一种分子筛催化无机纤维及其制备方法和除尘脱硝一体化应用技术

本发明专利技术提供了一种分子筛催化无机纤维及其制备方法和除尘脱硝一体化应用，所述分子筛催化无机纤维的制备方法通过在无机纤维上原位生长离子交换型分子筛得到分子筛催化无机纤维，不仅具有较宽的脱硝温度窗口，还具有较强的耐水耐硫性能，而且由于催化组分在无机纤维上以Si

【技术实现步骤摘要】
一种分子筛催化无机纤维及其制备方法和除尘脱硝一体化应用


[0001]本专利技术涉及烟气净化
，具体涉及一种分子筛催化无机纤维及其制备方法和除尘脱硝一体化应用。

技术介绍

[0002]氮氧化物(NO
X
)是一类重要的大气污染物，可以导致雾霾、光化学烟雾和酸雨等污染。目前，我国氮氧化物的固定源排放仍然占据较大比例，在燃煤电厂大多实现超低排放情况下，非电行业的NO
X
排放控制成为现阶段主要攻坚环节之一。氨选择性催化还原技术(NH3‑
selective catalytic reduction，NH3‑
SCR)是控制NO
X
排放的主要技术，已在电厂锅炉中广泛应用。然而，一方面，非电行业工业锅炉烟气成分复杂，经常同时含有二氧化硫、氮氧化物、颗粒物等组分，同时具有温度窗口偏低等特点，大大限制了NH3‑
SCR技术在该行业中的快速应用。例如在水泥行业，回转窑燃煤烟气具有高尘高碱性物质的特性，采用类似电厂锅炉的高效NH3‑
SCR脱硝技术，易发生催化剂堵塞及催化剂中毒等问题。另一方面，目前非电行业工业锅炉烟气的治理技术是将单一控制模块串联使用，存在着流程长、占地面积大、投资运行费用高等问题。例如在钢铁、玻璃、垃圾焚烧等行业，烟气中的NO
X
、烟尘、二噁英、有毒有害挥发性有机物(OHAPs)等分别是通过脱硝反应器、除尘器及其它设备来脱除，这样就导致污染物脱除系统占地面积广，阻力大，能耗高，投资及运行成本高，进一步加大了生产企业的负担，经济性差。因此，多组分协同治理与功能化耦合技术是解决上述问题的有效途径，其中气体处理技术与除尘模块的耦合是其研究重点之一。
[0003]现有的除尘脱硝耦合模块，按照耐受温度可以分为以催化滤袋为代表的低温模块和以催化陶瓷膜为代表的中高温模块。除尘脱硝耦合模块一般是以除尘模块为载体，再负载催化组分。例如CN108970269A公开了一种用于烟气短流程除尘脱硝的复合滤袋，在滤袋基体内表面涂覆若干催化剂涂层。CN108816220A公开了一种电袋复合除尘器以及加工方法，使用浸渍的方法将贵金属负载到布袋除尘器的滤袋上，在含尘烟气经过模块时进行除尘脱硝处理。但是通过这些方式得到的除尘脱硝模块中，催化剂与基体的结合力较差，经过烟气长时间冲刷后催化组分会掉落，使得滤袋的寿命缩短。
[0004]为了克服浸渍或者涂覆来负载催化组分的缺陷，有不少研究者着眼于复合催化滤料的制备，再通过传统针刺工艺制备成复合滤袋。例如CN112044177A将低温钒钨钛粉体与聚四氟乙烯粉体混合球磨、挤压、压延和膜裂工艺制备成催化剂改性聚四氟乙烯纤维，再和聚四氟短切纤维混纺、采用针刺工艺编织成滤袋。但是这种催化滤料的合成方式较为复杂，且限制了催化剂的种类，不利于大规模推广使用。
[0005]近些年来，随着离子交换型分子筛催化剂表现出较好的中低温脱硝性能，研究者们将其负载到除尘模块中，应用于非电行业的烟气净化领域，虽然表现出了良好的除尘脱硝性能，但是同样存在着催化剂易脱落的问题。此外，不管是以催化滤袋为代表的低温模块，还是以催化陶瓷膜为代表的中高温模块，往往会用到无机纤维材料。
[0006]为此，本专利技术开发出了一种分子筛催化无机纤维及其制备方法，将分子筛在无机纤维上实现原位生长，不仅具有较宽的脱硝温度窗口，具有较强的耐水耐硫性能，还具有催化成分与无机纤维结合牢固，不容易脱落的优点，可以在非电行业烟气净化领域实现除尘脱硝一体化应用。

技术实现思路

[0007]鉴于现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种分子筛催化无机纤维及其制备方法和除尘脱硝一体化应用，通过在无机纤维上原位生长离子交换型分子筛所得到的分子筛催化无机纤维，不仅具有较宽的脱硝温度窗口，还具有较强的耐水耐硫性能，而且由于催化组分在无机纤维上以Si
‑
O
‑
Si和Si
‑
O
‑
Al等化学键的方式牢固结合，不容易脱落，从而使得本专利技术所述分子筛催化无机纤维既可以与原始纤维混合，经压制成型处理得到除尘脱硝模块；又可以与原始纤维混纺＝，经针刺处理得到除尘脱硝模块，有助于实现非电行业烟气净化的除尘脱硝一体化应用。
[0008]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]本专利技术的目的之一在于提供一种分子筛催化无机纤维的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
[0010](1)对无机纤维进行预处理；
[0011](2)制备分子筛前驱体溶液；
[0012](3)将步骤(1)所述预处理得到的无机纤维浸没在步骤(2)所述分子筛前驱体溶液中进行水热反应，依次经过固液分离、洗涤、干燥得到分子筛催化无机纤维粗品；
[0013](4)将步骤(3)所述分子筛催化无机纤维粗品浸没在金属盐溶液中进行金属离子交换，依次经过固液分离、煅烧，得到分子筛催化无机纤维；
[0014]其中，步骤(1)与步骤(2)没有先后顺序；
[0015]或者，所述制备方法包括如下步骤：
[0016](1
’
)对无机纤维进行预处理；
[0017](2
’
)制备金属离子型分子筛前驱体溶液；
[0018](3
’
)将步骤(1
’
)所述预处理得到的无机纤维浸没在步骤(2
’
)所述金属离子型分子筛前驱体溶液中进行水热反应，依次经过固液分离、洗涤、干燥得到分子筛催化无机纤维；
[0019]其中，步骤(1
’
)与步骤(2
’
)没有先后顺序。
[0020]本专利技术所述分子筛催化无机纤维的制备方法，通过在无机纤维上原位生长离子交换型分子筛得到分子筛催化无机纤维，不仅具有较宽的脱硝温度窗口，还具有较强的耐水耐硫性能，而且由于催化组分在无机纤维上以Si
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O
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Si和Si
‑
O
‑
Al等化学键的方式牢固结合，不容易脱落，从而使得本专利技术所述分子筛催化无机纤维既可以与原始纤维混合，经压制成型处理得到除尘脱硝模块；又可以与原始纤维混纺，经针刺处理得到除尘脱硝模块，有助于实现非电行业烟气净化的除尘脱硝一体化应用。
[0021]值得说明的是，在本专利技术所述水热反应的过程中，无机纤维的表面会被高碱性分子筛前驱体溶液腐蚀，释放出微量硅源和铝源，与此同时，被腐蚀的粗糙表面有利于锚定分子筛前驱体溶液中的硅源和铝源，实现分子筛晶体的定向生长。由于分子筛前驱体溶液中
硅源和铝源的浓度远大于纤维表面被轻微腐蚀释放出的微量硅源和铝源的浓度，因此分子筛晶体生长的速度也高于原纤维腐蚀速度，因此最终形成以原纤维为轴，分子筛为壳的同轴核壳结构。
[0022]此外，本专利技术所述分子筛催化无机纤维上的催化组分为离子交换型分子筛，即，分子筛中的钠离子实现了金属离子交换，现有技术一般采用“先得到分子筛，再进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种分子筛催化无机纤维的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：(1)对无机纤维进行预处理；(2)制备分子筛前驱体溶液；(3)将步骤(1)所述预处理得到的无机纤维浸没在步骤(2)所述分子筛前驱体溶液中进行水热反应，依次经过固液分离、洗涤、干燥得到分子筛催化无机纤维粗品；(4)将步骤(3)所述分子筛催化无机纤维粗品浸没在金属盐溶液中进行金属离子交换，依次经过固液分离、煅烧，得到分子筛催化无机纤维；其中，步骤(1)与步骤(2)没有先后顺序；或者，所述制备方法包括如下步骤：(1
’
)对无机纤维进行预处理；(2
’
)制备金属离子型分子筛前驱体溶液；(3
’
)将步骤(1
’
)所述预处理得到的无机纤维浸没在步骤(2
’
)所述金属离子型分子筛前驱体溶液中进行水热反应，依次经过固液分离、洗涤、干燥得到分子筛催化无机纤维；其中，步骤(1
’
)与步骤(2
’
)没有先后顺序。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)或步骤(1
’
)所述无机纤维包括硅酸铝纤维、莫来石纤维或玄武岩纤维中的任意一种或至少两种的组合；优选地，步骤(1)或步骤(1
’
)所述预处理包括清洗与干燥；优选地，所述清洗包括将所述无机纤维浸没在有机溶剂中；优选地，所述有机溶剂包括乙醇和/或丙酮；优选地，步骤(2)所述分子筛前驱体溶液包括双十元环交叉孔道类型分子筛前驱体溶液；优选地，步骤(2)所述分子筛前驱体溶液包括正硅酸乙酯、偏铝酸钠、四丙基氢氧化钠与去离子水；优选地，在步骤(2)所述分子筛前驱体溶液中，正硅酸乙酯、偏铝酸钠、四丙基氢氧化钠与去离子水的摩尔比为(5
‑
30):1:(5
‑
10):(500
‑
1000)。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述水热反应的温度为100
‑
140℃；优选地，步骤(3)所述水热反应的时间为24
‑
48h；优选地，步骤(3)所述水热反应在反应釜中进行；优选地，步骤(4)所述金属盐溶液中的金属盐包括硝酸铜、硝酸锰或硝酸铁中的任意一种或至少两种的组合；优选地，步骤(4)所述金属盐溶液的浓度为0.001
‑
0.01mol/L；优选地，步骤(4)所述金属离子交换的温度为60
‑
100℃；优选地，步骤(4)所述金属离子交换的时间为8
‑
12h；优选地，步骤(4)所述煅烧的温度为500
‑
550℃；优选地，步骤(4)所述煅烧的时间为4
‑
8h。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的制备方法，其特征在于，在步骤(4)所述金属离子交换之前，将步骤(3)所述分子筛催化无机纤维粗品浸没在铵盐溶液中进行氢离子交换，依次经过固液分离、煅烧，得到氢离子交换的分子筛催化无机纤维；
优选地，所述铵盐溶液中的铵盐包括硝酸铵和/或氯化铵；优选地，所述铵盐溶液的浓度为1
‑
2mol/L；优选地，所述氢离子交换的温度为60
‑
100℃；优选地，所述氢离子交换的时间为8
‑
12h；优选地，所述煅烧的温度为500
‑
550℃；优选地，所述煅烧的时间为4
‑
8h。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2
’
)所述金属离子型分子筛前驱体溶液包括含有金属离子的双十元环交叉孔道类型分子筛前驱体溶液；优选地，步骤(2
’
)所述金属离子型分子筛前驱体溶液包括正硅酸乙酯、偏铝酸钠、金属盐、四丙基氢氧化钠与去离子水；优选地，在步骤(2
’
)所述金属离子型分子筛前驱体溶液中，正硅酸乙酯、偏铝酸钠、金属盐、四丙基氢氧化钠与去离子水的摩尔比为(5
‑
30):1:(0.005
‑
0.01):(5
‑
10):(500
‑
1000)；优选地，所述金属盐包括硝酸铜、硝酸锰或硝酸铁中的任意一种或至少两种的组合。6.根据权利要求1
‑
5任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(3
’
)所述水热反应的温度为100
‑
140℃；优选地，步骤(3
’
)所述水热反应的时间为24
‑
48h；优选地，步骤(3
’
)所述水...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈运法，李伟曼，刘海弟，
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：