協(xié)同凈化煙氣有害污染物功能濾料的研究進(jìn)展
來(lái)源：三維絲袋濾技術(shù)研究院 閱讀：3503 更新時(shí)間：2015-04-01 10:52摘要：對(duì)現(xiàn)有的協(xié)同凈化煙氣有害污染物的功能濾料進(jìn)行了綜述。重點(diǎn)對(duì)具有脫汞功能濾料，具有催化二噁英功能濾料，具有脫硝功能濾料等功能濾料的現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，并對(duì)我國(guó)未來(lái)在功能化濾料的發(fā)展提出了展望。
關(guān)鍵詞：功能濾料;脫汞;二噁英;脫硝;
隨著世界人口膨脹，經(jīng)濟(jì)進(jìn)步，大氣污染越來(lái)越嚴(yán)重。2013年霧霾波及25省份、100多個(gè)大中型城市，全年全國(guó)平均霧霾天數(shù)達(dá)35.9天，工業(yè)尾氣的過(guò)渡排放是造成大氣污染的主要原因之一。面對(duì)著這越來(lái)越嚴(yán)峻的環(huán)境問(wèn)題，我國(guó)出臺(tái)了一系列的措施，制定了嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，環(huán)保企業(yè)也加緊了控制排放技術(shù)的研發(fā)。但目前高溫?zé)煔馓幚砑夹g(shù)還存在一些薄弱點(diǎn)，如：煙氣除塵、脫硫和脫硝等都是單獨(dú)進(jìn)行開(kāi)發(fā)的，形成了各自的技術(shù)體系和工藝流程，制成專(zhuān)門(mén)的控制設(shè)備。為了除去煙氣中的粉塵和其他的有害污染物，絕大多數(shù)企業(yè)都采用至少兩套以上獨(dú)立的煙氣凈化系統(tǒng)，這類(lèi)煙氣凈化系統(tǒng)存在設(shè)備占地面積大，投資成本高、操作復(fù)雜等缺點(diǎn)。根據(jù)我國(guó)工業(yè)污染物的排放現(xiàn)狀，袋式(電袋)除塵器在高溫?zé)煔馓幚碇械玫酱罅康膽?yīng)用，若將袋式(電袋)除塵和凈化有害污染物兩者進(jìn)行結(jié)合，實(shí)現(xiàn)袋式(電袋)除塵和凈化污染物一體化，將大大節(jié)省煙氣治理的投資和運(yùn)行成本，為此，開(kāi)發(fā)協(xié)同凈化污染物的除塵濾料具有重要意義。本文綜述了脫汞濾料、催化二噁英濾料，脫硝濾料等三類(lèi)功能濾料的研究進(jìn)展，并對(duì)協(xié)同凈化污染物的功能濾料的發(fā)展進(jìn)行了展望。
1具有脫汞功能濾料
汞是一種低熔點(diǎn)，高揮發(fā)性的液態(tài)金屬。一旦被人體所吸入，會(huì)造成神經(jīng)性中毒和深部組織病變，對(duì)人體健康危害極大。燃煤排放物是我國(guó)大氣污染的主要來(lái)源之一，煤中的痕量的汞會(huì)在燃料過(guò)程中遷移到煙氣當(dāng)中，如果排放到大氣中將嚴(yán)重威脅人類(lèi)健康[1]。具有脫汞功能濾料可以在對(duì)煙氣除塵的同時(shí)減少汞的排放，是當(dāng)今研究的熱門(mén)方向之一。這類(lèi)具有脫汞功能濾料可以分為“吸附型”濾料和“催化型”濾料。
1.1“吸附型”脫汞功能濾料
張延清[2]將纖維作為上下層，中間設(shè)置基布層，然后將活性炭均勻分布在基布層上，通過(guò)針刺將各層連接起來(lái)。這種濾料可以同時(shí)完成可吸入顆粒物和重金屬的脫除，其中汞的脫除率可達(dá)96%。刁永發(fā)等人[3]將粘膠基活性炭纖維和短聚四氟乙烯纖維進(jìn)行混紡，經(jīng)過(guò)針刺和水刺工藝，制得具有脫汞功能的濾布，這種濾布具有很好的脫汞功能。另外，他們還將活性炭粉末粘附在纖維表面，在經(jīng)過(guò)開(kāi)松和梳理成網(wǎng)，再次噴入活性炭粉，然后通過(guò)機(jī)械粘合針刺而成濾布，其碳含量可達(dá)80%，對(duì)煙氣中的重金屬汞的脫除效果良好[4]。
1.2“催化型”脫汞功能濾料
“吸附型”脫汞功能濾料主要通過(guò)活性炭的吸附作用來(lái)凈化煙氣中的汞，但這種濾料可能會(huì)存在著吸附容量低、價(jià)格昂貴、再生性差等缺點(diǎn)，所以有些科學(xué)家希望通過(guò)催化氧化脫汞代替吸附脫汞。劉江峰等人[5]通過(guò)針刺將支撐層、基布層、催化分解層、緩沖層和迎塵層的相互勾連，得到具有除塵和脫汞的雙功能濾料，這種濾料在高溫下可以有效的除塵和脫除汞金屬。李麗等人[6]通過(guò)在耐高溫的濾袋上負(fù)載氧化錳和氧化鈷催化劑，將單質(zhì)汞氧化成二價(jià)的汞，然后再利用凈化裝置吸收，從而達(dá)到脫汞的目的，但其脫汞的效率只能達(dá)到30%左右。
由以上兩種脫汞功能濾料討論可知，這兩種脫汞功能濾料都展示比較好的發(fā)展前景。但也存在的一些問(wèn)題，“吸附型”脫汞功能濾料脫汞效果良好，但其再生性和吸附容量還有待提高。“催化型”脫汞功能濾料具有良好的循環(huán)性能，但其脫汞效率較弱。
2具有催化二噁英功能濾料
城市垃圾是我國(guó)又一大環(huán)境問(wèn)題，通過(guò)垃圾焚燒技術(shù)來(lái)可以很好的解決這問(wèn)題。但由于垃圾成分復(fù)雜，焚燒后會(huì)產(chǎn)生大量含有重金屬、二噁英、SO2，HCl、HF等有害氣體。其中二噁英有“世紀(jì)之毒”之稱(chēng)，萬(wàn)分之一甚至億分之一克就可以對(duì)人類(lèi)健康產(chǎn)生嚴(yán)重危害[7]。目前，二噁英可以通過(guò)催化氧化分解成二氧化碳、水和氯化氫氣體等，這種技術(shù)可以有效的減少二噁英的排放。其中具有催化二噁英功能濾料可以在除塵的同時(shí)很好催化分解二噁英，受到了廣泛的關(guān)注。郭玉海等人[8]中公開(kāi)了有催化分解二噁英功能的膨體聚四氟乙烯纖維的制備方法，該方法是將膨體聚四氟乙烯樹(shù)脂和具有分解二噁英功能的催化劑粉體混合，再混合液體潤(rùn)滑劑，經(jīng)過(guò)擠出、壓延、縱向拉伸、燒結(jié)定型、開(kāi)纖等工藝加工而成，該材料可以用于高溫尾氣的除塵和廢氣的分解。他們還利用聚四氟乙烯纖維梳理加工成迎塵層，細(xì)聚四氟乙烯纖維預(yù)刺成緩沖層，負(fù)載催化劑的聚四氟乙烯薄膜為催化層，聚四氟乙烯基布增強(qiáng)層，以及基布增強(qiáng)層組成，最后通過(guò)針刺加工制成一種除塵和二噁英分解雙效濾料，該濾材也具有良好的除塵和二噁英分解功能[9]。夏前軍等人[10]將含有二噁英分解催化劑的聚四氟乙烯微孔薄膜、耐高溫纖維支撐層、基布層進(jìn)行疊加，通過(guò)針刺、后處理等工藝加工而成，具有高溫尾氣除塵和二噁英分解的功能。所以具有催化二噁英功能濾料具有很好的除塵和脫除二噁英的效果，但是這些濾料都存在著制備工藝復(fù)雜，設(shè)備要求高的問(wèn)題。
3具有脫硝功能濾料
我國(guó)是以燃煤為主的發(fā)展中國(guó)家,隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,煤耗的增加,燃煤造成的大氣污染日趨嚴(yán)重,而氮氧化物(NOX)是其主要成分之一。它能引起人體中毒、損害植物、形成酸雨[11]。因此,NOX對(duì)大氣的污染已成為一個(gè)不容忽視的重要問(wèn)題,控制和治理NOX污染已迫在眉睫,具有脫硝功能濾料可以實(shí)現(xiàn)除塵和脫硝的雙效功能可以有效的控制NOX的排放。
3.1“負(fù)載型”脫硝功能濾料
林錦賢等人[12]通過(guò)浸置法讓催化劑負(fù)載在濾料表面，從而使濾料具有脫硝功能。他們還利用聚苯硫醚針刺氈為載體，通過(guò)酸性高錳酸鉀與吡咯單體在針刺氈表面原位反應(yīng)，還原成無(wú)定形MnO2脫硝催化劑并插入和分散到聚吡咯基體中，制成含有MnO2催化劑的除塵濾料，這種濾料具有同時(shí)脫除PM2.5和脫硝的功能[13]。另外，他們還將碳納米管應(yīng)用到了這種濾料，先是將催化劑負(fù)載在碳納米管上，再將負(fù)載有催化劑的碳納米管涂覆在濾料上，制成高效脫硝的除塵濾料，這種濾料不但具有很好的脫硝效果，還具有很好的強(qiáng)度和抗靜電能力[14]。刁永發(fā)等人[15]公開(kāi)了一種同時(shí)脫除燃煤煙氣中亞微米顆粒物和NOX的方法，他們是所用的第一層為多孔聚四氟乙烯與聚丙烯復(fù)合過(guò)濾駐極體層;第二層為催化劑層，是由負(fù)載催化劑的芳砜綸和玻璃纖維制成的合成纖維組成;第三層為基本層，這種方法可以實(shí)現(xiàn)高效的除塵和脫硝。
3.2“涂層型”脫硝功能濾料
“涂層型”脫硝功能濾料是指在除塵濾料當(dāng)中涂覆一層催化層，從而使濾料同時(shí)具有脫硝和除塵的雙重功能，這種功能濾料一般具有多層結(jié)構(gòu)。嚴(yán)榮樓[16]公開(kāi)了一種脫硝除塵的玻璃纖維覆膜濾料，該濾料由玻璃纖維濾料基材、脫硝催化劑涂層和膨化微孔聚四氟乙烯膜組成，這種濾料具有脫硝和防治PM2.5的功能，且催化劑粉末與濾料結(jié)合牢固，不影響濾料固有性能。劉江峰等人[17]公開(kāi)了一種除塵脫硝一體化功能性濾料及其制備方法，該濾料包括迎塵層、緩沖層、催化分解層、基布層和支撐層，其中的催化分解層是由脫硝催化劑的聚四氟乙烯膜制成的，這種濾料具有良好的高溫除塵效果，并可以提高脫硝效率。顧立霞等人[18]公開(kāi)了一種除塵和低溫脫硝濾料及用途，該材料是由覆蓋層、催化層、織物層構(gòu)成，其中催化層是由催化劑顆粒鋪設(shè)而成，這種濾料具有除塵和脫硝雙效功能，在190℃下可以實(shí)現(xiàn)85%以上的脫硝效率。
上述討論的兩種具有脫硝功能濾料都展示良好的除塵和脫硝的效果。但“負(fù)載型”脫硝功能濾料需要對(duì)過(guò)濾氈進(jìn)行預(yù)處理，這可能會(huì)破壞過(guò)濾氈的纖維結(jié)構(gòu)，影響其本身固有性能，另外這種濾料還存著催化劑的脫落問(wèn)題。“涂層型”脫硝功能濾料具有多層結(jié)構(gòu)，這會(huì)使濾料的制備工藝復(fù)雜，成本增加。
4總結(jié)與展望
本文討論了三類(lèi)具有協(xié)同凈化有害污染物的功能濾料，這些功能濾料都存在著一定的凈化有害污染物和除塵的性能，展現(xiàn)了良好的發(fā)展前景。但這些功能濾料還存在著一些缺點(diǎn)和不足，尤其是這些濾料在凈化有害污染物的效率及壽命問(wèn)題方面仍存在較大問(wèn)題。因此針對(duì)我國(guó)的研究現(xiàn)狀，作者認(rèn)為協(xié)同凈化煙氣有害污染物的功能濾料可以從以下幾個(gè)方面展開(kāi)工作：
(1)開(kāi)發(fā)同時(shí)凈化多種有害污染物的功能濾料，做到一物多用，可以很大程度節(jié)省成本;
(2)研究催化劑和濾料之間的相互作用機(jī)理，尋找新的合適的負(fù)載手段，提高功能濾料的凈化效率和壽命;
(3)開(kāi)發(fā)實(shí)用化的協(xié)同凈化有毒污染物的功能濾料，盡快實(shí)現(xiàn)此種功能濾料的商業(yè)化。
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