[发明专利]具有催化混合基质膜层的多层复合物

说明书

催化复合物由催化层状组件形成，该催化层状组件包括多孔催化含氟聚合物膜和与该多孔催化含氟聚合物膜连接的一个或多个毡毛层。至少一个毡毛层相邻于多孔催化含氟聚合物膜的上游侧定位，以形成催化复合物。含氟聚合物膜被穿孔以允许增强的气流通过，同时保持对流过催化复合物的流体中化学物质的还原或去除有催化作用的能力。

技术领域

本公开涉及一种用于过滤材料的催化复合物，该复合物可以从流体流中去除包括目标物质在内的污染物。具体的，涉及包含催化剂含氟聚合物膜的催化剂复合物。

背景

催化过滤器用于各种流体过滤应用。通常，这些过滤器在基质中结合了催化材料(例如，TiO₂、V₂O₅、WO₃、Al₂O₃、MnO₂、沸石、和/或过渡金属化合物及其氧化物)。当流体经过或通过基质时，流体内的污染物与催化剂颗粒反应，将污染物转化为更理想的副产物或最终产物，因此从流体流中去除了选定种类的污染物。催化剂所针对的特定污染物也可以称为目标物质。各种目标污染物是燃烧或工业过程的副产物，例如运输燃烧，煤炭燃烧，城市垃圾焚化和炼油。此类目标污染物和催化剂的例子包括：

表1：示例性催化剂

先前生产催化过滤装置的尝试的例子包括美国专利第4,220,633号和美国专利第4,309,386号中提出的那些，其中滤袋被涂有合适的催化剂以促进NO_x的催化还原过程。在美国专利第5,051,391号中，公开了催化剂过滤器，其特征在于，直径为0.01μm至1μm的由金属氧化物制成的催化剂微粒被过滤器和/或催化剂纤维负载。在美国专利第4,732,879号中，描述了一种方法，其中，多孔(优选催化活性的)金属氧化物涂层以纤维形式施加到相对无孔的基材上。在DE 3,633,214 A1中，通过将催化剂插入过滤材料层中而将催化剂粉末结合到多层滤袋中。

生产催化过滤装置的其它例子包括：Fujita等人的JP H08-196830中所述的那些，其中，吸附剂、反应物等的微粉负载在过滤层内部中。在JP H09-155123中，在滤布上形成脱硝层。在JP H09-220466中，催化剂过滤器通过如下制备：用氧化钛溶胶浸渍玻璃纤维布，然后对其进行热处理并进一步用偏钒酸铵浸渍。在JP H04-219124中，为了防止催化剂分离，将用于袋式过滤材料的催化剂填充密实、厚且高度透气的滤布。在美国专利第5,620,669号中，过滤器包括具有节点和原纤维结构的膨胀聚四氟乙烯(ePTFE)的复合纤维，其中，催化剂颗粒被束缚在该结构内。美国专利第6,331,351号揭示了通过聚合物粘合剂附着至多孔基材的化学活性颗粒。微孔层附着于多孔基材的至少一侧或内部。所得的过滤材料在粉尘能够堵塞活性催化部位之前从过滤流中去除了污染物，例如粉尘，以及通过催化或反应去除了不希望的物质。

在过滤器工作期间，常规构造通常会出现两个主要问题，即化学劣化和机械劣化。关于化学劣化，过滤器的化学功能可能由于污染而变得无用，这对于几乎所有常规活性过滤装置、特别是催化过滤装置来说都是严重的问题。根据定义，尽管催化剂在催化反应过程中不被消耗，但由于来自流体流的颗粒、液体和气体污染物(即，细粉尘颗粒、金属、二氧化硅、盐、金属氧化物、烃、水、酸性气体、磷、碱性金属、砷、碱金属氧化物等)，催化过滤器的工作寿命可能有限。失活的发生是因为过滤器内活性颗粒上的活性部位被物理掩蔽或化学改变了。除非这些污染物可以从过滤器中排出，否则过滤器的效率将迅速降低，直到必须更换为止。另外，在某些情况下，用于制造的加工助剂会引起催化剂的劣化。存在各种清洁设备以去除过滤器(例如，振动筛滤袋、反向脉冲滤袋和滤芯、反向空气滤袋等)的粉尘，但是这些装置在去除包埋在过滤材料内的粉尘方面不是特别有效。

另一种形式的化学劣化是由于运行过程中插入的催化剂的损失。在许多情况下，催化剂颗粒没有牢固地附着在主体纤维上，无法承受正常运行的苛刻条件。结果，催化剂颗粒从过滤器中掉出，从而不仅降低了过滤器的效率，而且污染了清洁的流体流。