本發(fā)明涉及過濾材料領域，更具體的說涉及一種生活垃圾焚燒廠專用過濾材料及其制備方法。
背景技術：
目前過濾材料具有阻擋粉塵，過濾顆粒物作用，但對于消除化學氣體腐蝕。抗菌,去除有害物質(zhì)作用較差。
垃圾發(fā)電因其能有效去除垃圾，減少污染，同時可變廢為寶，創(chuàng)造經(jīng)濟效益。所以近期其取得突飛猛進發(fā)展，但因中國國內(nèi)行情比如垃圾無分類，分級等情況和焚燒技術受限等原因，其產(chǎn)生尾氣具有很大污染性。
垃圾焚燒場，全世界垃圾平均增長速度為8.42％，而中國垃圾增長率達到10％以上。全世界每年產(chǎn)生4.9億噸垃圾，而僅中國每年就產(chǎn)生近1.5億噸城市垃圾。目前中國城市生活垃圾累計堆存量已達70億噸。
生活垃圾焚燒場：大型垃圾焚燒爐，主要采用混合垃圾入爐，物料熱值較低(一般不低于800大卡左右)，水分較高，且密度較小，可燃成份燃燒速率較高，焚燒爐膛主要采用中溫燃燒，爐膛溫度一般維持在(850一1200)。在保證垃圾燃燼的同時，控制垃圾焚燒過程中產(chǎn)生的二次污染，也需要維持中溫燃燒：垃圾中的細菌病毒等殺滅；焚燒殘渣中有機碳含量<(3.5)％；焚燒煙氣中可能形成的二惡英、呋喃等特殊毒害性氣體，溫度場必須保證溫度>850℃，時間持續(xù)>2s的環(huán)境。
生活垃圾中塑料、橡膠等物料富含氯元素、氟元素等成份，焚燒產(chǎn)生的煙氣中HCl、HF等酸性氣體濃度較高，對焚燒爐膛及其配套的熱能回收鍋爐冷卻構件具有非常強烈的高溫腐蝕特性。
同時，垃圾焚燒過程中，由于存在大量的碳、氫、氧和氯元素，可能產(chǎn)生大量的二惡英、呋喃等特殊毒害性氣體，其結(jié)構穩(wěn)定，毒性極強(二惡英是致癌的劇毒物質(zhì))，對人體和生物具有嚴重危害。
垃圾焚燒的過程中會產(chǎn)生大量的濃煙和有害氣體。根據(jù)所焚燒的垃圾的性質(zhì)不同，如生活垃圾、醫(yī)療垃圾、空港垃圾、危險廢棄物等，其廢氣的性質(zhì)也有很大區(qū)別。但總體來說主要的污染物是氯的化臺物、二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物、重金屬、粉塵、二惡因等等，其中二惡因是對人體十分有害的高毒性物質(zhì)，它在尾氣中的存在形式既有氣態(tài)又有固態(tài)的。它在表面過濾二惡因的同時，利用催化劑的光催化作用將二惡因氣體分解，從而達到消除有害氣體的功能。功能性過濾材料除了廣泛地應用于工業(yè)廢氣處理外還可用于室內(nèi)空氣凈化處理。電氣石功能性過濾材料是目前最有發(fā)展前景的消除有害氣體韻濾料。
電氣石是電氣石族礦物的總稱，其化學成分較復雜，是以含硼為特征的鋁、鈉、鐵、鎂、鋰的環(huán)狀結(jié)構硅酸鹽礦物，其組成通式為(Na，Ca)(№，F(xiàn)e，Mn，Li，A1)、Als(Sie0s)(B0s)、(OH)t。根據(jù)不同的類質(zhì)同象，可分為鐵電氣石、鎂電氣石和鋰電氣石。電氣石具有壓電性與熱電性，以及可以釋放遠紅外線和負離子等獨特功能，可廣泛應用于環(huán)保、電子、醫(yī)藥、化工、輕工、建材等領域，其作為一種附加值高的新型工業(yè)礦物，受到世界各國的普遍重視。
電氣石屬于天然紅外輻射材料，其在紅外波段具有高發(fā)射率或特征發(fā)射率的無機材料，利用紅外輻射材料對污染氣體進行活化處理，可以使表面張力減小及擴散，利于擴大處理面積。
電氣石的表面電場對甲醛具有的吸附降解作用.電氣石電場可以促進納米Ti02的光催化,增加羥基自由基的產(chǎn)生量，對微生物起到殺菌作用。他們與微生物細胞壁或者細胞組成成分發(fā)生化學反應，進而殺死微生物。
電氣石可促進氨氧化細菌(亞硝化單胞菌)生長繁殖，縮短遲緩期，提高細菌菌量，提高細菌脫氫酶活性，提高細菌對氨氮的氧化，從而降低煙氣中的氮氧化物排放。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的第一目的在于提供一種電氣石功能性生活垃圾焚燒廠專用過濾材料的制備方法，其制得的過濾材料具有化學除塵，抗菌殺毒功效。過濾阻力低、過濾效率高等效果。
為了達成上述目的，本發(fā)明的解決方案是：
一種電氣石功能性生活垃圾焚燒廠專用過濾材料的制備方法，包括如下步驟：
步驟一：以至少含有PTFE纖維為原料，采用針刺成型得到非織造布；
步驟二：采用化學共沉淀法制備納米電氣石顆粒；
步驟三：將步驟二中的納米電氣石顆粒加入有機表面活性劑溶劑中，制備磁流體納米電氣石溶液；
步驟四：溶解并分散磁流體納米電氣石溶液，并加入TiO2顆粒，制備一定粘合效果溶液；電氣石具有催進TiO2光催化，增加羥基自由基產(chǎn)生量，對微生物起到殺菌作用。電氣石對重金屬離子具有良好吸附作用，其去除效果基本不受熱處理溫度影響。
步驟五：在發(fā)泡劑及增稠劑作用下，制備發(fā)泡溶液，并將其涂覆在步驟一中的非織造布上得到所需過濾材料。
進一步，所述步驟一中非織造布由100wt％的聚四氟乙烯纖維經(jīng)混合開松、梳理成網(wǎng)、鋪網(wǎng)和針刺后形成。
進一步，在混合過程中加入非離子抗靜電劑；在梳理成網(wǎng)過程中采用鈦合金針布，梳理機速度為600-800r/min；在鋪網(wǎng)過程中，上小車速度25-40m/min,鋪網(wǎng)小車30-45m/min,下小車速度8-15m/min；在針刺過程中，采用5臺針刺機，后兩臺為異位對刺機，第一道針刺頻率及深度分別為150-200r/min、12-14mm，第二道針刺頻率及深度分別為200-350r/min、7-9mm，第三道針刺頻率及深度分別為300-450r/min、4-6mm，第四道針刺頻率及深度分別為250-400r/min、4-6mm，第五道針刺頻率及深度分別為250-400r/min、2-4mm。
進一步，所述聚四氟乙烯纖維的線密度為1.0-1.5D，纖維長度為48-65mm。
進一步，所述步驟一中非織造布由多層針刺氈經(jīng)過針刺復合制得。
進一步，所述步驟二中把沉淀劑加入電氣石金屬鹽溶液中進行沉淀處理，再將沉淀物加熱分解，經(jīng)過水洗，過濾制得納米電氣石顆粒，所述沉淀劑為NaOH溶液。
進一步，所述步驟三中納米電氣石顆粒加入有機表面活性劑溶液中，在常溫狀態(tài)下經(jīng)磁性攪拌機攪拌處理后，制成磁流體，所述表面活性劑為有機溶液為聚乙二醇和油酸。
進一步，所述步驟四中將磁流體納米電氣石溶液分散在有機溶劑中，制備分散均勻且具有一定粘合作用的溶液，并加入TiO2顆粒，該有機溶劑為二氯甲烷和丙酮。
進一步，所述步驟五中在發(fā)泡劑和增稠劑發(fā)泡作用下，將步驟四中溶液制備成發(fā)泡溶液，并在刮涂機作用下進行涂層。
本發(fā)明還提供一種電氣石功能性生活垃圾焚燒廠專用過濾材料，采用述制備方法制得。
采用上述結(jié)構后，本發(fā)明涉及的一種電氣石功能性過濾材料及其制備方法，其通過在非織造布層的外表面上形成有涂層，并對該涂層進行處理而具備化學和物理性過濾，從而可形成一種全新的多功能性空氣過濾材料，即具有化學除塵，抗菌殺毒功效。過濾阻力低、過濾效率高等效果。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：
(1)采用電氣石復合材料經(jīng)涂層至過濾材料上，可充分賦予其化學性過濾效果，可有效減少垃圾焚燒廠所排放氣體污染物，可有效取到高效過濾粉塵顆粒及化學污染物作用。
(2)采用化學共沉淀法可制備高精度納米電氣石顆粒，在表面活性劑及有機溶劑作用下，制備具有粘合作用發(fā)泡涂層至過濾材料表層，可賦予過濾材料永久性化學過濾和物理過濾效果，且制作工藝簡單，穩(wěn)定性較高，生產(chǎn)成本低。
(3)該涂層會通過表面靜電作用，形成超細過濾粉塵餅，通過粉塵餅的細空隙及靜電作用可以將粉塵阻擋在過濾氈表面，提高其表面過濾效率。
具體實施方式
以下結(jié)合實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
一種電氣石功能性生活垃圾焚燒廠專用過濾材料的制備方法，包括如下步驟：
步驟一：以至少含有PTFE纖維為原料，采用針刺成型得到非織造布；
步驟二：采用化學共沉淀法制備納米電氣石顆粒；
步驟三：將步驟二中的納米電氣石顆粒加入有機表面活性劑溶劑中，制備磁流體納米電氣石溶液；
步驟四：溶解并分散磁流體納米電氣石溶液，并加入TiO2顆粒，制備一定粘合效果溶液；
步驟五：在發(fā)泡劑及增稠劑作用下，制備發(fā)泡溶液，并將其涂覆在步驟一中的非織造布上得到所需過濾材料。
作為一種優(yōu)選的實施方式，所述步驟一中非織造布由至少含有PTFE纖維經(jīng)開松、混合、梳理、鋪網(wǎng)和針刺成型制得。
作為一種優(yōu)選的實施方式，所述步驟一中非織造布由100wt％的聚四氟乙烯纖維經(jīng)混合開松、梳理成網(wǎng)、鋪網(wǎng)和針刺后形成。
作為一種優(yōu)選的實施方式，在混合過程中加入非離子抗靜電劑；在梳理成網(wǎng)過程中采用鈦合金針布，梳理機速度為600-800r/min；在鋪網(wǎng)過程中，上小車速度25-40m/min,鋪網(wǎng)小車30-45m/min,下小車速度8-15m/min；在針刺過程中，采用5臺針刺機，后兩臺為異位對刺機，第一道針刺頻率及深度分別為150-200r/min、12-14mm，第二道針刺頻率及深度分別為200-350r/min、7-9mm，第三道針刺頻率及深度分別為300-450r/min、4-6mm，第四道針刺頻率及深度分別為250-400r/min、4-6mm，第五道針刺頻率及深度分別為250-400r/min、2-4mm。
作為一種優(yōu)選的實施方式，所述聚四氟乙烯纖維的線密度為1.0-1.5D，纖維長度為48-65mm。即聚四氟乙烯纖維均采用超細纖維，如此能大大改善集塵效率，其平均效率比傳統(tǒng)結(jié)構駐極體纖維從95％上升到99.9％(精細纖維)，改善可能源于纖維間自由空間隨機分布率的上升，導致容塵場所和過濾機構更加完善。另外，精細駐極體纖維所形成的新結(jié)構空氣過濾器性能的改善，是因為濾材空間結(jié)構上表現(xiàn)出較大的容塵空間和較強的電場散度。
作為一種優(yōu)選的實施方式，所述步驟一中非織造布由多層針刺氈經(jīng)過針刺復合制得。
作為一種優(yōu)選的實施方式，所述步驟二中把沉淀劑加入電氣石金屬鹽溶液中進行沉淀處理，再將沉淀物加熱分解，經(jīng)過水洗，過濾制得納米電氣石顆粒，所述沉淀劑為NaOH溶液。
作為一種優(yōu)選的實施方式，所述步驟三中納米電氣石顆粒加入有機表面活性劑溶液中，在常溫狀態(tài)下經(jīng)磁性攪拌機攪拌處理后，制成磁流體，所述表面活性劑為有機溶液為聚乙二醇和油酸。
作為一種優(yōu)選的實施方式，所述步驟四中將磁流體納米電氣石溶液分散在有機溶劑中，制備分散均勻且具有一定粘合作用的溶液，并加入TiO2顆粒，該有機溶劑為二氯甲烷和丙酮。
作為一種優(yōu)選的實施方式，所述步驟五中在發(fā)泡劑和增稠劑發(fā)泡作用下，將步驟四中溶液制備成發(fā)泡溶液，并在刮涂機作用下進行涂層。
由于聚四氟乙烯纖維靜電效果大，故在混合過程中加入非離子抗靜電劑。
在梳理成網(wǎng)工序中，因為聚四氟乙烯纖維密度大，單根纖維強力差，卷曲小，所以在梳理過程采用鈦合金針布，梳理機速度為600-800r/min。
在鋪網(wǎng)過程中，由于纖維抱合力小，各小車之間牽伸小，該上小車速度25-40m/min，鋪網(wǎng)小車30-45m/min，下小車速度8-15m/min。
在針刺過程中，采用5臺針刺機，后兩臺為異位對刺機，第一道針刺頻率及深度分別為150-200r/min、12-14mm，第二道針刺頻率及深度分別為200-350r/min、7-9mm，第三道針刺頻率及深度分別為300-450r/min、4-6mm，第四道針刺頻率及深度分別為250-400r/min、4-6mm，第五道針刺頻率及深度分別為250-400r/min、2-4mm。
優(yōu)選地，上述形成的非織造布層還進行如下功能性處理：
壓光：上輥溫度為200-220，下輥溫度為230-250，壓力為0.4Mpa，速度為7.5-8.5m/min。通過壓光工序，控制針刺過濾氈的厚度，提高其密度，有助于過濾效率提高和物性指標改善。
燒毛：采用天然氣燒毛處理，通過控制火焰的火力7-7.5bar和針刺氈燒毛的速度35-40m/min來控制燒毛的工序，以保證布面效果。通過燒掉表面毛羽，使纖維表面保持一定光滑度，這可降低粉塵吸附濾袋表面，同時可提高清灰效率。
采用發(fā)泡涂層工藝，將納米電氣石顆粒制備成發(fā)泡溶液刮涂在過濾材料表面。該涂層是由電氣石材料以發(fā)泡的工藝成型在非織造布層上，該材料經(jīng)過化學共沉淀法制備而成。采用化學共沉淀法制備納米電氣石顆粒，納米電氣石顆粒采用化學共沉淀法方式制備，把沉淀劑加入電氣石金屬鹽溶液中進行沉淀處理，再將沉淀物加熱分解，得到所需最終化合物產(chǎn)品，經(jīng)過水洗，過濾等制備。采用沉淀劑為NaOH溶液。采用化學沉淀法制備電氣石納米顆粒步驟如下：
1)三口燒瓶底部加入50ml蒸餾水后,加入一定量的Na2CO3溶液，分別在三口燒瓶的三個口中加入電氣石混合溶液(注意隔離空氣以防被空氣中氧氣所氧化),NaOH溶液,H2SO4。注意各瓶口塞緊隔絕空氣。
2)往三口燒瓶滴入一定量的H2SO4使其和Na2SO4反應,制備CO2，并用攪拌機低速攪拌。以排除溶液中的氧氣.在燒瓶引一接口進Ca(OH)2溶液,觀察有無渾濁，以檢測是否有排盡氧氣。
3)滴入定量的NaOH,測量PH值,使其維持在8左右，分別滴入電氣石溶液和NaOH溶液，并加快攪拌機的速度使其充分反應.溶液溫度維持在60度，PH值為8。
4)反應30分鐘以后，倒進燒杯中,靜置一段時間后，除去上層清夜，并用蒸餾水反復洗滌數(shù)次。將其置于一定量的聚乙二醇溶液中保存。
5)將上述溶液在氮氣保護下，進行高溫加熱分解，得到對應氧化物，再經(jīng)過水洗，過濾等作用制備高純度納米級電氣石顆粒。
在有機表面活性劑溶劑中，制備磁流體納米電氣石溶液。采用有機表面活性劑溶劑，并經(jīng)磁性攪拌機常溫狀態(tài)下，攪拌處理后，制成磁流體。所采用的表面活性劑為有機溶液為聚乙二醇和油酸。采用表面活性劑制備電氣石納米顆粒磁流體分散液步驟如下：
1)把制備好的電氣石溶液進行過濾，并用蒸餾水多次的沖洗。注意保持溶液呈中性。
2)按照一定的比例，量取一定量的聚乙二醇和油酸溶液并混合。比例約為(1:1)
3)稱取一定量的電氣石加入上述混合溶液中，并在磁性攪拌機的作用下進行攪拌。
4)把上述制備好的溶液密封靜置并分別在12，24小時進行觀察。溶液的均勻性和穩(wěn)定性。
溶解并分散磁流體溶液，并按照電氣石與TiO2重量比例為：30％-50％：50％：70％比例加入TiO2顆粒，制備一定粘合作用溶液，將磁流體分散在有機溶劑中，制備分散均勻且具有一定粘合作用溶液。加入TiO2顆粒，該有機溶劑為二氯甲烷和丙酮。
1)計算各種物質(zhì)的化學比例并計算各自的質(zhì)量。M(二氯甲烷):M(丙酮)＝1:1。TiO2占總質(zhì)量5-10％，電氣石占總質(zhì)量10-15％。最后算出總質(zhì)量比例為M(二氯甲烷)＝50-70g,V(二氯甲烷)＝40-60ML，M(丙酮)＝50-70g，V(丙酮)＝60-110ML，M(TiO2)＝10-15g，M(電氣石)＝15-25g。
2)把TiO2溶解在丙酮和二氯甲烷混合溶液中，并密封在燒杯中在磁性攪拌機的高速作用下進行溶解直至TiO2完全溶解在該溶液中。
3)把稱量好的電氣石磁流體加入到上述制備好的溶液中，并在攪拌機的高速作用下進行攪拌一到二小時。
在發(fā)泡劑及增稠劑作用下，質(zhì)量比為：發(fā)泡劑：增稠劑＝1％：0.5％，制備發(fā)泡溶液，并將其涂層與非織造過濾材料上。在發(fā)泡劑和增稠劑發(fā)泡作用下，將溶液制備成發(fā)泡溶液，在刮涂機作用下進行涂層。
實施例1：
開松：該非織造布層以100％的聚四氟乙烯纖維PTFE為原料，經(jīng)混合開松，梳理成網(wǎng)、鋪網(wǎng)以及5道針刺后形成非織造氈。該聚四氟乙烯纖維的線密度為1.0D，纖維長度為51mm。因PTFE纖維靜電效果大，在混合過程中加入非離子抗靜電劑。
梳理：因PTFE纖維密度大，單根纖維強力差，卷曲小，所以梳理過程采用鈦合金針布，降低梳理機速度為750r/min。
鋪網(wǎng)：纖維抱合力小，各小車之間牽伸小。上小車速度33m/min,鋪網(wǎng)小車40m/min,下小車速度12m/min.
針刺：采用5臺針刺機，后兩臺為異位對刺機。第一道針刺頻率及深度分別為150r/min、14mm，第二道針刺頻率及深度分別為280r/min、8mm。第三道針刺頻率及深度分別為300r/min、6mm。第四道針刺頻率及深度分別為400r/min、4mm。第五道針刺頻率及深度分別為400r/min、2mm。
功能性處理
壓光：上輥溫度為210，下輥溫度為230.壓力為0.4MPa。速度為8m/min。
燒毛：采用天然氣燒毛處理，通過控制火焰的火力7bar.和針刺氈燒毛的速度35m/min來控制燒毛的工序，以保證布面效果。
發(fā)泡涂層：
步驟一：采用化學共沉淀法制備納米電氣石顆粒；
步驟二：在有機表面活性劑溶劑中，制備磁流體納米電氣石溶液；
步驟三：溶解并分散磁流體溶液，并加入TiO2顆粒，制備一定粘合作用的溶液；
步驟四：在發(fā)泡劑及增稠劑作用下，制備發(fā)泡溶液，并將其涂覆于非織造布上得到所需的過濾材料。
實施例2
開松：該非織造布層以100％的聚四氟乙烯纖維PTFE為原料，經(jīng)混合開松，梳理成網(wǎng)、鋪網(wǎng)以及5道針刺后形成非織造氈。該聚四氟乙烯纖維的線密度為1.0，纖維長度為51mm。因PTFE纖維靜電效果大，在混合過程中加入非離子抗靜電劑。
梳理：因PTFE纖維密度大，單根纖維強力差，卷曲小，所以梳理過程采用鈦合金針布，降低梳理機速度為700r/min。
鋪網(wǎng)：纖維抱合力小，各小車之間牽伸小。上小車速度30m/min,鋪網(wǎng)小車34m/min,下小車速度10m/min.
針刺：采用5臺針刺機，后兩臺為異位對刺機。第一道針刺頻率及深度分別為170r/min、13mm，第二道針刺頻率及深度分別為300r/min、9mm。第三道針刺頻率及深度分別為320r/min、6mm。第四道針刺頻率及深度分別為400r/min、4mm。第五道針刺頻率及深度分別為400r/min、2mm。
功能性處理
壓光：上輥溫度為220，下輥溫度為240.壓力為0.4MPa。速度為7.5m/min。
燒毛：采用天然氣燒毛處理，通過控制火焰的火力7bar.和針刺氈燒毛的速度35m/min來控制燒毛的工序，以保證布面效果。
發(fā)泡涂層：
步驟一：采用化學共沉淀法制備納米電氣石顆粒；
步驟二：在有機表面活性劑溶劑中，制備磁流體納米電氣石溶液；
步驟三：溶解并分散磁流體溶液，并加入TiO2顆粒，制備一定粘合作用的溶液；
步驟四：在發(fā)泡劑及增稠劑作用下，制備發(fā)泡溶液，并將其涂覆于非織造布上得到所需的過濾材料。
上述說明示出并描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，如前所述，應當理解本發(fā)明并非局限于本文所披露的形式，不應看作是對其他實施例的排除，而可用于各種其他組合、修改和環(huán)境，并能夠在本文所述發(fā)明構想范圍內(nèi)，通過上述教導或相關領域的技術或知識進行改動。而本領域人員所進行的改動和變化不脫離本發(fā)明的精神和范圍，則都應在本發(fā)明所附權利要求的保護范圍內(nèi)。