一种复合型纳米滤料、其制备方法及应用技术

本发明专利技术涉及一种纳米滤料，尤其涉及一种复合型纳米滤料、其制备方法及应用，所述纳米滤料包括基底支撑层(1)、纳米纤维层(2)和保护层(3)；其中，所述基底支撑层(1)、纳米纤维层(2)和保护层(3)通过耐高温粘合剂粘合。本发明专利技术纳米滤料过滤效率高，对PM2.5等微小颗粒的过滤效率大于99.5％，过滤残余阻力可控制在200Pa以内；且本发明专利技术纳米滤料能够在180-240℃条件下长期使用，瞬时耐温可达260℃，具有较强的抗酸碱性和抗热氧化性，使用寿命长。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及化工领域，具体涉及一种纳米滤料，尤其涉及一种复合型纳米滤料、其制备方法及应用。
技术介绍
当前我国空气污染非常严重，大面积雾霾事件频繁发生，已经严重影响了人们的正常生活，频繁发生的雾霾天气也引起了国内外的广泛关注。雾霾中的主要成分是PM2.5，这些细小颗粒物对人体有极大的危害，通过人们的呼吸可以直接进入支气管，并被人体吸收引发包括哮喘、支气管炎、尘肺和心血管病等众多疾病。同时，PM2.5中有不少可溶性的粒子，如硫酸盐、硝酸盐、铵盐以及有机酸盐等，这些粒子的吸水性很强，这些可溶性粒子极容易吸附水气，而形成灰霾天气。这种天气严重地降低了空气的能见度，可导致交通事故，造成人员伤亡和财产损失。根据国家环保部统计数据显示，我国烟(粉)排放的85.6％来源于工业粉尘的排放，而工业粉尘的排放主要来源于化石能源的燃烧，特别是煤炭资源的大量使用。据统计，煤炭能源的消耗占全国能源消耗的70％，而煤炭燃烧产生大量的烟尘，正是PM2.5的主要来源。袋式除尘器是有效去除烟(粉)气中粉尘颗粒的方法，废气通过过滤装置，废气中的气固两相发生分离，而决定袋式除尘器除尘效率的关键因素是滤料。袋式除尘器被广泛应用于电力、钢铁、水泥、有色金属冶炼工业、垃圾焚烧等诸多领域，不同的使用环境和烟气成分对除尘器滤料提出了新的要求。燃煤工业含尘烟气排放温度一般在200℃左右，但含尘气体排放温度波动范围较大，因此所用滤料要求能够在180-240℃环境下长期使用。当前，市场上主要的耐高温过滤材料有聚苯硫醚、聚四氟乙烯、芳纶、聚酰亚胺、芳砜纶等，其中聚四氟乙烯通常作为覆膜材料。与国外发达国家相比，我国覆膜技术还不成熟，常发生膜破裂、脱落等问题，严重影响了材料的推广和使用。市场上广泛使用的袋式除尘器滤料主要是针刺毡无纺布，其纤维直径在5μm以上，孔径普遍在20μm以上，对小颗粒粉尘的过滤效率较低，根据国家最新公布的环境质量标准GB3095-2012以及火电厂大气污染物排放标准GB13223-2011要求，当前的过滤材料无法满足过滤要求。CN103505942A采用熔喷法制备了纳米纤维过滤材料，详细说明了纳米纤维在小颗粒粉尘过滤方面的优势，但制备的材料无法在高温下长期使用，且材料强度低，无法承受多次高压脉冲清洗。CN101795747A描述了一种含有纳米纤维的空气过滤器滤料，详细说明了高效低阻滤料制备的可行性，但该滤料的纳米纤维层保护效果差，无法自动清灰，纳米纤维滤料的重复连续使用性较差。CN102527158A描述了一种耐高温过滤材料，使用聚苯硫醚或聚四氟乙烯纳米纤维，但制备的材料孔隙较大，对小颗粒粉尘过滤效率较低。根据过滤理论，过滤材料的过滤效率随纤维直径的减小而提高，当纤维直径降到微纳米级时，纤维无纺材料体现出高比表面积和连接紧密的微小孔径结构，纤维直径的减小，使得粉尘在纤维表面的运动发生改变，进而使得过滤材料提供高过滤效率的同时，将过滤压降控制在较小的范围内。耐高温微纳米纤维过滤材料的出现为高温含尘烟气的过滤及净化提供了新的思路和方法，使高效率低阻力过滤得以实现。
技术实现思路
针对现有技术的不足及实际的需求，本专利技术提供一种复合型空气过滤纳米滤料及其制备方法，所述制备方法工艺简单，所制产品稳定性高、耐高温，可用于燃煤电厂、水泥和垃圾焚烧等工业领域的烟尘治理。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：一方面，本专利技术提供一种复合型纳米滤料，所述纳米滤料包括基底支撑层、纳米纤维层和保护层；其中，所述基底支撑层、纳米纤维层和保护层通过耐高温粘合剂粘合。本专利技术中，通过采用耐高温粘合剂将基底支撑层与纳米纤维层粘合，粘合效果好，通过在纳米纤维层上下分别设置基底支撑层和保护层，使得纳米纤维层不易破坏，解决了纳米纤维机械性能较差、易脱落、易破碎的问题。所述纳米纤维层能够有效提高滤料对细小粉尘颗粒的过滤效率，最易穿透粒子0.3μm过滤效率达到90％以上，同时过滤压降控制在较小范围内，实现高效低阻滤料的制备。本专利技术中，采用耐高温粘合剂进行粘合，通过热压固化，粘合剂透过纳米纤维层，将三层材料有效粘合在一起，使复合型纳米滤料形成结构稳定的三明治结构，得到机械性能稳定，物理化学性能优良的耐高温纳米滤料，从而保证了滤料能够经受住长时间、高频次的反吹振荡，延长材料使用寿命，使纳米纤维层得到很好的保护。粘合剂固化后对滤料本身性能的影响极小，基底材料的孔径、孔隙率等性能基本没有影响。优选地，所述耐高温粘合剂为耐180℃以上温度的粘合剂，温度例如可以是180℃、181℃、182℃、185℃、190℃、200℃、210℃、220℃、230℃、240℃、250℃、280℃、300℃、400℃、500℃、600℃或700℃。优选地，所述耐高温粘合剂选自环氧树脂型粘合剂、硅胶粘合剂、聚酰亚胺粘合剂或马来酰亚胺粘合剂中的任意一种或至少两种的组合，选用的粘合剂固化后为柔软的固体，具有极好的柔韧性，材料可以反复折叠，保证了滤料的工业化应用，而环氧树脂型粘合剂更有利于纤维间的粘合，粘合强度高，且粘合剂固化后柔韧性高，优选为环氧树脂型粘合剂。优选地，所述基底支撑层为耐180℃以上的无纺布材料，例如可以是180℃、181℃、182℃、185℃、190℃、200℃、220℃、230℃、240℃、250℃、280℃、300℃、400℃、500℃、600℃或700℃，优选为耐180-240℃的无纺布材料。优选地，所述基底支撑层选自聚酰亚胺、聚苯硫醚、芳纶、芳砜纶、玻纤、聚四氟乙烯或聚醚醚酮中的任意一种或至少两种的混合，优选为芳纶、聚酰亚胺或聚苯硫醚无纺布中的任意一种或至少两种的混合。优选地，所述基底支撑层的无纺布材料的纤维直径为1-200μm，例如可以是1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、8μm、10μm、20μm、30μm、50μm、60μm、80μm、100μm、120μm、130μm、150μm、160μm、180μm或200μm，优选为3-100μm，进一步优选为15-80μm。优选地，所述基底支撑层的无纺布材料的纤维孔径为10-100μm，例如可以是10μm、11μm、12μm、13μm、15μm、16μm、18μm、20μm、22μm、23μm、25μm、26μm、28μm、30μm、35μm、40μm、45μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm或100μm，优选为20-80μm，进一步优选为30-60μm。优选地，所述基底支撑层的无纺布材料的孔隙率大于75％，例如可以是75％、76％、77％、78％、79％、80％、82％、85％、88％、90％、92％、95％、96％、98％或99％。优选地，所述基底支撑层的无纺布材料的克重为100-800g/m2，例如可以是100g/m2、101g/m2、102g/m2、103g/m2、105g/m2、108g/m2、110g/m2、130g/m2、150g/m2、160g/m2、180g/m2、200g/m2、230g/m2、250g/m2、280g/m2、300g/m2、310g/m2、330g/m2、350g/m2、380g/m2、4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合型纳米滤料，其特征在于，所述纳米滤料包括基底支撑层(1)、纳米纤维层(2)和保护层(3)；其中，所述基底支撑层(1)、纳米纤维层(2)和保护层(3)通过耐高温粘合剂粘合。

【技术特征摘要】
1.一种复合型纳米滤料，其特征在于，所述纳米滤料包括基底支撑层(1)、纳米纤维层(2)和保护层(3)；其中，所述基底支撑层(1)、纳米纤维层(2)和保护层(3)通过耐高温粘合剂粘合。2.根据权利要求1所述的纳米滤料，其特征在于，所述耐高温粘合剂为耐180℃以上温度的粘合剂；优选地，所述耐高温粘合剂选自环氧树脂型粘合剂、硅胶粘合剂、聚酰亚胺粘合剂或马来酰亚胺粘合剂中的任意一种或至少两种的组合，优选为环氧树脂型粘合剂。3.根据权利要求1或2所述的纳米滤料，其特征在于，所述基底支撑层(1)为耐180℃以上的无纺布材料，优选为耐180-240℃的无纺布材料；优选地，所述基底支撑层(1)选自聚酰亚胺、聚苯硫醚、芳纶、芳砜纶、玻纤、聚四氟乙烯或聚醚醚酮中的任意一种或至少两种的混合，优选为芳纶、聚酰亚胺或聚苯硫醚无纺布中的任意一种或至少两种的混合；优选地，所述基底支撑层(1)的无纺布材料的纤维直径为1-200μm，优选为3-100μm，进一步优选为15-80μm；优选地，所述基底支撑层(1)的无纺布材料的纤维孔径为10-100μm，优选为20-80μm，进一步优选为30-60μ.；优选地，所述基底支撑层(1)的无纺布材料的孔隙率大于75％；优选地，所述基底支撑层(1)的无纺布材料的克重为100-800g/m2，优选为200-500g/m2。4.根据权利要求1-3中任一项所述的纳米滤料，其特征在于，所述纳米纤维层(2)为耐180℃以上的聚合物纳米纤维，优选为耐180-240℃的聚合物纳
\t米纤维；优选地，所述纳米纤维层(2)选自聚酰亚胺、芳纶、芳砜纶、聚醚醚酮、聚四氟乙烯、聚苯并咪唑或聚苯硫醚中任意一种或至少两种的混合，优选为聚酰亚胺；优选地，所述纳米纤维层(2)的纳米纤维直径为1-2000nm，优选为2-1000nm，进一步优选为5-800nm；优选地，所述纳米纤维层(2)的纳米纤维孔隙率大于95％。5.根据权利要求1-4中任一项所述的纳米滤料，其特征在于，所述保护层(3)为耐180℃以上的编织布或无纺布材料，优选为耐180-240℃的编织布或无纺布材料；优选地，所述保护层(3)选自芳纶编织布、芳纶无纺布、芳砜纶无纺布、聚酰亚胺无纺布、聚苯硫醚无纺布或聚苯并咪唑无纺布中的任意一种或至少两种的混合；优选地，所述保护层(3)的编织布或无纺布材料的纤维直径为1-800μm，优选为3-500μm，进一步优选为5-400μm；优选地，所述保护层(3)的编织布或无纺布材料的孔径为10-500μm，优选为20-300μm，进一步优选为30-400μm；优选地，所述保护层(3)的编织布或无纺布材料的克重为10-100g/m2，优选为20-80g/m2。6.一种如权利要求1-...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨传芳，尚磊明，李艳香，李蕾，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11