本發(fā)明屬于高溫煙塵過濾領域，具體涉及一種二次涂覆形成多級孔過濾材料的制備方法。

背景技術：

1、隨著工業(yè)化擴張，全球大氣顆粒物(pm)排放顯著增長，對公眾健康和生態(tài)系統(tǒng)造成嚴重危害。在此背景下，針對垃圾焚燒、水泥煅燒及冶金冶煉等工業(yè)過程排放的高溫煙氣，開發(fā)具有高效截留性能的過濾介質(zhì)已成為環(huán)境工程領域的重要課題?；诒砻孢^濾機理的袋式除塵系統(tǒng)通過梯度孔徑結(jié)構(gòu)與表面改性技術的協(xié)同作用，可實現(xiàn)pm2.5-pm10多級顆粒物的深度捕集，其除塵效率可達99.9％以上，是目前工業(yè)煙氣治理中最具成本效益的顆粒物控制方案。然而，現(xiàn)有的制備方法所得到的過濾器孔徑較為單一，或以微孔、介孔為主，或以大孔為主。這種單一孔徑結(jié)構(gòu)的過濾器在實際應用中存在一些問題：孔徑過小會增加流體通過的阻力，降低過濾效率；而孔徑過大則可能導致過濾效果不佳，無法有效截留微小顆粒。為了解決這些問題，研究者們致力于開發(fā)具有多級孔結(jié)構(gòu)的過濾器，以兼顧高過濾效率和低阻力的要求。

2、目前，傳統(tǒng)纖維材料(如芳綸、ptfe及玻璃纖維針刺氈)難以滿足超低排放標準，常常作為復合過濾器的基材。工業(yè)袋式除塵系統(tǒng)常采用后整理工藝處理過濾基材，而聚四氟乙烯(ptfe)泡沫涂層因高熱穩(wěn)定性在該系統(tǒng)中廣泛應用。例如，中國專利cn?110629560?a提出一種芳綸針刺氈濾料的制備方法，先將ptfe溶液、改良劑、發(fā)泡劑、穩(wěn)泡劑、粘合劑、分散劑、阻燃粒子及去離子水按比例混合，制成涂覆溶液，再利用膨脹發(fā)泡與單面涂層技術，將其涂覆于芳綸針刺氈表面。經(jīng)該ptfe泡沫涂層整理液處理后的ptfe/芳綸復合針刺氈平均孔徑變小，過濾性能、耐溫性、抗酸堿腐蝕和抗磨性能均得到提升。但該專利產(chǎn)品過濾效率僅65％，難以滿足當下嚴格的低排放標準。中國專利cn?104529505?a選用含有大量微孔或介孔的硅藻土材料為原料，以叔丁醇為溶劑，檸檬酸和聚乙烯醇縮丁醛分別為分散劑和粘結(jié)劑，采用冷凍升華法結(jié)合球磨和燒結(jié)工藝，制備出兼具有大量微孔、介孔和大孔的分級孔過濾器。所制備的過濾器具有直孔形貌的大孔以及分布在大孔孔壁上的微孔和介孔，這種分級孔結(jié)構(gòu)能夠有效提高過濾器的過濾效率和透氣。但整個制備過程較為復雜且耗時，難以滿足大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)對快速、高效生產(chǎn)的需求，不利于該技術的大規(guī)模推廣和應用。

3、當前聚四氟乙烯(ptfe)泡沫涂層的后整理工藝仍存在以下深層次問題：其一，對涂覆層的厚度比例及發(fā)泡劑、模板劑的配比缺乏精準調(diào)控，使得孔徑分布范圍較寬或梯度設計不合理，難以同時實現(xiàn)高精度過濾(尤其是對0.5～2.5μm顆粒)與低流體阻力之間的平衡；其二，傳統(tǒng)工藝中模板劑(如nacl)和發(fā)泡劑(如偶氮二甲酰胺)的殘留物在高溫燒結(jié)過程中未能完全去除，易堵塞孔隙或形成非均勻孔結(jié)構(gòu)，降低有效過濾面積及透氣性；其三，現(xiàn)有方法多依賴復雜工藝(如冷凍升華、多步燒結(jié)等)，導致生產(chǎn)效率低、能耗高，難以滿足工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)需求。這些問題嚴重制約了多級孔過濾材料在實際高溫煙塵治理中的應用效果。本發(fā)明的創(chuàng)新工藝通過優(yōu)化分層涂覆策略、精確調(diào)控組分比例及簡化工藝流程，旨在系統(tǒng)性解決上述問題。

技術實現(xiàn)思路

1、為了進一步提升袋式除塵系統(tǒng)的性能，特別是對直徑為0.5～2.5μm顆粒物的收集效率，需要對聚四氟乙烯泡沫涂層的后整理工藝進行深入研究和優(yōu)化。以期能夠減小涂層的平均孔徑，增加涂層的密度，以及改善涂層的表面特性等，實現(xiàn)對直徑為0.5～2.5μm的顆粒的更高的過濾效率。

2、本發(fā)明提供一種二次涂覆形成多級孔過濾材料的制備方法。該工藝以聚四氟乙烯(ptfe)為主體，通過配制泡沫涂層整理液，將其均勻涂覆于過濾基材表面，形成一層致密且穩(wěn)定的ptfe膜層。在此基礎上，通過對nacl模板劑摻雜ptfe泡沫層與發(fā)泡劑偶氮二甲酰胺(ac)摻雜ptfe泡沫層的厚度進行精確調(diào)控，將這兩層膜依次涂覆于聚苯硫醚針刺氈上。經(jīng)過精確的加熱烘燥處理，使各層之間實現(xiàn)牢固結(jié)合，從而構(gòu)建出具有多級孔結(jié)構(gòu)的泡沫孔層。這一工藝不僅實現(xiàn)了對過濾材料孔徑的精準設計，更成功制備出了一種兼具高效過濾性能、卓越耐高溫特性的復合過濾材料，為過濾技術領域開辟了新的可能性。

3、為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種二次涂覆形成多級孔過濾材料的制備方法，包括以下步驟：

4、(1)將模板劑nacl顆粒與ptfe溶液以7:3混合，超聲分散30min，使用磁力攪拌器以300～600r/min轉(zhuǎn)速攪拌10～15min，然后添加7％～16％的溶劑制得含nacl顆粒的ptfe發(fā)泡涂層溶液，采用高速多維攪拌法在1000～3000r/min轉(zhuǎn)速下攪拌15～35min制備nacl@ptfe發(fā)泡液。

5、(2)使用自動涂敷機將nacl@ptfe泡沫涂覆在過濾基材上，放入烘箱80℃預烘燥3～5min。將預烘燥后的nacl@ptfe泡沫層浸入濃度為1％的稀鹽酸中，超聲處理10～15分鐘，溶解未完全去除的nacl顆粒。隨后用去離子水沖洗至中性，確保模板劑殘留量低于0.1wt％，解決傳統(tǒng)工藝中模板劑(nacl)和發(fā)泡劑(偶氮二甲酰胺)殘留導致孔隙堵塞或結(jié)構(gòu)不均勻。

6、(3)將化學發(fā)泡劑偶氮二甲酰胺(ac)溶液與ptfe溶液混合，攪拌均勻，使用磁力攪拌器以300～600r/min轉(zhuǎn)速攪拌10～15min，然后添加7％～16％的溶劑制得含ac溶液的ptfe發(fā)泡涂層溶液，采用高速多維攪拌法在1000～3000r/min轉(zhuǎn)速下攪拌15～35min制備ac@ptfe泡沫。

7、(4)將ac@ptfe泡沫涂覆在nacl@ptfe泡沫膜層上，放入烘箱180℃加熱烘燥3～5min后取出，再放入350℃的烘箱燒結(jié)3～5min，形成ac@nacl@ptfe復合泡沫膜層結(jié)構(gòu)。

8、優(yōu)選地，所述步驟(1)中的發(fā)泡涂層溶液含有以質(zhì)量百分比計的固含量ptfe溶液62％～69％，粒徑100-300μmnacl顆粒22％～29％，發(fā)泡劑脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉1％～2％，穩(wěn)泡劑烷基醇酰胺2％～6％及增稠劑羥乙基纖維素4％～8％。

9、優(yōu)選地，所述步驟(2)中所述過濾基材為聚苯硫醚針刺氈。

10、優(yōu)選地，所述步驟(2)、步驟(4)中涂覆泡沫層厚度為0.3mm～1mm，其中nacl@ptfe和ac@ptfe泡沫層厚度比為nacl@ptfe：ac@ptfe＝(3：7)～(7：3)。

11、優(yōu)選地，所述步驟(3)中的含ac溶液的ptfe發(fā)泡涂層溶液含有以質(zhì)量百分比計的固含量60wt％的ptfe溶液72％～79％，固含量5wt％的ac溶液12％～14％，發(fā)泡劑脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉1％～2％，穩(wěn)泡劑烷基醇酰胺2％～6％及增稠劑羥乙基纖維素4％～8％。

12、優(yōu)選地，所述步驟(4)中所述ac@ptfe泡沫涂覆是在已烘燥后降至常溫的nacl@ptfe泡沫層上進行疊加涂覆。

13、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

14、本發(fā)明能夠精確控制孔徑：通過精確調(diào)整nacl@ptfe泡沫層和ac@ptfe泡沫層的厚度比例，本發(fā)明實現(xiàn)了對過濾材料孔徑大小的精確控制。這一過程涉及到對ptfe溶液和ac溶液的固含量、nacl顆粒、發(fā)泡劑、穩(wěn)泡劑以及增稠劑的配比進行精確調(diào)配，以及對涂覆和固化工藝參數(shù)的嚴格控制。通過這種精確的試劑比例和工藝控制，過濾材料能夠針對不同粒徑的顆粒物進行有效吸附，提高過濾效率和精度。

15、本發(fā)明能夠優(yōu)化的過濾結(jié)構(gòu)：采用分層涂覆工藝，先涂覆nacl@ptfe泡沫層，再在其上涂覆ac@ptfe泡沫層，形成多級孔泡沫孔層結(jié)構(gòu)分層結(jié)構(gòu)的設計使得過濾材料在面對不同過濾條件時，能夠保持高效的過濾性能和良好的機械穩(wěn)定性。

16、本發(fā)明能夠降低壓降：通過優(yōu)化泡沫層的厚度和結(jié)構(gòu)，調(diào)整涂覆泡沫層的厚度和密度，同時確保了過濾材料的孔徑分布合理，以減少空氣或其他流體通過時的阻力，本發(fā)明有效控制了過濾過程中的壓降。此外，通過精確控制加熱烘燥過程，確保了泡沫層的孔隙結(jié)構(gòu)均勻，從而降低了過濾材料的總體阻力。