專利名稱：一種機(jī)動車尾氣處理模塊的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機(jī)動車尾氣處理模塊的制備方法，屬于材料制備和環(huán)境保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，我國大中城市、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)和基礎(chǔ)工業(yè)密集區(qū)域的灰霾空氣污染日漸嚴(yán)重。隨著我國對于SOx和NOx排放的限制日趨嚴(yán)格、相關(guān)環(huán)保技術(shù)和裝置不斷投入使用，我國大氣環(huán)境中SOx和NOx的污染物排放總量逐年減少，然而，從目前的檢測結(jié)果看，我國長三角、珠三角和京津冀各片區(qū)的灰霾污染反而日趨嚴(yán)重，已經(jīng)嚴(yán)重威脅到了民眾的身體健康和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。隨著當(dāng)前對于灰霾污染溯源研究的深入，人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，機(jī)動車尾氣排放的可揮 發(fā)性有機(jī)物(VOC)和NOx已經(jīng)成為當(dāng)前城市灰霾污染的最重要來源之一，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，機(jī)動車排放的VOC占北京市總VOC污染的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(dāng)前亟需一種能對機(jī)動車尾氣中的VOC和碳煙粒子做進(jìn)一步去除的技術(shù)方案。機(jī)動車工業(yè)作為最成熟的工業(yè)之一，已經(jīng)在尾氣處理方面進(jìn)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(jìn)行催化，在將VOC氧化為二氧化碳和水的同時(shí)，又利用未燃盡的VOC將發(fā)動機(jī)中產(chǎn)生的NOx催化還原為氮?dú)狻Ｔ谌呋K正常工作時(shí)，機(jī)動車排放的大部分污染物都可以被降解掉，因此，很多西方國家的大城市雖然機(jī)動車保有量很大，但所導(dǎo)致的空氣灰霾污染并不嚴(yán)重。然而我國目前燃油質(zhì)量偏低，這導(dǎo)致針對正常油品設(shè)計(jì)的機(jī)動車三元催化模塊不易有效工作，因此機(jī)動車排放的VOC、NOx和碳煙較多，隨著我國對機(jī)動車尾氣細(xì)粒子排放濃度的限制日益嚴(yán)格，急需一種深度去除尾氣中細(xì)顆粒和VOC的方法。對于細(xì)顆粒的去除，工業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)有了很多成熟方法例如袋式除塵、電除塵、機(jī)械除塵和濕法除塵等等。但其中能夠用于機(jī)動車尾氣細(xì)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(yán)重降低機(jī)動車發(fā)動機(jī)功率；電除塵設(shè)備巨大，操作費(fèi)用高，無法應(yīng)用于對模塊重量和體積要求苛刻的機(jī)動車領(lǐng)域，機(jī)械除塵對于微細(xì)顆粒效果很差；濕法除塵需攜帶大量液體除塵介質(zhì)，無法應(yīng)用于機(jī)動車。目前還有兩種比較新穎的除塵技術(shù)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(shè)計(jì)巧妙，是在多孔陶瓷的兩側(cè)的不同孔口上進(jìn)行堵孔，迫使柴油機(jī)排放的尾氣在孔內(nèi)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(jī)理仍為膜過濾，因此其壓降并不算低。采用駐極材料捕捉氣體中的微細(xì)顆粒是另一種較新穎的技術(shù)方案該方案先對大孔道的有機(jī)過濾材料表面進(jìn)行駐極處理，賦予材料永久的電極性，當(dāng)含塵顆粒通過濾料時(shí)，會因?yàn)殪o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(xì)顆粒，然而該除塵方案的本質(zhì)和靜電除塵很類似，需要?dú)怏w中的顆粒帶電，而且不易導(dǎo)電，不帶電的顆粒不能被捕捉，而導(dǎo)電的顆粒即使被捕捉也會因?yàn)殡娦凿螠缍匦禄氐搅鲃拥臍庀嘀黧w中，此外目前成熟的駐極材料都是高分子材料，難以忍受機(jī)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、針對于機(jī)動車尾氣細(xì)粒子和VOC的凈化技術(shù)，這對于從源頭抑制機(jī)動車對大氣灰霾污染的貢獻(xiàn)至關(guān)重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于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(jié)構(gòu)緊湊、制作方法簡單、可耐受高溫，對于機(jī)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(fā)明的目的是通過如下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的采用蜂窩狀多孔陶瓷為基體，將扭線毛刷填塞于蜂窩狀多孔陶瓷的孔道內(nèi)，并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(jìn)行浸潰處理，浸潰液濃度為縛塵劑飽和溶液濃度的29TlOO%，然后烘干，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，所采用的蜂窩狀多孔陶瓷是堇青石陶瓷、氧化鋁陶瓷、二氧化硅 陶瓷或碳化硅陶瓷，其孔徑為lmnT30mm ;所述方法中的縛塵劑選自溴化1_乙基-3-甲基咪唑、碘化I-乙基-3-甲基咪唑、溴化I-丙基-3-甲基咪唑、碘化I-丙基-3-甲基咪唑、氯化I-丁基-3-甲基咪唑、溴化I-丁基-3-甲基咪唑、碘化I-丁基-3-甲基咪唑、氯化I-己基-3-甲基咪唑、溴化I-己基-3-甲基咪唑、碘化I-己基-3-甲基咪唑、氯化I-辛基-3-甲基咪唑、溴化I-辛基-3-甲基咪唑、碘化I-己基-3-甲基咪唑、氯化I-癸基-3-甲基咪唑、溴化I-癸基-3-甲基咪唑、碘化I-癸基-3-甲基咪唑、氯化I-芐基-3-甲基咪唑、溴化I-芐基-3-甲基咪唑、碘化I-芐基-3-甲基咪唑、氯化I-十二烷基-3-甲基咪唑、溴化I-十二烷基-3-甲基咪唑、碘化I-十二烷基-3-甲基咪唑、氯化I-十四烷基-3-甲基咪唑、溴化I-十四烷基-3-甲基咪唑、碘化I-十四烷基-3-甲基咪唑、氯化I-十六烷基-3-甲基咪唑、溴化I-十六烷基-3-甲基咪唑、碘化I-十六烷基-3-甲基咪唑當(dāng)中的一種或任意幾種的混合物；所述方法中的扭線毛刷的刷毛選自鋼絲、不銹鋼絲、鐵絲、鍍銅鋼絲、鍍銅鐵絲、鍍鋅鋼絲、鍍鋅鐵絲、銅絲、玻璃纖維、碳纖維和活性炭纖維。相比于常見的除塵裝置，本方法獲得的除塵模塊尺寸可調(diào)、對微細(xì)顆粒去除效果好、耐高溫。由于避免了使用微孔或狹縫來截留細(xì)顆粒，所以其壓降小、風(fēng)量大。技術(shù)方案中使用的縛塵劑在尾氣溫度范圍內(nèi)會形成粘稠的液膜停留在刷毛和多孔陶瓷孔道內(nèi)壁，當(dāng)尾氣中微細(xì)顆粒與壁面和刷毛撞擊時(shí)，會被縛塵劑的液膜所捕獲，不會在后續(xù)的氣流沖刷中發(fā)生逃逸和二次揚(yáng)塵；同時(shí)尾氣當(dāng)中的VOC也會因?yàn)榭`塵劑良好的溶解性而部分溶解于縛塵劑液膜中，使該模塊同時(shí)發(fā)揮去除細(xì)粒子和降低VOC排放的作用。當(dāng)除塵模塊吸附飽和時(shí)，可用水將沉積在扭線毛刷纖毛上和蜂窩狀多孔陶瓷內(nèi)壁上的微細(xì)顆粒和溶解于縛塵劑液膜中的VOC—并洗脫，然后重新負(fù)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(wěn)定性、溶解性和極低的揮發(fā)性，因此可有效降低尾氣中VOC的含量。


本發(fā)明的除塵模塊可由說明書附圖I和圖2直觀表示。在圖I和圖2中，I代表蜂窩狀多孔陶瓷；2代表扭線毛刷。圖I是蜂窩狀多孔陶瓷的斜視圖，并畫出了扭線毛刷插入陶瓷孔的過程，圖2是每個(gè)陶瓷孔都被插入扭線毛刷后的正視圖。附圖I和圖2用于對本技術(shù)方案進(jìn)行直觀闡釋，但并不對本技術(shù)方案中蜂窩狀多孔陶瓷載體的外形和孔道形狀構(gòu)成限制，本技術(shù)方案中蜂窩狀多孔陶瓷的外形可根據(jù)實(shí)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。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供的一種機(jī)動車尾氣處理模塊的制備方法，其具體技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的采用蜂窩狀多孔陶瓷為基體，將扭線毛刷填塞于蜂窩狀多孔陶瓷的孔道內(nèi)，并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(jìn)行浸潰處理，浸潰液濃度為縛塵劑飽和溶液濃度的29TlOO%，然后烘干，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，所采用的蜂窩狀多孔陶瓷是堇青石陶瓷、氧化鋁陶瓷、二氧化硅陶瓷或碳化硅陶瓷陶瓷，其孔徑為lmnT30_ ;所述方法中的縛塵劑選自溴化I-乙基-3-甲基咪唑、碘化I-乙基-3-甲基咪唑、溴化I-丙基-3-甲 基咪唑、碘化I-丙基-3-甲基咪唑、氯化I-丁基-3-甲基咪唑、溴化I-丁基-3-甲基咪唑、碘化I- 丁基-3-甲基咪唑、氯化I-己基-3-甲基咪唑、溴化I-己基-3-甲基咪唑、碘化I-己基-3-甲基咪唑、氯化I-辛基-3-甲基咪唑、溴化I-辛基-3-甲基咪唑、碘化I-己基-3-甲基咪唑、氯化I-癸基-3-甲基咪唑、溴化I-癸基-3-甲基咪唑、碘化I-癸基-3-甲基咪唑、氯化I-芐基-3-甲基咪唑、溴化I-芐基-3-甲基咪唑、碘化I-芐基-3-甲基咪唑、氯化I-十二烷基-3-甲基咪唑、溴化I-十二烷基-3-甲基咪唑、碘化I-十二烷基-3-甲基咪唑、氯化I-十四烷基-3-甲基咪唑、溴化I-十四烷基-3-甲基咪唑、碘化I-十四烷基-3-甲基咪唑、氯化I-十六烷基-3-甲基咪唑、溴化I-十六烷基-3-甲基咪唑、碘化I-十六烷基-3-甲基咪唑當(dāng)中的一種或任意幾種的混合物；所述方法中的扭線毛刷的刷毛選自鋼絲、不銹鋼絲、鐵絲、鍍銅鋼絲、鍍銅鐵絲、鍍鋅鋼絲、鍍鋅鐵絲、銅絲、玻璃纖維、碳纖維和活性炭纖維。下面舉出幾個(gè)具體實(shí)施例，以進(jìn)一步理解本發(fā)明實(shí)施例I :取一塊尺寸IOcmXlOcm的蜂窩狀堇青石多孔陶瓷,其孔尺寸為I. 5mmX I. 5mm,孔數(shù)為38X38，取1444支扭線毛刷，其外徑為2. 1mm，刷毛材質(zhì)為不銹鋼絲，插入堇青石蜂窩陶瓷的孔道中，每孔插一根毛刷，用溴化I-十二烷基-3-甲基咪唑溶液(質(zhì)量濃度1%)浸潰該模塊，而后取出烘干，如此反復(fù)5次，獲得可以高效縛塵的氣體凈化模塊，當(dāng)其徑向長度為20cm時(shí)，在10000/h的空速下，壓降小于900Pa，對粒徑2 μ m的顆粒，其截留效率超過90%，并有一定的VOC去除能力。實(shí)施例2:取一塊尺寸20cmX20cm的蜂窩狀氧化招多孔陶瓷,其孔尺寸為I. 5mmX I. 5mm,孔數(shù)為76X 76，取5776支扭線毛刷，其外徑為I. 5mm，刷毛材質(zhì)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I-十六烷基-3-甲基咪唑(質(zhì)量濃度50%)浸潰該模塊，而后取出烘干，獲得可以高效縛塵的氣體凈化模塊，當(dāng)其徑向長度為30cm時(shí)，在10000/h的空速下，壓降小于900Pa，對粒徑2 μ m的顆粒，其截留效率超過93%，并有一定的VOC去除能力。實(shí)施例3:取一塊直徑IOcm的圓柱形蜂窩狀二氧化硅多孔陶瓷，其孔道直徑為1mm，取外徑為1_的扭線毛刷，刷毛材質(zhì)為碳纖維絲，插入該二氧化硅蜂窩陶瓷的孔道中，每孔插一根毛刷，用溴化I-十四烷基-3-甲基咪唑溶液(質(zhì)量濃度10%)浸潰該模塊，而后取出烘干，獲得可以高效縛塵的氣體凈化模塊，當(dāng)其徑向長度為40cm時(shí)，在10000/h的空速下，壓降小于IOOOPa,對粒徑2 μ m的顆粒，其截留效率超過98%，并有一定的VOC去除能力。實(shí)施例4:取一塊尺寸IOcmX IOcm的蜂窩狀氧化鋁多孔陶瓷，其孔尺寸為ImmX Imm,孔數(shù)為50 X 50，取2500支扭線毛刷，其外徑為I. 4mm,刷毛材質(zhì)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(zhì)量濃度4%的碘化I-乙基-3-甲基咪唑溶液浸潰該模 塊，而后取出烘干，獲得可以高效縛塵的氣體凈化模塊，當(dāng)其徑向長度為25cm時(shí)，在7000/h的空速下，壓降小于700Pa，對粒徑2 μ m的顆粒，其截留效率超過96%，并有一定的VOC去除能力。實(shí)施例5 取一塊直徑50cm的圓柱形蜂窩狀碳化硅多孔陶瓷，其孔道直徑為50mm，取外徑50mm的扭線毛刷，刷毛材質(zhì)為鋼絲，插入該碳化硅蜂窩陶瓷的孔道中，每孔插一根毛刷，用溴化I-辛基-3-甲基咪唑溶液(質(zhì)量濃度10%)浸潰該模塊，而后取出烘干，獲得可以高效縛塵的氣體凈化模塊，當(dāng)其徑向長度為IOOcm時(shí)，在10000/h的空速下，壓降小于900Pa，對粒徑2 μ m的顆粒，其截留效率超過97%，并有一定的VOC去除能力。實(shí)施例6 取一塊尺寸IOcmX IOcm的蜂窩狀堇青石多孔陶瓷,其孔尺寸為2mmX 2mm,取外徑2. 5mm的扭線毛刷，其刷毛材質(zhì)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(zhì)量濃度1%的氯化I-癸基-3-甲基咪唑溶液浸潰該模塊，而后取出烘干，如此反復(fù)6次，獲得可以高效縛塵的氣體凈化模塊，當(dāng)其徑向長度為20cm時(shí)，在7000/h的空速下，壓降小于700Pa，對粒徑2 μ m的顆粒，其截留效率超過95%，并有一定的VOC去除能力。實(shí)施例7 取一塊尺寸IOcmX IOcm的蜂窩狀堇青石多孔陶瓷,其孔尺寸為3mmX 3mm,取外徑3mm的扭線毛刷，刷毛材質(zhì)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(zhì)量濃度20%的氯化I-芐基-3-甲基咪唑溶液浸潰該模塊，而后取出烘干，獲得可以高效縛塵的氣體凈化模塊，當(dāng)其徑向長度為15cm時(shí)，在7000/h的空速下，壓降小于700Pa，對粒徑2 μ m的顆粒，其截留效率超過90%，并有一定的VOC去除能力。
權(quán)利要求
1.一種機(jī)動車尾氣處理模塊的制備方法，其特征在于本方法是通過如下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的采用蜂窩狀多孔陶瓷為基體，將扭線毛刷填塞于蜂窩狀多孔陶瓷的孔道內(nèi)，并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(jìn)行浸潰處理，浸潰液濃度為縛塵劑飽和溶液濃度的29TlOO%，然后烘干，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，所采用的蜂窩狀多孔陶瓷是堇青石陶瓷、氧化鋁陶瓷、二氧化硅陶瓷或碳化硅陶瓷，其孔徑為lmnT30mm。
2.如權(quán)利要求I所述的一種機(jī)動車尾氣處理模塊的制備方法，其特征在于方法中的縛塵劑選自溴化I-乙基-3-甲基咪唑、碘化I-乙基-3-甲基咪唑、溴化I-丙基-3-甲基咪唑、碘化I-丙基-3-甲基咪唑、氯化I-丁基-3-甲基咪唑、溴化I-丁基-3-甲基咪唑、碘化I- 丁基-3-甲基咪唑、氯化I-己基-3-甲基咪唑、溴化I-己基-3-甲基咪唑、碘化I-己基-3-甲基咪唑、氯化I-辛基-3-甲基咪唑、溴化I-辛基-3-甲基咪唑、碘化I-己基-3-甲基咪唑、氯化I-癸基-3-甲基咪唑、溴化I-癸基-3-甲基咪唑、碘化I-癸基-3-甲基咪唑、氯化I-芐基-3-甲基咪唑、溴化I-芐基-3-甲基咪唑、碘化I-芐基-3-甲基咪唑、氯化I-十二烷基-3-甲基咪唑、溴化I-十二烷基-3-甲基咪唑、碘化I-十二烷基-3-甲基咪唑、氯化I-十四烷基-3-甲基咪唑、溴化I-十四烷基-3-甲基咪唑、碘化I-十四烷基-3-甲基咪唑、氯化I-十六烷基-3-甲基咪唑、溴化I-十六烷基-3-甲基咪唑、碘化I-十六烷基-3-甲基咪唑當(dāng)中的一種或任意幾種的混合物。
3.如權(quán)利要求I所述的一種機(jī)動車尾氣處理模塊的制備方法，其特征在于方法中的扭線毛刷的刷毛選自鋼絲、不銹鋼絲、鐵絲、鍍銅鋼絲、鍍銅鐵絲、鍍鋅鋼絲、鍍鋅鐵絲、銅絲、玻璃纖維、碳纖維和活性炭纖維。
全文摘要
一種機(jī)動車尾氣處理模塊的制備方法，屬于材料制備和環(huán)境保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域。該方法是將蜂窩狀多孔陶瓷作為基材，在其孔道中填塞扭線式毛刷，并利用縛塵劑溶液對蜂窩狀多孔陶瓷的孔壁和扭線式毛刷進(jìn)行表面處理，便能獲得一種氣阻小、通量大的高效除塵模塊，當(dāng)含塵氣流在模塊中流動時(shí)會在刷毛和陶瓷孔道共同構(gòu)成的復(fù)雜流道中湍流通過，其中的顆粒會被刷毛表面和陶瓷孔內(nèi)表面的縛塵劑層所捕捉，而其中的VOC會被縛塵劑液層所吸收，因此該模塊非常有利于去除機(jī)動車尾氣當(dāng)中的微細(xì)碳煙顆粒和VOC。
文檔編號B01D53/04GK102921255SQ201210419060
公開日2013年2月13日 申請日期2012年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月26日
發(fā)明者劉海弟, 李偉曼, 黃億蘋, 岳仁亮, 陳運(yùn)法 申請人:中國科學(xué)院過程工程研究所