协同净化烟气有害污染物功能滤料的研究进展

随着世界人口膨胀，经济进步，大气污染越来越严重。2013年雾霾波及25省份、100多个大中型城市，全年全国平均雾霾天数达35.9天，工业尾气的过渡排放是造成大气污染的主要原因之一。面对着这越来越严峻的环境问题，我国出台了一系列的措施，制定了严格的排放标准，环保企业也加紧了控制排放技术的研发。但目前高温烟气处理技术还存在一些薄弱点，如：烟气除尘、脱硫和脱硝等都是单独进行开发的，形成了各自的技术体系和工艺流程，制成专门的控制设备。为了除去烟气中的粉尘和其他的有害污染物，绝大多数企业都采用至少两套以上独立的烟气净化系统，这类烟气净化系统存在设备占地面积大，投资成本高、操作复杂等缺点。根据我国工业污染物的排放现状，袋式(电袋)除尘器在高温烟气处理中得到大量的应用，若将袋式(电袋)除尘和净化有害污染物两者进行结合，实现袋式(电袋)除尘和净化污染物一体化，将大大节省烟气治理的投资和运行成本，为此，开发协同净化污染物的除尘滤料具有重要意义。本文综述了脱汞滤料、催化二噁英滤料，脱硝滤料等三类功能滤料的研究进展，并对协同净化污染物的功能滤料的发展进行了展望。

1具有脱汞功能滤料

汞是一种低熔点，高挥发性的液态金属。一旦被人体所吸入，会造成神经性中毒和深部组织病变，对人体健康危害极大。燃煤排放物是我国大气污染的主要来源之一，煤中的痕量的汞会在燃料过程中迁移到烟气当中，如果排放到大气中将严重威胁人类健康[1]。具有脱汞功能滤料可以在对烟气除尘的同时减少汞的排放，是当今研究的热门方向之一。这类具有脱汞功能滤料可以分为“吸附型”滤料和“催化型”滤料。

1.1“吸附型”脱汞功能滤料

张延清[2]将纤维作为上下层，中间设置基布层，然后将活性炭均匀分布在基布层上，通过针刺将各层连接起来。这种滤料可以同时完成可吸入颗粒物和重金属的脱除，其中汞的脱除率可达96%。刁永发等人[3]将粘胶基活性炭纤维和短聚四氟乙烯纤维进行混纺，经过针刺和水刺工艺，制得具有脱汞功能的滤布，这种滤布具有很好的脱汞功能。另外，他们还将活性炭粉末粘附在纤维表面，在经过开松和梳理成网，再次喷入活性炭粉，然后通过机械粘合针刺而成滤布，其碳含量可达80%，对烟气中的重金属汞的脱除效果良好[4]。

1.2“催化型”脱汞功能滤料

“吸附型”脱汞功能滤料主要通过活性炭的吸附作用来净化烟气中的汞，但这种滤料可能会存在着吸附容量低、价格昂贵、再生性差等缺点，所以有些科学家希望通过催化氧化脱汞代替吸附脱汞。刘江峰等人[5]通过针刺将支撑层、基布层、催化分解层、缓冲层和迎尘层的相互勾连，得到具有除尘和脱汞的双功能滤料，这种滤料在高温下可以有效的除尘和脱除汞金属。李丽等人[6]通过在耐高温的滤袋上负载氧化锰和氧化钴催化剂，将单质汞氧化成二价的汞，然后再利用净化装置吸收，从而达到脱汞的目的，但其脱汞的效率只能达到30%左右。

由以上两种脱汞功能滤料讨论可知，这两种脱汞功能滤料都展示比较好的发展前景。但也存在的一些问题，“吸附型”脱汞功能滤料脱汞效果良好，但其再生性和吸附容量还有待提高。“催化型”脱汞功能滤料具有良好的循环性能，但其脱汞效率较弱。

2具有催化二噁英功能滤料

城市垃圾是我国又一大环境问题，通过垃圾焚烧技术来可以很好的解决这问题。但由于垃圾成分复杂，焚烧后会产生大量含有重金属、二噁英、SO2，HCl、HF等有害气体。其中二噁英有“世纪之毒”之称，万分之一甚至亿分之一克就可以对人类健康产生严重危害[7]。目前，二噁英可以通过催化氧化分解成二氧化碳、水和氯化氢气体等，这种技术可以有效的减少二噁英的排放。其中具有催化二噁英功能滤料可以在除尘的同时很好催化分解二噁英，受到了广泛的关注。郭玉海等人[8]中公开了有催化分解二噁英功能的膨体聚四氟乙烯纤维的制备方法，该方法是将膨体聚四氟乙烯树脂和具有分解二噁英功能的催化剂粉体混合，再混合液体润滑剂，经过挤出、压延、纵向拉伸、烧结定型、开纤等工艺加工而成，该材料可以用于高温尾气的除尘和废气的分解。他们还利用聚四氟乙烯纤维梳理加工成迎尘层，细聚四氟乙烯纤维预刺成缓冲层，负载催化剂的聚四氟乙烯薄膜为催化层，聚四氟乙烯基布增强层，以及基布增强层组成，最后通过针刺加工制成一种除尘和二噁英分解双效滤料，该滤材也具有良好的除尘和二噁英分解功能[9]。夏前军等人[10]将含有二噁英分解催化剂的聚四氟乙烯微孔薄膜、耐高温纤维支撑层、基布层进行叠加，通过针刺、后处理等工艺加工而成，具有高温尾气除尘和二噁英分解的功能。所以具有催化二噁英功能滤料具有很好的除尘和脱除二噁英的效果，但是这些滤料都存在着制备工艺复杂，设备要求高的问题。

3具有脱硝功能滤料

我国是以燃煤为主的发展中国家,随着经济的快速发展,煤耗的增加,燃煤造成的大气污染日趋严重,而氮氧化物(NOX)是其主要成分之一。它能引起人体中毒、损害植物、形成酸雨[11]。因此,NOX对大气的污染已成为一个不容忽视的重要问题,控制和治理NOX污染已迫在眉睫,具有脱硝功能滤料可以实现除尘和脱硝的双效功能可以有效的控制NOX的排放。

3.1“负载型”脱硝功能滤料

林锦贤等人[12]通过浸置法让催化剂负载在滤料表面，从而使滤料具有脱硝功能。他们还利用聚苯硫醚针刺毡为载体，通过酸性高锰酸钾与吡咯单体在针刺毡表面原位反应，还原成无定形MnO2脱硝催化剂并插入和分散到聚吡咯基体中，制成含有MnO2催化剂的除尘滤料，这种滤料具有同时脱除PM2.5和脱硝的功能[13]。另外，他们还将碳纳米管应用到了这种滤料，先是将催化剂负载在碳纳米管上，再将负载有催化剂的碳纳米管涂覆在滤料上，制成高效脱硝的除尘滤料，这种滤料不但具有很好的脱硝效果，还具有很好的强度和抗静电能力[14]。刁永发等人[15]公开了一种同时脱除燃煤烟气中亚微米颗粒物和NOX的方法，他们是所用的第一层为多孔聚四氟乙烯与聚丙烯复合过滤驻极体层;第二层为催化剂层，是由负载催化剂的芳砜纶和玻璃纤维制成的合成纤维组成;第三层为基本层，这种方法可以实现高效的除尘和脱硝。

3.2“涂层型”脱硝功能滤料

“涂层型”脱硝功能滤料是指在除尘滤料当中涂覆一层催化层，从而使滤料同时具有脱硝和除尘的双重功能，这种功能滤料一般具有多层结构。严荣楼[16]公开了一种脱硝除尘的玻璃纤维覆膜滤料，该滤料由玻璃纤维滤料基材、脱硝催化剂涂层和膨化微孔聚四氟乙烯膜组成，这种滤料具有脱硝和防治PM2.5的功能，且催化剂粉末与滤料结合牢固，不影响滤料固有性能。 刘江峰等人[17]公开了一种除尘脱硝一体化功能性滤料及其制备方法，该滤料包括迎尘层、缓冲层、催化分解层、基布层和支撑层，其中的催化分解层是由脱硝催化剂的聚四氟乙烯膜制成的，这种滤料具有良好的高温除尘效果，并可以提高脱硝效率。顾立霞等人[18]公开了一种除尘和低温脱硝滤料及用途，该材料是由覆盖层、催化层、织物层构成，其中催化层是由催化剂颗粒铺设而成，这种滤料具有除尘和脱硝双效功能，在190℃下可以实现85%以上的脱硝效率。

上述讨论的两种具有脱硝功能滤料都展示良好的除尘和脱硝的效果。但“负载型”脱硝功能滤料需要对过滤毡进行预处理，这可能会破坏过滤毡的纤维结构，影响其本身固有性能，另外这种滤料还存着催化剂的脱落问题。“涂层型”脱硝功能滤料具有多层结构，这会使滤料的制备工艺复杂，成本增加。

4总结与展望

本文讨论了三类具有协同净化有害污染物的功能滤料，这些功能滤料都存在着一定的净化有害污染物和除尘的性能，展现了良好的发展前景。但这些功能滤料还存在着一些缺点和不足，尤其是这些滤料在净化有害污染物的效率及寿命问题方面仍存在较大问题。因此针对我国的研究现状，作者认为协同净化烟气有害污染物的功能滤料可以从以下几个方面展开工作：

(1)开发同时净化多种有害污染物的功能滤料，做到一物多用，可以很大程度节省成本;

(2)研究催化剂和滤料之间的相互作用机理，寻找新的合适的负载手段，提高功能滤料的净化效率和寿命;

(3)开发实用化的协同净化有毒污染物的功能滤料，尽快实现此种功能滤料的商业化。

编辑：李晨