一種尾氣處理模塊的製備方法與流程

2023-12-05 22:21:31

本發明涉及一種尾氣處理模塊的製備方法，屬於材料製備和環境保護技術領域。

技術背景

隨著我國經濟的高速發展，我國大中城市、經濟發達地區和基礎工業密集區域的灰霾空氣汙染日漸嚴重。隨著我國對於SOx和NOx排放的限制日趨嚴格、相關環保技術和裝置不斷投入使用，我國大氣環境中SOx和NOx的汙染物排放總量逐年減少，然而，從目前的檢測結果看，我國長三角、珠三角和京津冀各片區的灰霾汙染反而日趨嚴重，已經嚴重威脅到了民眾的身體健康和經濟的可持續發展。

隨著當前對於灰霾汙染溯源研究的深入，人們已經發現，機動車尾氣排放的可揮發性有機物(VOC)和NOx已經成為當前城市灰霾汙染的最重要來源之一，據不完全統計，機動車排放的VOC佔北京市總VOC汙染的25％以上，此外，柴油車排放的碳煙離子也是造成灰霾的元兇之一，可見，我國當前亟需一種能對機動車尾氣中的VOC和碳煙粒子做進一步去除的技術方案。

機動車工業作為最成熟的工業之一，已經在尾氣處理方面進行了大量的研究，目前最常用的方法便是三元催化法，該方法是利用安置在尾氣管路上的三元催化模塊對尾氣進行催化，在將VOC氧化為二氧化碳和水的同時，又利用未燃盡的VOC將發動機中產生的NOx催化還原為氮氣。在三元催化模塊正常工作時，機動車排放的大部分汙染物都可以被降解掉，因此，很多西方國家的大城市雖然機動車保有量很大，但所導致的空氣灰霾汙染並不嚴重。然而我國目前燃油質量偏低，這導致針對正常油品設計的機動車三元催化模塊不易有效工作，因此機動車排放的VOC、NOx和碳煙較多，隨著我國對機動車尾氣細粒子排放濃度的限制日益嚴格，急需一種深度去除尾氣中細顆粒和VOC的方法。

對於細顆粒的去除，工業領域已經有了很多成熟方法：例如：袋式除塵、電除塵、機械除塵和溼法除塵等等。但其中能夠用於機動車尾氣細粒子收集的方案寥寥無幾，其中袋式除塵耐溫太低，而且壓降太大，會嚴重降低機動車發動機功率；電除塵設備巨大，操作費用高，無法應用於對模塊重量和體積要求苛刻的機動車領域，機械除塵對於微細顆粒效果很差；溼法除塵需攜帶大量液體除塵介質，無法應用於機動車。

目前還有兩種比較新穎的除塵技術問世，第一是蜂窩陶瓷柴油顆粒過濾器(簡稱DPF陶瓷過濾器)，該方法設計巧妙，是在多孔陶瓷的兩側的不同孔口上進行堵孔，迫使柴油機排放的尾氣在孔內滲透通過多孔陶瓷的孔壁，從而完成其中碳煙顆粒的去除，該方法的過濾模塊體積緊湊，過濾面積較大，但其過濾機理仍為膜過濾，因此其壓降並不算低。

採用駐極材料捕捉氣體中的微細顆粒是另一種較新穎的技術方案：該方案先對大孔道的有機過濾材料表面進行駐極處理，賦予材料永久的電極性，當含塵顆粒通過濾料時，會因為靜電力的吸引而被捕捉，因此該方法可以在極低的壓降要求下高效縛集微細顆粒，然而該除塵方案的本質和靜電除塵很類似，需要氣體中的顆粒帶電，而且不易導電，不帶電的顆粒不能被捕捉，而導電的顆粒即使被捕捉也會因為電性湮滅而重新回到流動的氣相主體中，此外目前成熟的駐極材料都是高分子材料，難以忍受機動車尾氣的高溫狀況。

綜上所述，目前我國亟需一種氣阻小、通量大、針對於機動車尾氣細粒子和VOC的淨化技術，這對於從源頭抑制機動車對大氣灰霾汙染的貢獻至關重要。

技術實現要素：

本發明的目的在於通過一種簡單的方法獲得具有低氣阻、高通量的高效除塵模塊。該模塊結構緊湊、製作方法簡單、可耐受高溫，對於機動車尾氣中的碳煙、氣溶膠粒子和VOC都具有一定的捕捉性能。

本發明的目的是通過如下的技術方案實現的：採用蜂窩狀多孔陶瓷為基體，將扭線毛刷填塞於蜂窩狀多孔陶瓷的孔道內，並利用縛塵劑溶液對蜂窩狀多孔陶瓷的孔壁和扭線毛刷的刷毛表面進行浸漬處理，浸漬液濃度為縛塵劑飽和溶液濃度的2％～100％，然後烘乾，獲得具有低氣阻和高氣體通量的高效除塵模塊，扭線毛刷的外徑在蜂窩狀多孔陶瓷孔道截面的長徑和短徑之間，所採用的蜂窩狀多孔陶瓷是堇青石陶瓷、氧化鋁陶瓷、二氧化矽陶瓷或碳化矽陶瓷，其孔徑為5mm～25mm；所述方法中的縛塵劑選自溴化1-乙基-3-甲基咪唑、碘化1-乙基-3-甲基咪唑、溴化1-丙基-3-甲基咪唑、碘化1-丙基-3-甲基咪唑、氯化1-丁基-3-甲基咪唑、溴化1-丁基-3-甲基咪唑、碘化1-丁基-3-甲基咪唑、氯化1-己基-3-甲基咪唑、溴化1-己基-3-甲基咪唑、碘化1-己基-3-甲基咪唑、氯化1-辛基-3-甲基咪唑、溴化1-辛基-3-甲基咪唑、碘化1-己基-3-甲基咪唑、氯化1-癸基-3-甲基咪唑、溴化1-癸基-3-甲基咪唑、碘化1-癸基-3-甲基咪唑、氯化1-苄基-3-甲基咪唑、溴化1-苄基-3-甲基咪唑、碘化1-苄基-3-甲基咪唑、氯化1-十二烷基-3-甲基咪唑、溴化1-十二烷基-3-甲基咪唑、碘化1-十二烷基-3-甲基咪唑、氯化1-十四烷基-3-甲基咪唑、溴化1-十四烷基-3-甲基咪唑、碘化1-十四烷基-3-甲基咪唑、氯化1-十六烷基-3-甲基咪唑、溴化1-十六烷基-3-甲基咪唑、碘化1-十六烷基-3-甲基咪唑當中的一種或任意幾種的混合物。

相比於常見的除塵裝置，本方法獲得的除塵模塊尺寸可調、對微細顆粒去除效果好、耐高溫。由於避免了使用微孔或狹縫來截留細顆粒，所以其壓降小、風量大。技術方案中使用的縛塵劑在尾氣溫度範圍內會形成粘稠的液膜停留在刷毛和多孔陶瓷孔道內壁，當尾氣中微細顆粒與壁面和刷毛撞擊時，會被縛塵劑的液膜所捕獲，不會在後續的氣流衝刷中發生逃逸和二次揚塵；同時尾氣當中的VOC也會因為縛塵劑良好的溶解性而部分溶解於縛塵劑液膜中，使該模塊同時發揮去除細粒子和降低VOC排放的作用。當除塵模塊吸附飽和時，可用水將沉積在扭線毛刷纖毛上和蜂窩狀多孔陶瓷內壁上的微細顆粒和溶解於縛塵劑液膜中的VOC一併洗脫，然後重新負載縛塵劑，便可完成模塊的再生。所選擇的縛塵劑是一系列咪唑類離子液體，具有很好的熱穩定性、溶解性和極低的揮發性，因此可有效降低尾氣中VOC的含量。

附圖說明

圖1代表蜂窩狀多孔陶瓷；

圖2代表扭線毛刷。

具體實施方式

本發明的除塵模塊可由說明書附圖1和圖2直觀表示。在圖1和圖2中，1代表蜂窩狀多孔陶瓷；2代表扭線毛刷。圖1是蜂窩狀多孔陶瓷的斜視圖，並畫出了扭線毛刷插入陶瓷孔的過程，圖2是每個陶瓷孔都被插入扭線毛刷後的正視圖。附圖1和圖2用於對本技術方案進行直觀闡釋，但並不對本技術方案中蜂窩狀多孔陶瓷載體的外形和孔道形狀構成限制，本技術方案中蜂窩狀多孔陶瓷的外形可根據實際需要選擇圓形、橢圓、梨形、三角形、方形、長方形和多邊形，而且其孔道除了方孔外，還可選擇圓孔、橢圓孔、半圓孔和長方孔。

本發明提供的一種尾氣處理模塊的製備方法，其具體技術方案是這樣實現的：採用蜂窩狀多孔陶瓷為基體，將扭線毛刷填塞於蜂窩狀多孔陶瓷的孔道內，並利用縛塵劑溶液對蜂窩狀多孔陶瓷的孔壁和扭線毛刷的刷毛表面進行浸漬處理，浸漬液濃度為縛塵劑飽和溶液濃度的2％～100％，然後烘乾，獲得具有低氣阻和高氣體通量的高效除塵模塊，扭線毛刷的外徑在蜂窩狀多孔陶瓷孔道截面的長徑和短徑之間，所採用的蜂窩狀多孔陶瓷是堇青石陶瓷、氧化鋁陶瓷、二氧化矽陶瓷或碳化矽陶瓷陶瓷，其孔徑為5mm～25mm；所述方法中的縛塵劑選自溴化1-乙基-3-甲基咪唑、碘化1-乙基-3-甲基咪唑、溴化1-丙基-3-甲基咪唑、碘化1-丙基-3-甲基咪唑、氯化1-丁基-3-甲基咪唑、溴化1-丁基-3-甲基咪唑、碘化1-丁基-3-甲基咪唑、氯化1-己基-3-甲基咪唑、溴化1-己基-3-甲基咪唑、碘化1-己基-3-甲基咪唑、氯化1-辛基-3-甲基咪唑、溴化1-辛基-3-甲基咪唑、碘化1-己基-3-甲基咪唑、氯化1-癸基-3-甲基咪唑、溴化1-癸基-3-甲基咪唑、碘化1-癸基-3-甲基咪唑、氯化1-苄基-3-甲基咪唑、溴化1-苄基-3-甲基咪唑、碘化1-苄基-3-甲基咪唑、氯化1-十二烷基-3-甲基咪唑、溴化1-十二烷基-3-甲基咪唑、碘化1-十二烷基-3-甲基咪唑、氯化1-十四烷基-3-甲基咪唑、溴化1-十四烷基-3-甲基咪唑、碘化1-十四烷基-3-甲基咪唑、氯化1-十六烷基-3-甲基咪唑、溴化1-十六烷基-3-甲基咪唑、碘化1-十六烷基-3-甲基咪唑當中的一種或任意幾種的混合物。

下面舉出幾個具體實施例，以進一步理解本發明：

實施例1：

取一塊尺寸10cm×10cm的蜂窩狀堇青石多孔陶瓷，其孔尺寸為1.5mm×1.5mm，孔數為38×38，取1444支扭線毛刷，其外徑為2.1mm，刷毛材質為不鏽鋼絲，插入堇青石蜂窩陶瓷的孔道中，每孔插一根毛刷，用溴化1-十二烷基-3-甲基咪唑溶液(質量濃度1％)浸漬該模塊，而後取出烘乾，如此反覆5次，獲得可以高效縛塵的氣體淨化模塊，當其徑向長度為20cm時，在10000/h的空速下，壓降小於900Pa，對粒徑2μm的顆粒，其截留效率超過90％，並有一定的VOC去除能力。

實施例2：

取一塊尺寸20cm×20cm的蜂窩狀氧化鋁多孔陶瓷，其孔尺寸為1.5mm×1.5mm，孔數為76×76，取5776支扭線毛刷，其外徑為1.5mm，刷毛材質為玻璃纖維絲，插入該氧化鋁蜂窩陶瓷的孔道中，每孔插一根毛刷，用氯化1-十六烷基-3-甲基咪唑(質量濃度50％)浸漬該模塊，而後取出烘乾，獲得可以高效縛塵的氣體淨化模塊，當其徑向長度為30cm時，在10000/h的空速下，壓降小於900Pa，對粒徑2μm的顆粒，其截留效率超過93％，並有一定的VOC去除能力。

實施例3：

取一塊直徑10cm的圓柱形蜂窩狀二氧化矽多孔陶瓷，其孔道直徑為1mm，取外徑為1mm的扭線毛刷，刷毛材質為碳纖維絲，插入該二氧化矽蜂窩陶瓷的孔道中，每孔插一根毛刷，用溴化1-十四烷基-3-甲基咪唑溶液(質量濃度10％)浸漬該模塊，而後取出烘乾，獲得可以高效縛塵的氣體淨化模塊，當其徑向長度為40cm時，在10000/h的空速下，壓降小於1000Pa，對粒徑2μm的顆粒，其截留效率超過98％，並有一定的VOC去除能力。

實施例4：

取一塊尺寸10cm×10cm的蜂窩狀氧化鋁多孔陶瓷，其孔尺寸為1mm×1mm，孔數為50×50，取2500支扭線毛刷，其外徑為1.4mm，刷毛材質為活性炭纖維，插入該氧化鋁蜂窩陶瓷的孔道中，每孔插一根毛刷，用質量濃度4％的碘化1-乙基-3-甲基咪唑溶液浸漬該模塊，而後取出烘乾，獲得可以高效縛塵的氣體淨化模塊，當其徑向長度為25cm時，在7000/h的空速下，壓降小於700Pa，對粒徑2μm的顆粒，其截留效率超過96％，並有一定的VOC去除能力。

實施例5：

取一塊直徑50cm的圓柱形蜂窩狀碳化矽多孔陶瓷，其孔道直徑為50mm，取外徑50mm的扭線毛刷，刷毛材質為鋼絲，插入該碳化矽蜂窩陶瓷的孔道中，每孔插一根毛刷，用溴化1-辛基-3-甲基咪唑溶液(質量濃度10％)浸漬該模塊，而後取出烘乾，獲得可以高效縛塵的氣體淨化模塊，當其徑向長度為100cm時，在10000/h的空速下，壓降小於900Pa，對粒徑2μm的顆粒，其截留效率超過97％，並有一定的VOC去除能力。

實施例6：

取一塊尺寸10cm×10cm的蜂窩狀堇青石多孔陶瓷，其孔尺寸為2mm×2mm，取外徑2.5mm的扭線毛刷，其刷毛材質為銅絲，插入該堇青石蜂窩陶瓷的孔道中，每孔插一根毛刷，用質量濃度1％的氯化1-癸基-3-甲基咪唑溶液浸漬該模塊，而後取出烘乾，如此反覆6次，獲得可以高效縛塵的氣體淨化模塊，當其徑向長度為20cm時，在7000/h的空速下，壓降小於700Pa，對粒徑2μm的顆粒，其截留效率超過95％，並有一定的VOC去除能力。

實施例7：

取一塊尺寸10cm×10cm的蜂窩狀堇青石多孔陶瓷，其孔尺寸為3mm×3mm，取外徑3mm的扭線毛刷，刷毛材質為鐵絲，插入該堇青石蜂窩陶瓷的孔道中，每孔插一根毛刷，用質量濃度20％的氯化1-苄基-3-甲基咪唑溶液浸漬該模塊，而後取出烘乾，獲得可以高效縛塵的氣體淨化模塊，當其徑向長度為15cm時，在7000/h的空速下，壓降小於700Pa，對粒徑2μm的顆粒，其截留效率超過90％，並有一定的VOC去除能力。

上述實施例僅示例性說明本發明的原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及範疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發明的權利要求所涵蓋。