協(xié)同凈化煙氣有害污染物功能濾料的研究進(jìn)展
來源：三維絲袋濾技術(shù)研究院 閱讀：3413 更新時間：2015-04-01 10:52摘要：對現(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。重點對具有脫汞功能濾料，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，并對我國未來在功能化濾料的發(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)濟進(jìn)步，大氣污染越來越嚴(yán)重。2013年霧霾波及25省份、100多個大中型城市，全年全國平均霧霾天數(shù)達(dá)35.9天，工業(yè)尾氣的過渡排放是造成大氣污染的主要原因之一。面對著這越來越嚴(yán)峻的環(huán)境問題，我國出臺了一系列的措施，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，如：煙氣除塵、脫硫和脫硝等都是單獨進(jìn)行開發(fā)的，形成了各自的技術(shù)體系和工藝流程，制成專門的控制設(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立的煙氣凈化系統(tǒng)，這類煙氣凈化系統(tǒng)存在設(shè)備占地面積大，投資成本高、操作復(fù)雜等缺點。根據(jù)我國工業(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行成本，為此，開發(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，脫硝濾料等三類功能濾料的研究進(jìn)展，并對協(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，高揮發(fā)性的液態(tài)金屬。一旦被人體所吸入，會造成神經(jīng)性中毒和深部組織病變，對人體健康危害極大。燃煤排放物是我國大氣污染的主要來源之一，煤中的痕量的汞會在燃料過程中遷移到煙氣當(dāng)中，如果排放到大氣中將嚴(yán)重威脅人類健康[1]。具有脫汞功能濾料可以在對煙氣除塵的同時減少汞的排放，是當(dāng)今研究的熱門方向之一。這類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，通過針刺將各層連接起來。這種濾料可以同時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)過開松和梳理成網(wǎng)，再次噴入活性炭粉，然后通過機械粘合針刺而成濾布，其碳含量可達(dá)80%，對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活性炭的吸附作用來凈化煙氣中的汞，但這種濾料可能會存在著吸附容量低、價格昂貴、再生性差等缺點，所以有些科學(xué)家希望通過催化氧化脫汞代替吸附脫汞。劉江峰等人[5]通過針刺將支撐層、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
城市垃圾是我國又一大環(huán)境問題，通過垃圾焚燒技術(shù)來可以很好的解決這問題。但由于垃圾成分復(fù)雜，焚燒后會產(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，萬分之一甚至億分之一克就可以對人類健康產(chǎn)生嚴(yán)重危害[7]。目前，二噁英可以通過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，再混合液體潤滑劑，經(jīng)過擠出、壓延、縱向拉伸、燒結(jié)定型、開纖等工藝加工而成，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層，以及基布增強層組成，最后通過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)備要求高的問題。
3具有脫硝功能濾料
我國是以燃煤為主的發(fā)展中國家,隨著經(jīng)濟的快速發(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對大氣的污染已成為一個不容忽視的重要問題,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，還具有很好的強度和抗靜電能力[14]。刁永發(fā)等人[15]公開了一種同時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過濾氈進(jìn)行預(yù)處理，這可能會破壞過濾氈的纖維結(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題。“涂層型”脫硝功能濾料具有多層結(jié)構(gòu)，這會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題方面仍存在較大問題。因此針對我國的研究現(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方面展開工作：
(1)開發(fā)同時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)開發(fā)實用化的協(xié)同凈化有毒污染物的功能濾料，盡快實現(xiàn)此種功能濾料的商業(yè)化。
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