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基本信息

項(xiàng)目名稱(chēng)：
高效催化/除塵雙功能環(huán)保濾料的研制
小類(lèi)：
能源化工
簡(jiǎn)介：
本研究針對(duì)世界范圍內(nèi)采用活性炭吸附垃圾焚燒尾氣中二惡英的技術(shù)缺陷，將二惡英分解催化劑與聚四氟乙烯（PTFE）多微孔纖維有機(jī)結(jié)合，并將纖維加工成具有催化/除塵雙功能的環(huán)保濾料。發(fā)明了負(fù)載催化劑的PTFE纖維加工技術(shù)（發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?00910097793.2）；設(shè)計(jì)了四層濾料結(jié)構(gòu)，采用多重復(fù)合技術(shù)加工成具有催化/除塵雙功能的環(huán)保濾料（發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?00910095413.1）；在西安某垃圾焚燒廠進(jìn)行了掛袋試驗(yàn)，檢測(cè)表明，二惡英分解效率達(dá)78.1％，除塵效率達(dá)99.99％。
詳細(xì)介紹：
垃圾焚燒過(guò)程中產(chǎn)生大量的顆粒物和毒性氣體——二惡英。為防止尾氣污染環(huán)境，顆粒物脫除采用耐高溫袋式除塵器；二惡英則采用活性炭吸附，實(shí)際上這種方法只是將空氣中的污染轉(zhuǎn)移到地下。另外，二惡英催化劑分解技術(shù)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，已發(fā)展出多個(gè)催化劑體系，但目前大多采用蜂窩狀形式使用，存在設(shè)備投資高、使用過(guò)程中能耗大、改變垃圾焚燒工況等缺陷。 本研究則是將催化劑粉體與多微孔PTFE纖維結(jié)合，再加工成濾料，最后制備具有催化/除塵雙功能的過(guò)濾袋；為研究濾料催化和除塵效率，在西安某垃圾焚燒廠進(jìn)行了掛袋試驗(yàn)。 （1）負(fù)載催化劑的多微孔PTFE纖維 目前垃圾焚燒的高溫尾氣基本上是以1m/min的速度通過(guò)過(guò)濾袋，因此催化劑必須與纖維牢固結(jié)合；同時(shí)為確保催化劑的分解效率，必須保證催化劑與空氣充分接觸。 基于此，①本研究選擇了多微孔PTFE纖維為催化劑載體，并采用PTFE乳液表面改性催化劑粉體，并控制纖維成型溫度（327-348℃，327℃為PTFE乳液的熔點(diǎn)，348℃為PTFE纖維的熔點(diǎn)），促使PTFE乳液熔融形成交聯(lián)作用，解決牢固結(jié)合問(wèn)題。②為制備多微孔纖維，研究中采用拉伸制膜，然后再裂膜成纖維的加工技術(shù)。形成如下加工路線： 首先制備催化劑/PTFE微孔膜：表面修飾的催化劑粒子→PTFE樹(shù)脂+潤(rùn)滑劑→混和→過(guò)篩→成熟→壓坯→擠出棒狀物→壓延成片材→縱向拉伸→固化→催化劑/PTFE微孔膜。 在此基礎(chǔ)上，催化劑/PTFE微孔膜→裂膜→催化劑/PTFE纖維。 采用該專(zhuān)利技術(shù)（發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?00910097793.2），2008年9月在浙江格爾泰斯環(huán)保特材科技有限公司進(jìn)行了試生產(chǎn)。 （2）具有催化/除塵雙功能的濾料 根據(jù)二惡英多以吸附在顆粒物上、少量為氣溶膠的存在狀態(tài)，設(shè)計(jì)了迎塵層、緩沖層、催化分解層、增強(qiáng)層四層結(jié)構(gòu)，并采用多重復(fù)合方式加工二惡英分解/除塵雙效功能的環(huán)保濾料。 采用該專(zhuān)利技術(shù)（發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?00910095413.1），2008年10月在南京際華三五二一特種裝備有限公司進(jìn)行試生產(chǎn)。 （3）濾料性能檢測(cè) 2008年12月在西安某垃圾焚燒廠進(jìn)行了掛袋試驗(yàn)。經(jīng)國(guó)家權(quán)威部門(mén)檢測(cè)，環(huán)保濾料除塵效率達(dá)99.99％，二惡英分解效率達(dá)78.1％。進(jìn)一步的試驗(yàn)仍在進(jìn)行中。

作品圖片

  • 高效催化/除塵雙功能環(huán)保濾料的研制
  • 高效催化/除塵雙功能環(huán)保濾料的研制
  • 高效催化/除塵雙功能環(huán)保濾料的研制
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作品專(zhuān)業(yè)信息

設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

發(fā)明目的：研制具有催化/除塵雙功能的環(huán)保濾料，提出一種垃圾焚燒尾氣處理用新型材料的加工方法，為環(huán)境的改善和大氣的凈化增磚添瓦。 基本思路：針對(duì)世界范圍內(nèi)垃圾焚燒過(guò)程中排放的二惡英廢氣無(wú)經(jīng)濟(jì)、可行的處理技術(shù)，以及二惡英分解催化劑取得長(zhǎng)足發(fā)展等現(xiàn)狀，將催化劑與聚四氟乙烯（PTFE）多微孔纖維有機(jī)結(jié)合，并將纖維加工成具有催化/除塵雙功能的環(huán)保濾料。 創(chuàng)新點(diǎn)：（1）采用PTFE乳液表面改性催化劑粉體，并控制纖維成型溫度促使PTFE乳液熔融形成交聯(lián)作用，以防止催化劑的流失；（2）根據(jù)二惡英存在狀態(tài)和除塵要求，設(shè)計(jì)四層濾料結(jié)構(gòu)，并采用多重復(fù)合技術(shù)將含有催化劑粒子的PTFE多微孔纖維加工成具有催化/除塵雙功能的環(huán)保濾料。 關(guān)鍵技術(shù)：（1）催化劑粉體的表面改性技術(shù)；（2）濾料的多重復(fù)合加工技術(shù)。 主要技術(shù)指標(biāo)：環(huán)保濾料的除塵效率達(dá)99.99％，二惡英分解效率達(dá)78.1％。

科學(xué)性、先進(jìn)性

（1）與現(xiàn)行二惡英處理技術(shù)比較：二惡英的脫除主要是采用活性炭吸附?；钚蕴课斤柡秃蠖嗖捎锰盥穹椒ㄌ幚?，但填埋的二惡英難以分解，極易對(duì)土壤和地下水造成二次污染。實(shí)際上這種方法只是將空氣中的污染轉(zhuǎn)移到地下。 （2）形成的含有催化劑的PTFE纖維的加工方法，比先前研究（發(fā)明專(zhuān)利200810060356.9、200610155052.1）更具科學(xué)先進(jìn)性。先前方法均是采用催化劑和聚四氟乙烯共混加工而成，二者之間缺少可連接的成分，結(jié)合牢度較差。本技術(shù)采用PTFE乳液表面改性催化劑粉體，并控制纖維成型溫度促使PTFE乳液熔融形成交聯(lián)作用，以防止催化劑的流失；PTFE乳液熔融后收縮，使催化劑粉體表面大部分裸露出來(lái)，同時(shí)確保了催化效率。 （3）濾料加工技術(shù)：作品設(shè)計(jì)了迎塵層、緩沖層、催化分解層、增強(qiáng)層等四層濾料結(jié)構(gòu)，并采用多重復(fù)合技術(shù)加工成具有催化/除塵雙功能的環(huán)保濾料。比單層濾料加工方法（發(fā)明專(zhuān)利200610155052.1、200810124334.4、200810124335.9）有顯著進(jìn)步。

獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果

2009年6月，在浙江金華市浙江師范大學(xué)舉辦的第十一屆浙江省“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽中獲得一等獎(jiǎng)。 獲得浙江省創(chuàng)新科技項(xiàng)目的資助。

作品所處階段

作品中涉及到的纖維和濾料加工技術(shù)，已在相關(guān)企業(yè)進(jìn)行批量試驗(yàn)，表明工藝運(yùn)行平穩(wěn)，處于中試階段。

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

無(wú)

作品可展示的形式

實(shí)物、產(chǎn)品、圖片、樣品

使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)

該產(chǎn)品具有如下優(yōu)勢(shì)：（1）同時(shí)具有除塵和二惡英分解功能；（2）不需增加額外設(shè)備；（3）不改變現(xiàn)有設(shè)備運(yùn)行工況。 本項(xiàng)目產(chǎn)品可用于垃圾焚燒、燃煤電廠、鋼鐵工業(yè)等高溫尾氣的處理上，控制煙塵中懸浮顆粒和二惡英的排放。 我國(guó)目前有2000多臺(tái)垃圾焚燒爐（包括醫(yī)療、生活和固體廢棄物等），國(guó)家強(qiáng)制性使用袋式除塵器。以每臺(tái)焚燒爐使用1500平方米，按濾料2年使用壽命計(jì)算，每年所需濾料將有150萬(wàn)平方米。我國(guó)正大力提倡垃圾處理采用焚燒法，預(yù)計(jì)到2015年比例將由現(xiàn)在的7-9％提高到l5－25％。預(yù)計(jì)到2010年，我國(guó)鋼鐵行業(yè)，如果50％用袋式除塵器，總計(jì)需要濾料3600萬(wàn)平方米，若按濾料2年使用壽命計(jì)算，每年更換所需濾料將有1030萬(wàn)平方米（計(jì)算）。鋼鐵工業(yè)袋式除塵需要2100萬(wàn)平方米（計(jì)算），折算后每年需更換濾料600萬(wàn)平方米（計(jì)算）。還有我國(guó)共計(jì)560條干法水泥生產(chǎn)線，需使用濾袋除塵設(shè)備。我國(guó)對(duì)袋式除塵器需求巨大，因此，具有催化功能的袋式除塵器有廣闊的市場(chǎng)前景。

同類(lèi)課題研究水平概述

焚燒處理目前已成為各國(guó)處理廢棄物最主要的和最有效的方法之一。但垃圾在焚燒過(guò)程中產(chǎn)生大量污染物，如顆粒物、酸性氣體、重金屬及二惡英等。這些污染物對(duì)人體健康存在極大危害，而尤以二惡英的毒害最大，去除難度也最高。在垃圾焚燒行業(yè)，飛灰（顆粒物）脫除均采用耐高溫袋式除塵器。部分二惡英在飛灰上，因此，目前二惡英的脫除主要是提高袋式除塵器的過(guò)濾精度以有效截留顆粒物，同時(shí)采用活性炭注射吸附。吸附二惡英的活性炭和飛灰被作為有害廢物來(lái)處置（如再次高溫焚燒），大大增加了垃圾焚燒廠的運(yùn)行費(fèi)用，為降低成本，多數(shù)企業(yè)采用填埋方法，雖操作費(fèi)用低，但填埋的二惡英難以分解，極易對(duì)土壤和地下水造成二次污染。實(shí)際上這種方法只是將空氣中的污染轉(zhuǎn)移到地下。 經(jīng)濟(jì)、高效是二惡英脫除技術(shù)的發(fā)展方向。目前，二惡英催化劑分解技術(shù)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，它是在一定的溫度下（150-250℃）將二惡英分解為CO2、H2O和微量HCl氣體等（Environ. Sci. Technol，2003，37：4254-4260）。將催化劑和袋式除塵器有機(jī)結(jié)合是目前高溫尾氣處理的發(fā)展方向。 美國(guó)Gore公司發(fā)展了REMEDIA催化過(guò)濾器系統(tǒng)，它是將催化劑粉體植入PTFE多孔纖維內(nèi)部，之后加工成過(guò)濾器。催化劑和PTFE微孔纖維的結(jié)合具有如下優(yōu)勢(shì)：（1）溫度匹配：PTFE可長(zhǎng)期耐受200℃左右高溫，催化劑有效分解溫度為180-220℃，垃圾焚燒爐中的除塵系統(tǒng)空氣溫度為180℃左右，因此三者在溫度上比較匹配。將該纖維制成過(guò)濾袋后可直接使用，不改變垃圾焚燒設(shè)備和運(yùn)行參數(shù)；（2）PTFE纖維上富含微孔，有利于催化劑粒子和二惡英有效接觸。該過(guò)濾器能有效地將高效除塵和催化氧化去除二惡英的功能集于一身。使用過(guò)程中，煙氣中吸附在固體顆粒物上的二惡英將與其它微小顆粒物如重金屬一起被過(guò)濾去除，而氣態(tài)的二惡英則通過(guò)濾料纖維中的催化劑發(fā)生氧化分解反應(yīng)。 在國(guó)內(nèi)，本項(xiàng)目組所在研究室對(duì)該技術(shù)進(jìn)行了長(zhǎng)期的研究，并申請(qǐng)或獲得國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利多項(xiàng)（200810060356.9、200810124334.4、200810124335.9）。本研究即是在先前的基礎(chǔ)上，發(fā)明了催化劑牢固附著和負(fù)載催化劑的多微孔PTFE纖維加工技術(shù)以及具有催化/除塵雙功能的環(huán)保濾料的多重復(fù)合加工技術(shù)，并取得了二惡英分解效率78.1%、除塵效率99.99%的結(jié)果。
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