高效纤维滤料过滤纳米颗粒物时的反弹效应_庄子威
HEPA过滤原理分析
1.HEPAHEPA 是高效率空气微粒过滤网的简称，英文High Efficiency Particulate Air。
HEPA 应用于核产业、生物医学领域、吸尘器等。
对组成HEPA 的材料有：PP 高效滤纸、PET 滤纸、PP 和PET 复合高效滤纸、玻璃纤维高效滤纸等。
PP 高效滤纸是以聚丙烯为原料经专用热熔法制成的型过滤材料，产品耐酸碱，耐腐蚀，熔点高，性能稳定，无毒，无味，分布均匀，具有低阻，高效，高强度，环保等特点。
PP 是纸类，一般不能水洗。
PET 滤纸是承受涤纶树脂等材料熔喷而制成的，硬度高，挺度好，耐腐蚀，耐高温，性能稳定，常用在扫地机，吸尘器等过滤精度要求不高的家用电器或者大型清洁机器上面。
PP 和PET 复合高效滤纸是熔喷一层PP，然后再熔喷一层PET，融合了PP 的优点和PET 的优点，特点是简洁成型，过滤精度又能保证;既有挺度，又能保证高精度过滤效果。
玻璃纤维高效滤纸的绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好，机械强度高、过滤效率高、阻力低、容尘量大，缺点是性脆，耐磨性较差。
2.HEPA 等级说明高效空气过滤器〔high efficiency particulate air (HEPA) filter 〕用于进展空气过滤且使用GB/T6165 规定的钠焰法检测，过滤效率不低于99.9%的空气过滤器〔标准：GB/T 13554-2023〕。
高效过滤器使用的滤料很薄，所以也称为滤纸。
现在使用的滤纸高效过滤器是折叠形滤纸过滤器，滤纸之间用波浪板分隔，滤芯的四周用粘合剂与外框固定并密封。
特点是滤料薄〔厚度为0.5mm 左右〕，折叠形过滤面积比迎风面积大几十倍，从而大大降低阻力〔天津大学博士学位论文：高效纤维滤料最易透过粒径计数效率的争论；第5 页〕。
一般依据其过滤效率凹凸，将HEPA 分为5 个等级：粗效过滤器、中效过滤器、亚高效过滤器、HEPA 高效过滤器、超高效过滤器。
详情如以以下图所示：3.纤维过滤器的过滤机理〔教材：空气净化原理、设计与应用；第57~60 页〕空气净化领域将微粒污染物从空气中分别出来，主要承受带有阻隔性质的过滤分别法和电力分别法。
纤维球过滤器反洗强度计算
纤维球过滤器反洗强度计算
纤维球过滤器是一种常用的水处理设备，用于去除水中的杂质和
颗粒物。
在使用过程中，纤维球过滤器需要进行反洗操作，以清除过
滤器中的污物和颗粒物。
为了保证反洗的强度足够，需要进行强度计算。
纤维球过滤器反洗强度的计算公式如下：
反洗强度＝（过滤器体积×水中杂质浓度）÷（反洗水量×反洗
时间）
其中，过滤器体积指的是过滤器的容积大小，单位为立方米
（m³）。
水中杂质浓度指的是水中颗粒物的浓度，单位为毫克每升（mg/L）。
反洗水量指的是反洗操作中使用的水量，单位为立方米
（m³）。
反洗时间指的是反洗操作的持续时间，单位为分钟（min）。
反洗强度的计算结果应该为一个数值，单位为立方米每小时
（m³/h）。
这个数值可以用来判断反洗操作的强度是否足够，以及是
否需要进行调整。
需要注意的是，在进行反洗强度计算时，还需要考虑到过滤器的
设计参数和实际运行情况，以确保计算结果的准确性和可靠性。
使用纳米技术改善空气净化器滤芯效果的有效途径
使用纳米技术改善空气净化器滤芯效果的有效途径随着空气污染日益严重，空气净化器已经成为越来越多家庭和办公场所必备的设备。
空气净化器的滤芯是其最重要的组成部分之一，负责去除空气中的污染物质。
然而，传统的滤芯在某些情况下可能无法满足对空气质量的要求。
为了改善空气净化器的滤芯效果，纳米技术被引入其中，提供了一些有效的途径。
1. 纳米纤维滤料：采用纳米纤维滤料材料可以增强空气净化器的过滤效果。
这种材料具有比传统滤芯更大的表面积和更小的孔隙尺寸，可以更有效地捕捉空气中的微小颗粒物，如细菌、病毒、花粉等。
纳米纤维滤料的使用可以大大提高空气净化器的过滤效率和净化能力。
2. 活性炭纳米复合材料：将纳米技术与活性炭相结合可以进一步提高空气净化器的滤芯效果。
活性炭是一种常用的吸附材料，具有较强的吸附能力，可以有效去除空气中的有害气体和异味。
通过将纳米颗粒与活性炭复合，可以增加活性炭的表面积，提高其吸附效率和容量。
这样的复合材料不仅可以有效去除有害气体，还可以去除甲醛、苯等有害化学物质，提供更健康的室内空气。
3. 纳米表面涂层：在滤芯表面应用纳米材料的涂层可以提高其过滤效果。
例如，使用纳米银涂层可以抑制细菌和病毒的生长，从而减少室内传染疾病的风险。
纳米银具有优异的抗菌性能，可以通过杀灭微生物细胞壁来阻止它们的生长。
类似的，其他纳米涂层，如纳米二氧化钛，也可以用于滤芯表面，提供额外的防霉抗菌能力。
4. 纳米压电功能材料：纳米压电功能材料的应用可以增强空气净化器的自清洁能力。
这些材料可利用压电效应，在施加外力时产生电荷，从而清洁滤芯表面的灰尘和污染物。
通过将纳米压电功能材料应用于滤芯中，可以使其具备自动清洁功能，减少滤芯的堵塞和更换频率，延长滤芯的使用寿命。
5. 纳米催化剂：纳米催化剂是另一种有效的纳米技术应用，可以提高空气净化器的处理效能。
纳米催化剂可以促进化学反应的速率，使有害气体在短时间内发生催化降解，有效去除空气中多种污染物。
纳米纤维材料在过滤技术中的应用
纳米纤维材料在过滤技术中的应用纳米纤维材料是一种由纳米级纤维组成的材料，在过滤技术中具有广泛的应用。
它们的特殊结构和优异性能使得纳米纤维材料成为高效过滤的理想选择。
本文将探讨纳米纤维材料在空气过滤和水处理领域中的应用，并介绍其优势和未来发展方向。
一、纳米纤维材料在空气过滤中的应用纳米纤维材料在空气过滤中具有卓越的效果。
由于其纳米级纤维的高比表面积和细小的孔隙，纳米纤维材料可以高效地捕捉和去除空气中的细小颗粒物。
例如，在工业生产过程中产生的有害气体和粉尘可以通过纳米纤维过滤器有效地过滤掉，保护工作环境和工作人员的健康。
此外，纳米纤维材料还可以用于空气净化领域。
它们具有优异的吸附性能，可以吸附和去除空气中的有害气体和异味。
利用纳米纤维材料制成的空气净化器可以有效净化室内空气，改善人们的生活质量。
二、纳米纤维材料在水处理中的应用纳米纤维材料在水处理中也具有广泛的应用。
由于其纳米级纤维的高孔隙率和高比表面积，纳米纤维膜可以实现高效的分离和过滤，用于去除水中的悬浮物、沉积物和微生物等。
纳米纤维膜的应用可以解决传统水处理技术中存在的问题。
例如，传统的混凝沉淀方法在去除水中微小颗粒时效果有限，而纳米纤维膜可以有效地去除微小颗粒，提高水的净化效果。
此外，纳米纤维材料还具有良好的抗污染性能，可以降低膜的堵塞和污染，延长其使用寿命。
三、纳米纤维材料的优势和未来发展方向纳米纤维材料在过滤技术中的应用具有以下优势：首先，纳米纤维材料具有高比表面积和丰富的微观孔隙结构，这使得其具有出色的分离能力和过滤效率。
其次，纳米纤维材料制备工艺相对简单，可以通过电纺、溶胶凝胶等方法制备，具备可扩展性和可控性。
此外，纳米纤维材料还具有高强度、高柔软性和良好的机械性能，适用于不同的过滤环境和应用场景。
然而，纳米纤维材料在过滤技术中仍然存在一些挑战。
例如，纳米纤维的制备技术需要进一步改进，以提高材料的纯度和一致性。
此外，纳米纤维材料的成本也需要进一步降低，以促进其在工业生产中的广泛应用。
反滤层工作原理
反滤层工作原理一、引言反滤层是一种常见的过滤材料，广泛应用于水处理、空气净化、食品加工等领域。
本文将详细介绍反滤层的工作原理，包括其结构、原理和应用。
二、反滤层的结构反滤层通常由多层过滤材料组成，每一层具有不同的孔径大小。
常见的过滤材料包括活性炭、陶瓷、聚酯纤维等。
这些材料能够有效地去除悬浮固体、颗粒、细菌和病毒等杂质。
三、反滤层的工作原理1. 筛选作用：反滤层的第一层通常是较粗的过滤材料，其主要作用是筛选大颗粒的杂质，如沙子、泥土等。
这些大颗粒会被阻挡在反滤层的表面，从而保护后续层次的过滤材料。
2. 吸附作用：反滤层中的活性炭具有良好的吸附性能，能够吸附水中的有机物、异味和颜色等。
活性炭的孔隙结构能够提供大量的吸附表面积，从而增强吸附效果。
3. 过滤作用：反滤层中的细菌过滤层通常采用微孔滤膜或者纤维材料。
这些材料的孔径非常小，能够有效地阻挡细菌和病毒等微生物。
同时，这些材料还具有一定的电荷，可以吸附带电的微生物，进一步提高过滤效果。
4. 分离作用：反滤层中的分离层通常采用超滤膜或者纳滤膜。
这些膜的孔径非常细微，可以过滤掉水中的溶解性盐类、重金属离子和有机物质等。
通过反滤层的分离作用，可以获得更纯净的水。
四、反滤层的应用1. 水处理：反滤层广泛应用于自来水处理、饮用水净化和工业废水处理等领域。
它能够去除水中的悬浮固体、颗粒、细菌和病毒等，提供安全、清洁的水源。
2. 空气净化：反滤层也可以用于空气净化领域。
通过选择适当的过滤材料，可以去除空气中的颗粒物、异味和有害气体，提供清新、健康的室内空气。
3. 食品加工：在食品加工过程中，反滤层可以用于去除水中的杂质和有害物质，确保食品的安全和质量。
五、总结反滤层是一种常见的过滤材料，其工作原理基于筛选、吸附、过滤和分离等机制。
通过合理设计和选择过滤材料，反滤层能够去除水中的悬浮固体、颗粒、细菌和病毒等，提供清洁、安全的水源。
除了水处理领域，反滤层还可以应用于空气净化和食品加工等领域，提供清新、健康的环境。
高效纤维束过滤器的技术性能与参数
高效纤维束过滤器的技术性能与参数【概述】高效纤维束过滤器是一种结构先进、性能优良的过滤设备。
它采用先进的技术，成功地解决了纤维滤料在过滤和清洗过程中存在的问题。
更好地发挥了纤维滤料的特长，实现了理想的深层过滤效应。
高效纤维过滤技术，它成功地解决了粒状滤料存在的各种问题，是石英砂等粒状滤料过滤器的更新换代产品。
高效纤维束过滤器曾荣获国家发明之星奖、首届中国科学技术博览会金奖、第45届布鲁塞尔尤里卡世界发明博览会金奖、国家环保局“最佳实用技术”推广项目，并获得中国、美国、德国、法国、英国、芬兰、意大利、日本等国专利。
高效纤维束过滤器可有效去除水中的悬浮物，并对水中的有机物、胶体、铁、锰等有明显的去除作用，与石英砂等粒状滤料过滤器相比，高效纤维束过滤器具有过滤速度快、精度高、截污容量大、吨水造价低、自耗水量低和占地面积小等优点。
可广泛应用于电力、石油、化工、冶金、造纸、纺织、食品、饮料、自来水、游泳池等各种工业用水和生活用水及其废水的过滤处理。
主要特点如下：过滤精度高：水中悬浮物的去除率接近100%，经混凝处理的地表水，进水浊度≤20NTU时，出水浊度可控制在零度。
过滤速度快：设计流速为30m/h，为传统过滤器的3-5倍。
截污容量大：一般为5-10Kg/m3，是传统过滤器的2-4倍。
占地面积小：相同出力，占地仅为传统过滤器的1/3-1/2。
自耗水率低：为周期制水量的1%，传统过滤器为周期制水量3%以上。
可调性强：过滤精度、截污容量、过滤阻力等参数可根据需要随意调节。
不需更换滤元：滤元被污染后可方便地进行清洗，恢复过滤性能。
【性能规范表】【工作原理与结构特点】高效纤维束过滤器是一种性能先进的压力式纤维束过滤器，它采用了一种新型的束状软填料(纤维)作为过滤器的滤元，其滤料直径可达几十微米甚至几微米，并具有比表面积大，过滤阻力小等优点，解决了粒状滤料的过滤精度受滤料粒径限制等问题。
微小的滤料直径，极大地增加了滤料的比表面积和表面自由能，增加了水中杂质颗粒与滤料的接触机会和滤料的吸附能力，从而提高了过滤效率和截污容量。
纳米纤维过滤器原理
纳米纤维过滤器原理
纳米纤维过滤器原理是利用纳米纤维材料的微小孔隙和电荷特性来分离和去除污染物。
纳米纤维过滤器通常由纳米纤维束或纳米纤维膜构成，这些纳米纤维可以是纳米尺寸的聚合物或陶瓷材料，也可以是更粗糙的纤维结构。
在运行过程中，污水被引导到纳米纤维过滤器中，通过纳米纤维孔隙或膜上的微小通道，污染物被拦截下来，而纯净的水则通过纳米纤维孔隙流出。
污水通过一个入口口径进入纳米纤维过滤器的集流器，在集流器中，水流被均匀地分配到每个纳米纤维束或纳米纤维膜中，以确保最大的过滤表面积和均匀的水流。
接下来，水流通过纳米纤维孔隙或膜上的微小通道，这些通道大小通常在纳米级别，可以有效地阻止污染物通行。
由于纳米纤维材料的特殊结构，大部分污染物无法穿过纳米纤维孔隙或膜的尺寸选择性。
空气净化中纳米过滤技术原理与解析动态
空气净化中纳米过滤技术原理与解析动态随着现代工业化和城市化的迅猛发展，空气污染成为了全球关注的焦点，对人们的健康和生活质量产生了巨大的影响。
为了解决空气污染问题，人们开发和应用了各种空气净化技术，其中纳米过滤技术成为了一种重要的手段。
纳米过滤技术是一种利用纳米级孔隙来过滤空气中的微小颗粒和有害物质的技术。
其原理基于纳米级孔隙的作用，可以过滤掉大部分甚至是全部的空气中的颗粒物，从而实现空气的净化和净化。
纳米过滤技术通常采用滤芯来实现，滤芯内部具有纳米级的通道结构，可以将空气中微小颗粒和有害物质截留在滤芯内部，从而达到净化空气的效果。
纳米过滤技术主要包括两个关键步骤，即物理过滤和化学吸附。
在物理过滤过程中，纳米级通道可以有效地过滤掉直径较大的颗粒物，如灰尘、花粉、细菌等。
这些颗粒物在通过纳米级通道时会因为通道尺寸的限制而被截留在滤芯内部，从而实现物理上的过滤。
而在化学吸附过程中，纳米级通道的表面通常涂覆有吸附剂，可以吸附一些有害气体、异味等物质。
引用化学吸附作为纳米过滤技术的辅助手段，可以进一步提高空气净化的效果。
纳米过滤技术的优势主要体现在其高效过滤和长寿命方面。
由于纳米级通道的尺寸较小，可以过滤掉较小的颗粒物，使净化效果更为出色。
同时，纳米过滤技术具有较长的使用寿命，因为滤芯内部的纳米级通道相对较细，可以阻止较大的颗粒物进入滤芯，从而减少滤芯内的堵塞和阻力，延长滤芯的使用寿命。
然而，纳米过滤技术也存在一些挑战和限制。
首先，纳米过滤技术的成本较高，特别是在制造和维护方面。
由于纳米级通道的制造技术相对复杂，生产成本较高，进一步导致了纳米过滤技术设备的价格较高。
此外，纳米级通道的堵塞问题也需要引起注意。
虽然纳米过滤技术可以过滤掉较小的颗粒物，但一些细微的颗粒物仍然可能堵塞纳米级通道，影响过滤效果和滤芯的寿命。
未来，纳米过滤技术有望进一步发展和应用。
随着纳米材料的研究进展，制造纳米级通道的成本将逐渐降低，这将促进纳米过滤技术的广泛应用。
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高效纤维滤料过滤纳米颗粒物时的反弹效应
庄子威，张振中，江 锋
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清华大学核能与新能源技术研究院，北京 100084 摘要： 经典过滤理论未考虑纳米颗粒物在纤维表面反弹并降低过滤效率的可能性 ． 选择不同等级的 HEPA （ 高效空气过滤） 玻 — —直角立方体 MgO、 璃纤维滤料， 使用 SMPS（ 扫描电迁移率粒度分析仪） 测量粒径在 10 ～ 500 nm 内 3 种颗粒物— 圆角立方体 NaCl 和球形 PSL（ 聚苯乙烯） 固体颗粒的过滤效率， 通过比较不同滤料状态下过滤效率的差别分析反弹效应的影响 ． 结果表明： NaCl 颗粒的反 ①硅油熏蒸法制备的湿态滤料可以模拟过滤的理想状态 ． ②过滤时颗粒物反弹效应大小与其自然运动规律有关， PSL 颗粒的反弹率比非球形颗粒小一个数量级左右 ． ③颗粒物反弹率也受到滤速的影响， 在1. 0 ～ 弹率约为 MgO 颗粒的 66. 7% ， 5. 3 cms 滤速范围内， 反弹率与滤速成正比； 滤速在 5. 3 cms 时颗粒物的最大反弹率在 0. 363% ～ 2. 667% 之间， 不同颗粒物的最 大反弹率不同， 但最大反弹粒径相差不大 ． ④可以将干态滤料在 5. 3 cms 滤速下对 MgO 颗粒的过滤作为 HEPA 滤料反弹效应试 验的计算基准， 根据形状参数（ S） 和过滤介质透过率的动力学模型对其他滤速和形状的颗粒物反弹率进行修定 ． ⑤ 反弹效应对 透过率的影响较大， 在 MPPS （ 最易透过粒径） 附近， 非球形颗粒反弹效应对实际透过率的贡献可达 30% ～ 40% ． 研究表明， HEPA 过滤需要考虑颗粒物反弹效应对过滤效率的影响 ． 关键词： 高效纤维过滤材料； 纳米颗粒物； 反弹效应 中图分类号： X513 文献标志码： A 文章编号： 1001 － 6929 （ 2014 ） 08 － 0835 － 07 DOI： 10. 13198j． issn． 1001-6929． 2014． 08． 04
Experimental Ｒesearch on the Bounce Effect of Nanoparticles during Filtration by HEPA Filter Media
ZHUANG Ziwei，ZHANG Zhenzhong，JIANG Feng
Institute of Nuclear and New Energy Technology，Tsinghua University，Beijing 100084 ，China Abstract ： Classical filtration theory ignores the possibility that particles could bounce off， be reentrained on the fiber and reduce filtration efficiency． We selected HEPA fibrous filter media of three types of efficiency in this study，and the filtration efficiencies for particles （ cubic MgO particles，cubic NaCl particles with rounded edges and spherical PSL （ polystyrene latex） particles） with 10 to 500 nm sizes were measured by scanning mobility particle sizers （ SMPS） ． The impact of the bounce effect was determined by comparing the efficiency with different filter states． The results showed that a wet filter fumigated with silicone oil could be used to simulate the ideal state． There was a bounce effect of particulate matter during filtration，in which the physical laws of motion affected the bounce effect of particles with different shapes． The bounce rate of NaCl particles was 66. 7% that of MgO particles，while the bounce rate of PSL particles was lower by an order of magnitude versus the unspherical ones． The bounce effect was proportional to the filtration rates in the range of 1. 05. 3 cms， while the maximum bounce rates ranged between 0. 363% 2. 667% at 5. 3 cms． Although the maximum bounce rates of different particles were different，the particle size at the maximum bounce rate was almost the same． The bounce rate of MgO particles with a rate of 5. 3 cms through the dry filter could be used as the basis of calculation in the bounce effect experiments． The particles with other shapes and rates could be revised according to the shape parameter S and the dynamic model of penetration． The bounce effect has a large influence on the penetration rate，because it has a contribution of 30% -40% of the penetration at the particle size near the most penetration particle size （ MPPS ） ． Therefore， much attention should be paid to the
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过滤 10 ～ 500 nm 粒径颗粒物时可能发生反弹效应， 但目前鲜见对其系统研究． 因此， 该研究对低滤速范 围内， 采用 HEPA 玻璃纤维滤料过滤纳米颗粒物时， 因颗粒不规则形状导致其重心改变而发生滚动或弹 跳， 以及由此造成过滤效率下降的现象进行探讨 ． 为 此， 选择不同效率等级的 HEPA 玻璃纤维过滤材料， 以湿态滤料模拟颗粒与纤维接触后被完全捕获的理 ［28 ］ 想状态 ， 以干态滤料为包含颗粒物反弹效应的实 对 3 种不同形状的固态纳米颗粒物的过滤效 际状态， 率进行测量； 通过对颗粒物物理特性、 滤速等对反弹 效应影响的描述， 并将干态纤维滤料在 5. 3 cms 滤 速下对 MgO 颗粒的过滤作为反弹效应试验的计算基 以期完善现有空气过滤机理． 础， 1. 2
［17-27 ］ ． 的研究还存在争议 HEPA 玻璃纤维滤料通常在低滤速 （ 1 ～ 5 cms ）
图1
MgO 与 NaCl 颗粒的电镜照片 of MgO and NaCl particles
Fig. 1 Scanning electron micrograph
3 种颗粒物的粒径分布数值特征见表 1． 在 50 ～ 3 种颗粒物的数浓度均大于 10 4 150 nm 粒径范围内， cm － 3 ； 在 10 ～ 50 nm 和 150 ～ 500 nm 粒径范围内， 颗 3 －3 粒物的数浓度均大于 10 cm ， 满足 HEPA 玻璃纤维 滤料效率试验系统对颗粒物源粒径分布和数浓度的 需求．
Hale Waihona Puke 基金项目： 国家自然科学基金项目（ 50978154 ） zhuangzw06@ mails． 作者简介： 庄子 威 （ 1988 － ） ， 男， 广 东 普 宁 人， tsinghua． edu． cn． * 责任作者， 江锋（ 1959 － ） ， 男， 浙江金华人， 研究员， 主要从事空气净 jf601@ mail． tsinghua． edu． cn 化技术研究，
收稿日期： 2013 － 10 － 02 修订日期： 2014 － 02 － 15
impacts of the bounce effect in HEPA filters． Key words： HEPA fibrous filter media； nanoparticle； bounce effect
第 27 卷 第 8 期 2014 年 8 月
环 境 科 学 研 究 Ｒesearch of Environmental Sciences
Vol． 27 ， No． 8 2014 Aug． ，
J］ ． 环境科学研究， 2014 ， 27 （ 8 ） ： 835-841． 庄子威， 张振中， 江锋． 高效纤维滤料过滤纳米颗粒物时的反弹效应［ ZHANG Zhenzhong， JIANG Feng． Experimental research on the bounce effect of nanoparticles during filtration by HEPA filter media［J］ ． ZHUANG Ziwei， Ｒesearch of Environmental Sciences， 2014 ， 27 （ 8 ） ： 835-841．