除塵器濾（lǜ）袋用PPS纖維氈濾料PM2.5及（jí）高溫（wēn）過濾特性研究

隨著以能源消耗性為主的重工業發展，我國已經成為世界上鋼鐵（tiě）、水泥、煤炭、化纖的大生產國，電力、有色金屬、化肥的大生產國。與這（zhè）些耗、高汙染行（háng）業生產密切相（xiàng）關的各種工業爐窯所（suǒ）排放出來（lái）的廢氣不僅溫度高，而且含有（yǒu）大量的粉塵和氣體，是近年來造成我（wǒ）國霧（wù）霾（mái）天氣頻繁出現的主要因素之一，而作為構成霧霾的汙染物之一的PM2.5成為了人們關注的焦點。PM2.5是指空氣動力學直（zhí）徑（jìng）小於等於2.5μm的（de）顆粒物，又稱細顆粒物，這種顆粒不僅本身是汙染物，同時也是重金屬、多環芳烴等物質及氣體的載體（tǐ），嚴重危害人們的呼吸係統和心血管係統。工業氣體排放是PM2.5的主要來（lái）源之一，因各地區工業結（jié）構（gòu）、地理環境狀況不同而不同，中國的工業煙氣粉塵汙染集中在燃煤電廠（chǎng）、水泥（ní）窯爐、鋼鐵冶金等幾（jǐ）個主要，同時（shí）具有實際工況複雜、過濾溫度較高等（děng）特點。麵對日益（yì）嚴重的環境汙（wū）染問題（tí），我國在2011年11月份提出了對於空氣中PM2.5的（de）監測及治理應對措施，並於2012年頒（bān）布了GB3095-2012《環境空（kōng）氣質量標準》，對經過過濾淨化後排放煙氣的指標進行進一（yī）步嚴格規定。除塵器是治理空氣汙染的舉措之一，其中濾袋除（chú）塵技術能減少固（gù）體顆粒排放，除塵效果較好，可從根本上解決PM2.5的排放問題。目前，關於環保用除塵濾袋（dài）的過（guò）濾性能測試標準主要有GB/T6719-2009《袋式除塵器技術要求》、ISO11057：2011《空氣質量空氣過濾器中濾（lǜ）料過濾（lǜ）性能的測試方法》、VDI3926-1：2004《評價可（kě）清潔濾料測試方法》，但是上述標準中並未對過（guò）濾材料的PM2.5過濾性能測試作出規定，同時試驗溫度都是常溫。因（yīn）此（cǐ）本實驗參考上述方法標準，選用工業上較為常見的聚苯硫醚（mí）纖維氈濾料，通（tōng）過對試驗用粉塵的粒徑進行分析（xī），並（bìng）對通過濾料的PM2.5粉（fěn）塵及其他粉塵進行分離，評價聚苯硫（liú）醚纖維氈濾料對PM2.5粉塵的過濾性能。此外模擬濾料應用時的（de）實際工況，提高試驗測試溫度，考察試驗（yàn）溫度變化對濾料過濾特性（xìng）的影響規律。

1.實驗（yàn）部分

1.1試驗樣（yàng）品聚苯硫（liú）醚（PPS）纖維紡粘水刺複合非織造過濾材料，由廣東斯樂普環保技術股份有限公司提供，測試前樣品在（zài）標（biāo）準大氣中調濕24h。

1.2基本（běn）性能表征

1.2.1單位麵積質量測定

根據（jù）GB/T24218.1-2009《紡織品非織造布試驗方（fāng）法第1部分（fèn）：單位麵積（jī）質量的測定》的規定，裁剪200mm×250mm的試樣3塊，分別在分度值為0.01g的天平（píng）上稱重後（hòu）計算。

1.2.2厚度測（cè）定

根據GB/T21418.2-2009《紡織品非織（zhī）造布試驗方法第（dì）2部分：厚度的測定》的規定，采用溫州（zhōu）方圓儀器有（yǒu）限公司（sī）生產的YG141D-Ⅱ織物厚度儀（yí），在壓腳2500mm2、壓（yā）力0.5kPa的條（tiáo）件下分別測量10塊試樣的厚度。

1.2.3透氣性測定

根據（jù）GB/T5453-1997《紡織（zhī）品織物透氣性的測定》的（de）規定，采用瑞士TEXTESTAGZurich公司生產的FX3300透氣（qì）性測試儀Ⅲ，試驗麵積為20cm2，分別測定壓降為100Pa、200Pa、300Pa、500Pa、700Pa、1000Pa時樣品的透氣率。

1.2.4孔徑特征測試采用美國PorousMaterials，Inc.生產的CFP-1100A型PMI毛管流動孔隙儀，夾具直（zhí）徑20mm，潤（rùn）濕油（yóu）劑為（wéi）Silwick（表麵張力20.1mN/m）。

1.3粉塵粒徑分析

根據（jù）ISO13320-2009《粒度分（fèn）析-激光衍射（shè）法（fǎ）》的規定，采用德國SympatecGmbH生產的HELOS/BR-OM/RODOS型激光粒度分析儀，分散壓力為4.00bar。

1.4過濾性能表征

根據ISO11057:2011《空氣質量過濾器中濾（lǜ）料（liào）過濾（lǜ）性能的測試方法》，采（cǎi）用（yòng）德國FilTEqGmbH生產的FEMA1-AT-SR型粉塵過（guò）濾測試係統對濾料的（de）動態濾塵性能進行測試，穿透過濾（lǜ）料樣品的粉塵，在（zài）PM2.5旋風分離器作用下，PM2.5粉（fěn）塵及其他粉塵（chén）被（bèi）分離並分別收集，並分（fèn）別在20℃、120℃、160℃下進行過濾性能測（cè）試。

1.5掃描電鏡(SEM)觀察

采用日（rì）本HITACHI生產的S-3000N型掃描電子（zǐ）顯微鏡，樣品測試前進行噴金處理，電壓為20kV、工作距離為22mm。

2結果與討論

2.1濾料基本性能分（fèn）析（xī）

實驗結果（guǒ）顯示：該濾料樣品單位麵積質量為（wéi）561g/m2、厚度為2.31mm；透氣率則隨著壓降的上升而線性增長，如圖1所示。這（zhè）說明樣品（pǐn）的結構穩定，隨著壓降的增加、內（nèi）部纖網立體結構沒（méi）有發生大的變化，纖維間相互位置（zhì）關係較為穩定。濾料的孔（kǒng）徑（jìng）為34.4μm，平均孔徑為9.1μm，孔徑呈典型的正態分布，如（rú）圖所示。

2.2顆粒物粒徑分析

根據ISO11057:2011，試驗用粉塵為氧化鋁粉塵，即商（shāng）品名為（wéi）PuralNF的勃姆石（shí），其（qí）質量中粒徑約為4.5μm，粒徑分析結果（guǒ）顯示，試驗用粉塵粒徑呈雙峰分布，兩個（gè）峰值分別在2.0μm和10.0μm左右（yòu），同時（shí）顆粒物中PM2.5的質量百（bǎi）分數約為40%。

2.3過濾性能分析

根據ISO11057:2011標準，整個動（dòng）態濾塵性能測試包含4個階（jiē）段。從測試過程可觀察到，階段的（de）30個（gè）清灰周期，濾料（liào）的殘餘壓力隨著周（zhōu）期性增加而緩慢上升，而在第四階段的（de）30個周期（qī），試樣的殘餘壓力隨（suí）著周期（qī）的增加上升。從掃描電鏡分析可見，測試過程中，部分粉塵附著在纖維表麵，並填充（chōng）濾料中的（de）孔隙，從而導致濾料殘餘壓力的增加。

考察試驗溫度對纖維濾料阻力的影響，結果如（rú）表2所示。從表2可見隨著測試溫度（dù）的（de）上升，潔（jié）淨濾料的（de）初阻力（lì）變化不大，此外纖維濾料的（de）殘餘阻力隨著試驗溫度的升高，數值接近。這說明在高溫狀態下，該濾料樣品纖（xiān）網仍保持較為穩定的立體結構。

纖維濾料的清灰周期（qī）則隨著試驗溫度的升高有明顯的變化（huà），如（rú）圖5所（suǒ）示，以階段為例，在（zài）常（cháng）溫（20℃）下，第1個清灰周期耗時977s，在120℃時下降到755s、160℃時下降到734s；第30個清灰（huī）周期耗時也呈現類似的變化趨勢。同樣的（de），30個清灰周（zhōu）期的總（zǒng）時間，從試驗溫（wēn）度為（wéi）20℃時的19331s，下降到120℃時的14896s，160℃時僅為14763s，分別詳見圖6（a）、6（b）、6（c）。

根據ISO11057:2011及試（shì）驗用粉（fěn）塵粒徑分析結果，濾料上遊粉塵質量濃度為5g/cm3及粉塵中PM2.5的（de）質量分數為40%，獲（huò）得濾料樣品的除塵效率和PM2.5過濾效率：20℃、120℃、160℃試驗溫度下樣品除塵（chén）效率分別為99.9636%、99.9536%、99.9658%，差異不大，這說明該PPS纖（xiān）維濾料性能較好，在較高試驗溫度下仍保持與常溫接近的濾塵性能。而常溫時樣品PM2.5過濾效率為99.9115%，略小於除塵效率，這說明試驗過（guò）程中穿透濾料的粉（fěn）塵中細顆粒物占比較原試驗用（yòng）粉塵大，符合預（yù）期。

3.結（jié）論

本研究采用的PPS纖維氈濾料單位麵積（jī）質量為561g/m2、厚度（dù）為2.31mm，透氣率則隨著壓降的上升而線性增長，濾料的孔徑為34.4μm，平均孔徑為（wéi）9.1μm，孔徑呈典（diǎn）型的正態分布。（1）試驗溫度對纖維濾料樣品動態濾塵性能測試（shì）過程影響較大，相同條件（jiàn）下，清灰周期隨著（zhe）試驗溫度的升高（gāo）下（xià）降，同一階段的測試時間也表現出類似的變化趨勢，而除塵（chén）效率隨（suí）著試驗溫度的升高沒有太大變化。（2）通過（guò）對試驗用粉塵（chén）進行粒徑分析，粉塵中PM2.5占比（bǐ）約（yuē）為40%，對動態濾塵性能測試過程中濾料樣（yàng）品下遊的粉塵進行PM2.5分離，結合上遊的粉塵質量濃度，測得樣品PM2.5過濾效率略低於（yú）除（chú）塵效率（lǜ），用此方法評價纖維濾（lǜ）料的PM2.5過濾特性可（kě）行。