一種催化陶瓷濾管及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及火電廠的粉塵過濾和氣態(tài)污染物的凈化脫除領(lǐng)域，具體為一種催化陶瓷濾管及制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]我國的大氣污染非常嚴重，以燃煤為主的能源結(jié)構(gòu)導(dǎo)致煤煙型污染特征，燃煤造成的大氣污染物有粉塵、SO2, NOx、汞等。實際應(yīng)用于火電廠燃煤鍋爐的放控制技術(shù)主要是低”(^燃燒技術(shù)和干法煙氣脫硝技術(shù)(主要是SNCR和SCR技術(shù))。SCR脫硝最常用的催化活性組分是V2O5，它是一種劇毒物質(zhì)，在生產(chǎn)、使用過程中都會產(chǎn)生嚴重污染，廢舊催化劑會二次污染環(huán)境。
[0003]中國幾乎所有的火電廠都安裝了除塵裝置，如電除塵器、布袋除塵器、電袋復(fù)合除塵器、機械式除塵器等，這些除塵設(shè)備具有不同的特點和適用范圍。電除塵器的投資費用高，占地面積大，對粒徑小于5 μπι的粉塵的捕集效率不高。機械式除塵器包括重力沉降室、慣性除塵器、旋風(fēng)除塵器，其中前兩者只能除去50μπι以上的大顆粒，而旋風(fēng)除塵對小于10 μπι的粉塵的捕集效率不高。由于受到濾袋的溫度限制，布袋除塵器、電袋復(fù)合除塵器不適用于高溫?zé)煔?> 300°C )的粉塵脫除。對于高溫?zé)煔?> 300°C )的粉塵脫除，陶瓷管過濾除塵器是一種較理想的選擇。陶瓷管過濾器采用微孔陶瓷管作為過濾材料，微孔陶瓷管具有耐高溫、耐腐蝕，成本相對低廉，實用壽命長等優(yōu)點。
[0004]目前，電廠常用的除塵、脫硝技術(shù)都是分作兩步獨立進行:先通過除塵裝置，后進入低粉塵的選擇性催化還原(SCR)脫硝裝置；或者先脫硝后除塵。這兩種凈化技術(shù)都有明顯的缺點:第一種，沒有成熟的低溫催化劑可利用，只能將煙氣加熱到一定的催化反應(yīng)溫度(300-4000C )進行SCR脫硝；第二種粉塵會沉積在SCR催化劑上，堵塞SCR催化劑的孔隙和活性位，導(dǎo)致脫硝效率下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種不僅粉塵捕集效率高、可高效氧化單質(zhì)汞，而且還能高效還原N0X，實現(xiàn)同時除塵及SCR脫硝的催化陶瓷濾管及制備方法。
[0006]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0007]—種催化陶瓷濾管，包括陶瓷過濾管基體，以及在陶瓷過濾管基體上依次涂覆的催化活性組分層和分離膜。
[0008]優(yōu)選的，陶瓷過濾管基體的平均孔徑在40?60 μπι，催化活性組分層由載體T -Al2O3,以及摩爾比為1: 1:3:1的活性組分Mn02、Ce02、Cu0和Sb2O3組成，分離膜的膜平均孔徑在2?6 μ m。
[0009]—種催化陶瓷濾管的制備方法，包括如下步驟，
[0010]步驟1，通過等靜壓成型制備陶瓷過濾管基體，
[0011]步驟2，在陶瓷濾管基體上涂覆的催化活性組分膜得到催化陶瓷過濾管基體；
[0012]2.1在預(yù)熱的勃姆石溶膠中加入其質(zhì)量1%?5%的分散劑后攪拌，溫度控制在70?75 °C，制得浸漬原液；
[0013]2.2將四水氯化錳和六水硝酸鈰按照摩爾比為1:1加入離子水中，攪拌至使其充分溶解，得到氯化錳與硝酸鈰溶液；
[0014]2.3將CuO和Sb2O3粉末按照摩爾比為3:1加入氯化錳與硝酸鈰溶液中，攪拌均勻得到MnO2、CeO2、CuO和Sb2O3的摩爾比為1: 1:3:1的Mn-Ce-Cu-Sb混合溶液；
[0015]2.4在溫度為70?75 °C的浸漬原液中，加入勃姆石溶膠質(zhì)量5 %?40 %的Mn-Ce-Cu-Sb混合溶液，邊加邊攪拌得到催化劑的浸漬液；
[0016]2.5將陶瓷過濾管基體浸入催化劑的浸漬液中，0.5?5小時后將其在70?120°C下干燥，最后在空氣氣氛下于500?600°C溫度煅燒3?6小時，制得催化陶瓷過濾管基體；
[0017]步驟3，在催化陶瓷濾管基體上制備分離膜；
[0018]3.1將催化陶瓷過濾管基體浸入莫來石懸浮液中，浸漬0.5?2小時后在100?140°C下干燥，然后在600?900°C溫度下焙燒，得到催化陶瓷濾管基體上的一層多孔表面膜；
[0019]3.2多次重復(fù)步驟3.1的操作，最終達到所需要的多孔表面膜厚度，制得催化陶瓷濾管。
[0020]優(yōu)選的，步驟I中制備陶瓷過濾管基體時，具體步驟如下，
[0021]1.1將碳化硅預(yù)燒結(jié)并粉碎成顆粒后過篩，獲得骨料，骨料中加入高溫黏結(jié)劑，經(jīng)造粒制得常規(guī)粉料；
[0022]1.2將常規(guī)粉料冷等靜壓成型后在空氣氣氛下于110?140°C下干燥，再將干燥后的陶瓷型芯在900?1200°C下燒結(jié)2?6小時，得到陶瓷基體。
[0023]優(yōu)選的，步驟2.1中勃姆石溶膠的制備包括如下步驟，
[0024]將異丙醇鋁粉末與水按照質(zhì)量比為3:20的比例混合，溫度控制在70?90°C，攪拌直至液體呈白色懸濁液，然后滴入lmol/L的硝酸溶液直至懸濁液變成無色粘狀液體；最后對空蒸發(fā)I?3小時，制得勃姆石溶膠。
[0025]優(yōu)選的，步驟2.4中，攪拌時，將采用恒溫磁力攪拌器攪拌后的混合物持續(xù)2h暴露于超聲波清洗器中。
[0026]優(yōu)選的，步驟2.5中，干燥前取出陶瓷過濾管基體通過吹掃清除陶瓷過濾管基體表面多余的催化劑的浸漬液。
[0027]優(yōu)選的，步驟2.5中，將陶瓷過濾管基體浸入其中30分鐘后取出，在120°C干燥2小時，在550°C焙燒5小時。
[0028]優(yōu)選的，步驟3.1中，將莫來石粉料、分散劑、高溫黏結(jié)劑和增塑劑按照1:0.03:0.05:0.01的質(zhì)量比混合，并加入莫來石粉料質(zhì)量3?10倍的水，攪拌均勻，得到莫來石懸浮液。
[0029]進一步，分散劑選自十二烷基硫酸鈉、甲基戊醇、聚丙烯酰胺和正丁胺中的一種或幾種；所述的高溫黏結(jié)劑為聚乙烯醇、JN-20硅溶膠、JN-25硅溶膠、JN-30硅溶膠中的一種或幾種；所述的增塑劑為鄰苯二甲酸二仲辛酯，鄰苯二甲酸二乙酯，正丁胺中的一種或幾種。
[0030]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果:
[0031]本發(fā)明所述的催化陶瓷濾管能夠?qū)崿F(xiàn)高溫?zé)煔?> 300°C )下的一體化高效脫除粉塵、NOx和單質(zhì)汞，能夠通過分離膜和基體對催化劑的保護能夠延長催化劑的使用壽命，陶瓷濾管的結(jié)構(gòu)設(shè)置能夠減少設(shè)備占地面積和運行成本。
[0032]進一步的，通過對基體孔徑的限制能夠保證其較高的強度，通過對催化活性組分層的限定，保證了其對單質(zhì)汞和當(dāng)氧化物的脫除效率，分離膜的限制保證了其對粉塵的脫除，而且能夠更好的捕獲PM2.5 ;使其具有良好的抗高溫能力、耐腐蝕性、耐熱性及較高的機械強度，完全適用于320-400 °C的溫度范圍。
[0033]本發(fā)明所述的催化陶瓷濾管的制備方法通過制備的催化活性組分膜中的胞02和CeO2對單質(zhì)萊實現(xiàn)氧化，通過組分CuO和Sb 203實現(xiàn)對NOx的還原；當(dāng)含NOx的高溫?zé)煔?280-4000C )從催化陶瓷濾管流過時，催化陶瓷濾管中的CuO、Sb2O3會促進NOx與在高溫?zé)煔膺^濾上游噴入的氨氣反應(yīng)，產(chǎn)生氮氣及水蒸氣；制備方法易于實施，便于控制，得到的催化陶瓷濾管耐磨損，耐高溫，成本低。
[0034]進一步的，通過超聲波的作用，能夠使制得的Mn-Ce-Cu-Sb混合溶液中的活性組分的均勻性和分散性都得以提高。
【具體實施方式】
[0035]下面結(jié)合具體的實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明，所述是對本發(fā)明的解釋而不是限定。
[0036]本發(fā)明采用等靜壓成型工藝制備陶瓷過濾管基體，在基體上涂覆催化活性組分膜，外層采用熱噴涂覆膜，得到一種新型的三層結(jié)構(gòu)的多功能催化陶瓷濾管。內(nèi)層是陶瓷過濾管基體，平均孔徑較大在40?60 μπι，確保過濾管的強度；中間為催化活