一种废气处理滤料及其制备方法和应用技术

一种废气处理滤料及其制备方法和应用，涉空气净化处理技术领域，解决现有滤料用后易坍塌、吸附位点易堵塞、过滤效果差、使用成本高的技术不足，采用的技术手段包括：陶瓷内核和化学活性成分，陶瓷内核为多孔颗粒状，其等效粒径1～8mm，表观密度200～800kg/m3，比表面积≤10m2/g；化学活性成分部分渗入内核孔隙中，部分附着内核外构成活性层，内核孔隙中的吸附剂、催化剂和pH调节剂与内核重量的比值分别为0.02～0.1、0.004～0.1、0.001～0.02；活性层中化学活性成分与内核重量的比值为0.3～2，其中的吸附剂、催化剂和分散填充剂间的重量比为(3～5):(1～2):(1～2)。本发明专利技术滤料的内核结构稳定，不易塌陷，负载的化学活性成分含量高，废气处理效果好。处理效果好。

【技术实现步骤摘要】
一种废气处理滤料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及空气处理
，更具体的涉及一种用于废气净化、室内空气质量改善，特别是废气除臭和VOC排放控制的废气处理滤料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]城市和工矿企业所产生的废气中含有多种成分，常见的有硫化氢、Cl2、NO
x
、SO
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、二硫醇、硫醚、乙醇、丙酮、甲醛、VOCs等，这些成份往往带有不愉快的刺激性气味，或者会带来城市雾霾、造成空气污浊、影响人体健康。如H2S具有腐蛋气味，可以在天然气、石油、沼泽底泥中自然产生，也可以在像污水管道、垃圾填埋场、废水处理设施、炼油过程、造纸等人为环境中产生；氯气是黄绿色气体，有极强刺激味，作为消毒剂在自来水厂、游泳池水消毒等地方广泛使用：SO
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(SO2和SO3)和NO
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(NO2、NO、N2O)会在燃烧过程中和很多生产过程中产生，都是城市雾霾和酸雨的原因，SOx虽然无色，但会刺激喉咙，引起咳嗽和哮喘，NOx则具有刺激性气味。
[0003]对这些气体的处理，目前常用的处理方法是吸附法，常用的吸附材料(吸附剂)有活性炭、沸石、硅藻土、分子筛、树脂、活性氧化铝等，这些吸附材料通常具有多孔结构，有较大的比表面积和丰富的表面化学活性基团，在废气处理中使用时，这些吸附材料都需要制成颗粒状态或蜂窝形状，使得它们不会在使用中随风飘动。
[0004]颗粒活性炭因能吸附大量的H2S而在许多空气除臭中得到广泛应用。如美国专利US PAT No.2,967,587、法国专利France Patent No.1,443,080描述了活性炭能直接吸附H2S，活性炭吸附能力饱和后通过热惰性气体使其再生。美国专利US PAT No.4072,479提到H2S可以在活性炭存在下被氧化成S，湿度在活性炭表面存在很重要。
[0005]在吸附材料中通过浸渍或混入其它的化学成份可以扩大吸附剂的吸附效能和使用范围。空气中的酸性成份在吸附到吸附材料表面后能使得吸附材料的pH大幅度改变，从而影响到吸附材料的吸附能力，所以，有些活性炭生产厂家在制造过程中会浸渍酸或碱，使得它们能针对性地用于处理含碱性或酸性成份的气体。瑞士公司的过滤产品Purakel K含有NaOH和KI浸渍的碳，它可以从气相中去除H2S和其它化合物。苏联专利Soviet Union Patent No.1,219,122披露了使用活性炭、氧化铝、粘结剂、Ca(OH)2、和硼酸锂用于空气的除湿；US PAT No.4,215,096披露了活性炭浸渍NaOH、水，用于去除空气中的Cl2；美国专利US PAT No.4,273,751使用活性炭浸渍NaOH和水用于去除SO2和水。
[0006]更好的去除H2S的方法可以通过催化氧化来实现在有氧条件下将H2S氧化成S。如K2SO4能促进将H2S转化成S。这项技术的优势在于，它们能通过吸附质或空气中的氧和吸附剂中所混有的化学成份反应使吸附质转化成更小的分子，从而在吸附剂表面(滤料中)占据更小的空间，使得滤料能吸附和储存更多的污染物，获得更长的使用寿命；或者可以使吸附质转化成中性的盐或单质从而脱离吸附位点，使得吸附剂的吸附能力恢复。浸渍了硅酸的活性炭也有此作用，然而残留的吸附质可能不易被碱液吸收而去除(参考南非专利South Africa Pat No.70/4611)。
[0007]美国专利US Pat 10,857,518B2描述了一种干式过滤滤料，由活性氧化铝、氧化镁组成，活性氧化铝作为吸附剂，氧化镁作为弱碱起到中和H2S的作用，也可以选择性地添加NaOH等碱剂来增加净化效果。如美国专利US PAT No.4,855,276描述了一种颗粒固体吸附滤料，由氧化铝、MgO并用粘结剂组成颗粒，可以适当加入活性炭和NaOH来提高滤料的吸附能力，这种颗粒滤料通过吸附作用提供了空气净化和除臭效果，并且通过颗粒物的中和作用消除臭味。这两个专利公开的滤料是一种均匀颗粒滤料，也没有说明该滤料是否具有催化剂成份以及作为化学滤料的化学反应机制。而且均质滤料的粒径不宜过大，粒径过大很容易造成内部材料得不到充分利用而产生浪费。混有添加化学成分的化学吸附滤料，也容易在使用后失去颗粒结构，提前失去使用效能。
[0008]中国专利公开了一种过滤器，该过滤器采用聚合泡沫、聚合纤维、非织造织物、陶瓷和纸浆产品等材料制成的过滤器主体，在过滤主体表面涂上一层含催化剂MnO2和吸附剂的涂层，该专利的过滤主体为上述聚合或织物或其他材料形成的滤筒，但该专利没有披露催化剂的催化反应原理，也没有规定涂层厚度以及涂层和过滤器主体的空间关系，尤其没有说明涂层的引入会带来空气通过滤层时阻力会增加等不利因素。
[0009]吸附材料用于废气净化时一般需要做成几毫米至几厘米大小的颗粒形状，并封闭在一个固定的空间内(通常称为固定床或流化床)，使得它们不会在使用中因气流作用而被气体带走，因此一般制造成本比较贵。同时，将带有很高比表面的粉末吸附材料做成大小均匀的颗粒吸附材料时需要用粘结剂将其粘合到一起，这不可避免地会堵塞部分吸附材料的空隙，使得其实际的比表面积和吸附能力降低。
[0010]从吸附动力学的角度，颗粒吸附材料(粉末吸附材料也可以看作是一种粒径较小的颗粒吸附材料)的吸附作用(传质过程)可以分为以下几个不同步骤：1.空气中的吸附质首先通过对流和扩散作用进入颗粒表面的气膜；2.吸附质在气膜中进行扩散，穿过颗粒表面的气膜到达颗粒的表面，部分吸附质通过表面扩散作用进入颗粒内部空隙；3.在颗粒内部孔道中进行扩散，直至到达内部空隙表面的某个位点。
[0011]影响吸附材料优劣的因素，除了吸附材料的化学特性外，还和它的粒径和内部多孔结构的好坏有关。如内部空隙的多少、大小以及连通性，都会影响到吸附材料的吸附能力和吸附容量。成型为较大颗粒状的吸附颗粒，其内部的一些孔道，尤其是在离外表面距离较远的内部，由于变细以及堵塞，再加上内部表面的吸附作用，吸附质往往很难或以极慢的速度到达空隙的极深部，许多吸附质甚至到不了颗粒吸附剂的内部。根据吸附动力学推测，进入吸附颗粒内部的深度往往只有数毫米。颗粒的孔径越小，吸附质能到达的内部深度越浅。因而，颗粒吸附材料往往做成粒径数毫米的颗粒。但小颗粒的吸附材料会使得空气通过的阻力增加。而当吸附剂做成较大颗粒时，实际上其内部或多或少都有一些空间和材料得不到有效利用。这一特点会限制颗粒吸附材料的粒径大小，对于较大颗粒的吸附剂则会造成内部材料因得不到有效利用而浪费。
[0012]上述目前用于除臭处理的吸附或过滤滤料在成份、颗粒结构、及其性能上还存在许多有待改进的地方，概括起来包括以下几个方面：1.滤料中往往缺乏催化剂，或者催化剂的含量低、活性不强，或者催化剂价格贵，或者能催化的氧化反应的种类较少。2.粘结剂的选择和使用以及烧结过程控制得不好，会将吸附材料的空隙堵塞，影响滤料的吸附效果。3.添加的化学药剂在发生化学反应后，吸附材料会发生结构毁损，造成材料体积收缩甚至坍
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种废气处理滤料，为颗粒状夹心球式结构，其特征在于，所述滤料包括陶瓷内核和化学活性成分；所述陶瓷内核为由无机材料烧结制成的多孔颗粒状，其等效粒径1～8mm，表观密度200～800kg/m3，比表面积≤10m2/g；所述化学活性成分包括pH调节剂、吸附剂、催化剂和分散填充剂，化学活性成份部分渗入所述陶瓷内核的孔隙中，部分附着于陶瓷内核外构成化学活性层；所述的渗入陶瓷内核的孔隙中的活性成份包括吸附剂、催化剂、以及pH调节剂，其中，所述吸附剂与陶瓷内核重量的比值为0.02～0.1，所述催化剂与陶瓷内核重量的比值等于0.004～0.1，所述pH调节剂与陶瓷内核重量的比值为0.001～0.02；处于所述化学活性层内的化学活性成分与陶瓷内核重量的比值为0.3～2，包括吸附剂、催化剂、pH调节剂、以及分散填充剂，其中，所述吸附剂、催化剂和分散填充剂间的重量比为(3～5):(1～2):(1～2)。2.根据权利要求1所述的一种废气处理滤料，其特征在于，组成所述陶瓷内核的无机材料包括混合有黏土、岩石粉、矿渣、粉煤灰、SiO2、Al2O3、Fe2O3中至少一种的天然或工业原料或废渣。3.根据权利要求1所述的一种废气处理滤料，其特征在于，所述陶瓷内核颗粒的等效粒径为2～5mm。4.根据权利要求1所述的一种废气处理滤料，其特征在于，所述滤料还包括有用于辅助所述化学活性成分附着于所述陶瓷内核外表面上形成化学活性层的粘接剂，所述粘接剂包括硅酸钠、硅酸钙、铝硅酸盐、黏土、纤维素、淀粉、树脂中的至少一种。5.根据权利要求1所述的一种废气处理滤料，其特征在于，所述的pH调节剂包括有碱液，由包含有K或Na的、呈强碱性或弱碱性的碱和/或盐中的至少一种溶水制成。6.根据权利要求1所述的一种废气处理滤料，其特征在于，所述的吸附剂包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱核光，朱治欣，杨东方，
申请(专利权)人：新北区三井锦园环保技术服务部，
类型：发明
国别省市：