出，冷却成型后固化成为脱汞袋笼。优选的，步骤1中，焙烧温度为500℃，焙烧时间为5h。优选的，步骤1中，脱汞催化粉末的粒度为1200目。优选的，步骤2中，陈化时间为30～36h。优选的，步骤2中，预挤压压力为1.5～2.5MPa，预挤压时间为6～10min。优选的，步骤2中，通过膜裂工艺将棒状料制备成丝状料，丝状料的直径为1.1～1.3mm优选的，步骤3中，切片的层高为0.2～1mm、壁厚为0.1～0.3mm。优选的，步骤4中，熔融沉积成型过程中，打印机中管口的温度为：350～400℃；管口的移动速度为500-4000mm/min，打印功率为10～30W。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术公开了一种熔融沉积成型3D打印脱汞袋笼，该袋笼在其筒壁上设置有微孔，筒壁的制备材料中包含有脱汞的催化剂，使得笼壁本身具有催化性能，当燃煤烟气穿过笼壁时，燃煤烟气中的汞和袋笼发生反应，使得整个袋笼为一个催化剂，整个袋笼的比表面积大，和气体的接触面积大，且负载量大，而且催化剂在袋笼中分布均匀，使得脱除汞元素的效率高，除此之外，该结构因为袋笼本身就是催化剂，使得催化剂不会被烟气所冲刷掉，整个袋笼的催化稳定性好，能够长时间使用。进一步的，限定了袋笼中微孔的大小及距离，根据催化剂的特性进行设定，微孔太大，会减少汞与袋笼的接触，微孔太小，增加了整体的气体阻力，不利于脱汞；本专利技术公开了一种熔融沉积成型3D打印脱汞袋笼的制备方法，该制备方法首先制备出汞催化粉末，然后将脱汞催化粉末、聚四氟乙烯粉末、聚酰亚胺粉末、纳米二氧化硅、石蜡和碳化硅粉末混合后制得丝状料作为3D打印的原材料，将3D打印的原材料通过熔融沉积成型技术制备成脱汞袋笼。该制备过程中，首先选用具有支撑作用的聚四氟乙烯粉末作为整个袋笼的主体支撑材料，然后选用二氧化硅作为辅助的催化剂，同时适应性的加入石蜡提高整个材料的润滑性；聚酰亚胺粉末能够起到粘结和抗耐磨的作用。上述过程制备出的丝状材料为3D打印做准备，使得制备出的丝状物能够应用于3D打印。该制备方法与常规袋笼+脱汞滤袋的组合相比，因为在袋笼的制备过程中就将催化剂通过原料共混植入脱汞袋笼中，使得整个袋笼为一个催化剂，负载量大，而且催化剂在袋笼中分布均匀，脱汞效率高；该结构相对于现有滤袋，因其发生反应的场所主要为孔洞，而不是滤袋的纤维交错处，使得袋笼的比表面积大，催化剂与气体接触的面积大，因气体的流动性好，反应更加彻底和充分。另外该袋笼对滤袋的支撑更加充分且均匀，进一步降低了滤袋表面的受力，延长了滤袋的寿命。同时因为袋笼微孔均匀且数量多，使用该袋笼和常规滤袋，相对于脱汞滤袋和常规袋笼的组合阻力更小，能够提升脱除效率。除此之外，该结构因为袋笼本身就是催化剂，使得催化剂不会被流动的气体所冲刷掉，整个袋笼的催化稳定性好，能够长时间使用。制备过程和3D打印技术相结合，成型性好，尺寸控制精度高，进而提高孔洞的催化效率。脱汞催化粉末中选用的氯化铜、氯化钾、氯化锰在催化剂中会形成共熔物，氯化钾和氯化锰会起到防止氯化铜流失的作用，氯化铜在催化剂中以铝酸铜和表面氯化铜的两种形式存在,且均对元素汞表现出催化氧化活性。通过焙烧使得上述的催化剂负载在γ-氧化铝粉末这个载体上。进一步的，上述的陈化过程中，陈化能够释放物料A的内应力，使得内部组分分布更加均匀。同时让煤油充分溶胀物料A中的聚四氟乙烯。进一步的，熔融温度在保证聚四氟乙烯能够融化成型的同时，不会影响其催化剂。【附图说明】图1为脱汞袋笼建模示意图；图2为脱汞袋笼俯视示意图；图3为脱汞袋笼侧视示意图；图中：1-上圈口，2-微孔，3-笼壁，4-笼底。【具体实施方式】下面结合附图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种熔融沉积成型3D打印脱汞袋笼，其特征在于，包括圆筒型的笼壁(3)，所述笼壁(3)的上端一体连接有环形的上圈口(1)，笼壁(3)的下端设置有圆形的笼底(4)；所述笼壁(3)和笼底(4)上均开设有微孔(2)；所述袋笼的材料中包含脱汞催化粉末。/n

【技术特征摘要】
1.一种熔融沉积成型3D打印脱汞袋笼，其特征在于，包括圆筒型的笼壁(3)，所述笼壁(3)的上端一体连接有环形的上圈口(1)，笼壁(3)的下端设置有圆形的笼底(4)；所述笼壁(3)和笼底(4)上均开设有微孔(2)；所述袋笼的材料中包含脱汞催化粉末。


2.根据权利要求1所述的一种熔融沉积成型3D打印脱汞袋笼，其特征在于，所述微孔(2)的平均直径为2～7mm，相邻微孔(2)边部之间的距离为3～10mm。


3.一种熔融沉积成型3D打印脱汞袋笼的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，以质量份数计，将20份氯化铜、15份氯化钾和8份氯化锰在去离子水中混合，形成混合溶液，在混合溶液中加入90份的γ-氧化铝粉末，得到混合物，将混合物浓缩并干燥后，将干燥产物焙烧后研磨，制得脱汞催化粉末；
步骤2，按质量份数计，混合25～50份的脱汞催化粉末、10～25份的聚四氟乙烯粉末、8～15份的聚酰亚胺粉末、3～10份的纳米二氧化硅、1～5份的石蜡和0.5～1份的碳化硅粉末，混合后进行球磨，球磨得到物料A；向物料A中加入9～20份煤油，陈化后得到物料B，将物料B经过预挤压后挤出，获得棒状料，将棒状料制成丝状料；
步骤3，建立脱汞袋笼的三维模型，对三维模型进行切片处理；
步骤4，将丝状料引入至3D打印机中，通过熔融沉积成型，依据步骤2的切片处理结果，将丝状料3D打印成脱汞袋笼；打印过程中，丝状料在3D打印机中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨嵩，郭中旭，程广文，刘茜，姚明宇，赵瀚辰，付康丽，杨成龙，蔡铭，
申请(专利权)人：西安热工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61