[发明专利]一种制备能够对锅炉尾气进行有效脱硫除硝的玻璃纤维布的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种能够对锅炉尾气进行有效脱硫除硝的玻璃纤维布及其制备方法，特别是提供了一种掺杂稀土元素的溶胶凝胶工艺，能够制备具有对锅炉尾气进行有效脱硫除硝的锐钛矿型纳米二氧化钛薄膜，属于精细化工与环境保护领域。

背景技术

中国近年来电力建设发展迅速，现在电力装机容量已经突破9亿千瓦。二氧化硫和氮氧化物是火电厂产生的主要大气污染物，是导致光化学烟雾和酸雨的主要污染物，又较难净化处理，因此针对它们的控制技术受到了广泛的重视。脱除烟气硫氧化物的技术有钙法、碱法、活性炭吸附法、氨法、电子束脱硫法、生物脱硫法等；脱除氮氧化物的技术有烟道气循环法、低氮氧化物燃烧器法、选择性催化还原法、非催化选择性还原法、催化助热燃烧技术等。

如何有效地去除氮氧化物是目前锅炉尾气污染治理的一个重点和难点，催化还原和催化分解时目前研究得比较多的去除氮氧化物的方法，但是这些方法普遍存在工程投资大，运行费用高、能耗高等缺点。已有研究表明：纳米二氧化钛是一种重要的无机物，具有无毒、价廉、光催化性能高等优点，能在紫外光的激发下对氮氧化物污染物进行光催化氧化作用从而将其转化为无毒无害的物质。利用纳米二氧化钛进行的光催化技术已经成为现在研究的主要方向，这对于今后解决大气氮氧化物污染，改善人类的生存环境有着非常深远的意义。

针对硫氧化物和氮氧化物这样的燃煤锅炉排放主要污染物，传统的方法设备昂贵且效率不高，而本发明的脱硫脱氮技术具有很大的优越性，具有投资少、减小系统的复杂性、运行性能好、费用低、运行简单可靠、脱硫脱氮效果好、不产生二次污染和烟道阻力、较小的占地面积及腐蚀小等特点。针对我国燃煤锅炉量大、面广、分散的特点，该方法具有广阔的应用前景。

目前许多研究和专利均提及到纳米TiO₂涂覆在各种基体物质上进行光催化的应用。这些基体主要有不锈钢(中国专利：CN101709464A)、多孔陶瓷和玻璃纤维布(中国专利：CN1467024A)、石英管(中国专利：CN101333077A)、碳纤维表面(中国专利：CN101579622A)等，然而以上基体对锅炉尾气中的粉尘和细菌的吸附性较差，且与TiO₂涂层的结合不够好，在实际应用中涂层较易脱落，从而导致杀菌效果变差，限制了它们的实际应用。

玻璃纤维布比表面积大，吸附能力强，而且透气性能好，具有良好的锅炉尾气粉尘过滤及吸附功能。将纳米TiO₂涂覆在玻璃纤维布上，可以使其最大限度的接受光的照射和滤过锅炉尾气层，充分发挥TiO₂的脱硫除氮作用。另外，玻璃纤维布的主要成分是SiO₂，与纳米TiO₂同属于氧化物陶瓷，能够保持牢固的结合，因此，将纳米TiO₂涂覆在玻璃纤维布表面，既能提高对锅炉尾气粉尘和细菌的吸附性，又能保持基体与涂层的牢固结合，从而大大提高材料的杀菌效率和使用寿命。在玻璃纤维表面涂覆TiO₂制备光催化网方面，目前虽有专利进行报道(中国专利：CN1467024A、CN102258989A)，但该专利制备的纳米TiO₂未经过稀土等元素掺杂等处理，致使其光催化效果不够理想，且所使用的方法不同，产品的用途目的也不同。因为TiO₂光催化薄膜带隙能量(3.2eV)较宽，原则上只能吸收波长短于387nm的紫外光，光响应范围较窄，光生电子和空穴容易复合，光量子效率较低，限制了TiO₂光催化膜材料的实际应用和发展。然而稀土元素具有不完全的4f轨道和5d轨道，具有易产生多电子组态、多晶型、热稳定性好等优点，适量的稀土元素掺杂TiO₂有利于光生电子和空穴的分离，提高其离子效率。同时，掺杂稀土元素后，TiO₂吸收带也会发生红移，又可使其吸收光范围向可见光区拓展，这两种效应均可提高TiO₂的光催化活性。另外适量的稀土掺杂TiO₂可以在其表面引入缺陷位置成为电子或缺陷的陷阱，减少电子和空穴的复合，表面的亲水性能也得到了改善。因此，稀土离子掺杂效应可以改进TiO₂薄膜在光照下的光催化活性。目前已经有许多文献或专利关于TiO₂中掺杂稀土元素的报道(中国专利：CN101721990，CN101716519)，但稀土掺杂改性的纳米TiO₂在玻璃纤维布上的涂覆仍未见诸报道。