[发明专利]催化过滤复合元件及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种催化过滤复合元件及其制备方法与应用。该制备方法包括将陶瓷纤维、硅溶胶和分散剂混合形成均匀浆料，将所述浆料混合注入模具，成型后脱模，干燥、煅烧，得到基材；将所述基材浸没在第一溶液中，在真空中保持一段时间后取出，微波干燥，焙烧，得到中间元件；将中间元件浸没在第二溶液中，在真空中保持一段时间后取出，微波干燥，焙烧，得到所述催化过滤复合元件。本发明进一步提供了由上述制备方法得到的催化过滤复合元件及其在协同脱除颗粒物和NOx中的应用。上述复合元件孔隙大、韧性高、比表面积大，具有低压降、高过滤效率和高催化活性。

技术领域

本发明涉及高温烟气一体化净化技术领域，尤其涉及一种催化过滤复合元件及其制备方法与应用。

背景技术

随着烟气排放标准的不断提高和环保形势的日趋严峻，燃烧烟气污染物综合治理净化已成为我国能源与环境领域的重中之重。在燃煤发电、石油化工、冶金以及垃圾焚烧等众多领域中排放烟气中的粉尘颗粒物和氮氧化物(NO_x)是大气污染物的主要成分，也是造成雾霾、光化学烟雾和酸雨等一系列环境问题的根本原因。传统的高温烟气净化工艺中除尘和催化脱硝是两个独立的操作单元，通常先在200–450℃温度区间内利用通入烟气中的氨气(NH₃)在催化剂的作用下将NO_x还原为无毒、无污染的氮气(N₂)，经过降温后，再通过布袋过滤或静电除尘将烟气中的粉尘颗粒物脱除，这种串联工艺存在工艺复杂、投资和运行成本高、能耗高以及占地面积大等问题。

近年来，除尘脱硝一体化协同技术由于将两个净化单位集为一体，实现了操作单元的多功能化，解决了传统串联净化工艺所存在的问题，故而成为高温烟气净化领域的新发展趋势。催化过滤复合元件是一种可协同脱除粉尘颗粒物和NO_x的新材料，由耐高温的过滤元件和负载于其内部的脱硝催化剂构成，当高温烟气流经催化过滤复合元件时，粉尘颗粒物被截留在元件外表面，NO_x则在元件内部的催化剂上发生选择性催化还原反应而被脱除，目前已成为一种极具应用前景的除尘脱硝一体化新技术。

可协同脱除颗粒物与NO_x的催化过滤复合元件已成为国内外的研究热点，其中“具有除尘和催化脱硝功能的陶瓷膜过滤元件及其制备方法(专利号：ZL201611078604.3)”公开了一种具有除尘和脱硝功能的陶瓷膜过滤元件及其制备方法。该元件包括支撑体、分离膜和脱硝催化剂。先在支撑体表面喷涂分离膜膜层得到涂膜管，然后对涂膜管进行预处理，将脱硝催化剂负载在预处理的涂覆管上，最后经过热处理得到所述的陶瓷膜过滤元件。然而这种类型的催化复合过滤元件存在压降大、催化性能不理想、寿命短以及价格昂贵等问题，主要归因为所制备的过滤元件的孔隙率低(40％)和脆性大、负载的催化剂易团聚和分布不均匀等原因。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种催化过滤复合元件及其制备方法与应用。该复合元件具有低压降、高过滤效率和高催化活性的特点，能够用于协同脱除颗粒物与氮氧化物。

为了达到上述目的，本发明提供了一种催化过滤复合元件的制备方法，包括：

S1、将陶瓷纤维、硅溶胶和分散剂混合形成均匀浆料，将所述浆料混合注入模具，成型后脱模，煅烧，得到基材；

S2、将所述过滤元件在浸入第一溶液中，在真空中保持一段时间后取出，微波干燥至恒重，焙烧，得到中间元件；

S3、将中间元件浸入第二溶液中，在真空中保持一段时间后取出，微波干燥至恒重，焙烧，得到所述催化过滤复合元件；

其中，所述第一溶液含有催化剂载体前驱体，第二溶液含有催化剂活性组分的前驱体和催化剂助剂的前驱体。