耐高温空气过滤材料的发展现状
耐高温空气过滤材料的发展现状
王璐1于斌1祝成炎1施淑波2刘北壬2
(1.浙江理工大学,杭州,310018;2.杭州路先非织造
股份有限公司,杭州,310011)
摘要:介绍了耐高温空气过滤材料的发展概况及其特点。重点列举了玻璃纤维、芳纶、PTFE覆膜、P84和
PPS等新型过滤材料的性能、研发或生产状况,并探讨了今后耐高温空气过滤材料的发展前景。
关键词:耐高温空气过滤材料,性能,研究现状,发展方向
中图分类号:TS106.62文献标识码:A文章编号:1004-7093(2010)03-0001-05
随着科学技术的进步,对耐高温空气过滤材料
的研究受到了国内外研究人员的关注,目前耐高温
空气过滤材料已被广泛地应用于汽车行业、制药工
业、环保业、核工业及军事领域等[1]。非织造耐高
温空气过滤材料作为一种新型的过滤材料,较机织
和针织过滤材料有更优良的过滤性能,并具有高产
量、低成本、易在生产线上进行深加工处理且能与
其他过滤材料复合等优势,因此在各行各业得到了
广泛应用。
1耐高温空气过滤材料概况
2009年我国提出了纺织工业调整和振兴计
划,重点提到了加快产业用纺织品的开发和产业
化,加快推进针刺、水刺、纺粘等先进工艺和高性能
纤维在环保过滤用纺织材料生产上的应用,新材料
比重由20%提高到50%。现阶段,空气过滤材料
约占过滤材料市场的三分之一[2],是过滤材料领
域中增长速度最快的产品之一,其中一些非织造空
气过滤材料具有耐高温和高效过滤的性能,广泛应
用于高温烟气过滤领域。
国外从20世纪70~80年代开始就已经致力
于耐高温空气过滤材料的研究,研制出一些性能优
收稿日期:2009-11-03
作者简介:王璐,女,1987年生,在读硕士研究生。主要研究方
向是非织造过滤材料。越的纤维过滤材料。如美国Gore公司[3]生产的
Gore-Tex聚四氟乙烯(PTFE)覆膜过滤材料,能非
常高效地收集亚微米级粒子。90年代初,美国杜
邦公司对PTFE纤维与玻璃纤维复合针刺毡进行
研究,成功地开发出商品名为Tefaire的复合针刺
毡[4]。美国唐纳森公司研发的褶皱过滤材料,过
滤面积比普通过滤材料大许多倍,是这一时期空气
过滤材料发展的又一项重要成果。而后,Gore[5]对
褶皱过滤材料进行了进一步的研究,生产出了宽褶
距覆膜褶皱过滤材料,大大降低了粒子的附着率。
近年来国外高效空气过滤材料的研究发展迅速。
德国科德宝公司推出了三维非织造表面微孔类过
滤材料,该材料具有创新性的三维结构、类似透气
薄膜微孔的表面和较高的过滤效率。杜邦公司推
出的Teflon纤维[6]过滤材料以其较好的耐高温、耐
酸碱、抗老化、防日晒和耐磨性得到了用户的好评。
日本东丽公司的聚苯硫醚(PPS)纤维具有耐酸、耐
高温、耐热湿分解的特点,用其制成的过滤尘袋特
别适用于含有化学腐蚀性烟尘的过滤,使用寿命相
当长。BASF公司开发的耐高温纤维Basoilf[7]是嘧
胺树脂系耐燃高热稳定性的有机纤维,有突出的耐
化学药品性和耐高温性。2004年俄罗斯研制出的
新型耐高温非织造布采用进口含氟制剂喷洒和含
氟制剂涂覆两种方法,将产品的使用寿命从循环
3.5万次提高到6.5万次[8]。2009年在德国世界
过滤与分离技术设备工业展览会上,德国Kermel公
司推出了Kermel纤维过滤材料[9],该纤维具有芳
—1—2010年第3期产业用纺织品综述香族聚酰胺结构,其制成的过滤材料可以承受
220℃以上的连续高温,耐温最高可达240℃,可以
用于钢铁和水泥等行业。
我国对耐高温空气过滤材料的研究起步较晚,
20世纪60~70年代主要以引进国外技术为主,
80年代后期开始自行设计生产。进入21世纪以
后,空气过滤技术发展迅速,开发出许多耐高温空
气过滤材料,如PPS纤维[10]和芳纶过滤材料。我
国耐高温过滤材料用纤维过去主要是从日本、欧洲
和美国等地进口,现在已开始生产。中国烟台氨纶
集团于2004年实现间位芳纶的工业化生产,目前
年生产能力达到4300t,位居全球第二,仅次于美
国杜邦公司。上海市纺织科学研究院和上海市合
成纤维研究所共同开发的芳砜纶[11]目前已实现了
年产1000t的产业化生产,该纤维具有良好的耐
热性、抗热氧老化的稳定性和耐酸性,非常适用于
制作耐高温过滤材料。辽宁抚顺市工业用布厂与
营口玻璃纤维有限公司在玻璃纤维毡的基础上研
制并开发了聚乙烯(PE)与玻璃纤维的复合产
品[12],可以承受260℃的高温。中国还开发了两
种新的过滤材料。一种是用连续束状玻璃纤维和
束状PTFE纤维混合织造的复合过滤材料[13],具
有耐高温、耐腐蚀、使用寿命长等特点;另一种是用
短切无碱玻璃纤维与聚酰亚胺(P84)、PPS纤维混
合的复合针刺过滤材料[14],具有三维微孔结构,在
耐高温的同时拉伸性能尤为突出,该过滤材料是高
炉煤气净化中使用量比较大的一个品种。
21世纪亚洲非织造过滤材料市场扩展迅速。
加入WTO后,我国非织造布行业与世界非织造布
行业联系更加紧密,也迎来了机遇和挑战。目前欧
洲最大的过滤材料生产厂德国BWF公司已经进驻
中国市场,美国的一些公司也准备在我国建立独资
或合资的过滤材料生产企业,中国已成为世界过滤
材料商最看好的国家之一。因此,我国的耐高温空
气过滤材料行业迫切需要提高生产技术水平,提升
产品的综合实力,以促进行业迅速发展。
2耐高温空气过滤材料特点
2.1耐高温
目前高温烟气过滤采取先冷却再除尘的方式,一般高温烟气经空气冷却器冷却至250℃以下,但
仍属于高温烟气[15],需使用耐高温的过滤材料,且
对非织造过滤材料的要求较高。出于成本和使用
寿命上的考虑,要求耐高温过滤材料的耐温范围在
200℃以上,还要求具有持续耐高温的性能。
2.2机械强度高
过滤材料在高温条件下需具有足够大的机械
强度,以利于提高过滤材料在生产和使用上的稳定
性。一般工业高温烟气过滤材料用纤维的断裂强
度较高,至少不小于0.5N/tex。高强度的过滤材
料经折叠后所制作的过滤器材具有较强的抗冲击
力,增加了有效过滤面积,从而提高其过滤性能,具
有很大的实际意义。
2.3具有功能性
随着科学技术的发展和工业化水平的不断提
高,许多特定行业和领域对耐高温空气过滤材料的
功能性也提出了很高的要求。多功能、高效的耐高
温空气过滤材料具有很强的针对性,例如对于不同
的使用场合要求具有耐腐蚀、抗静电、阻燃、抗菌等
功能中的一种或几种功能。随着需求量的不断增
加和应用领域的拓展,耐高温空气过滤材料具有多
种不同功能是今后一个重要的发展方向。
2.4工艺适用性好
空气过滤材料用于空气过滤器时,有的需被折
叠成具有曲折表面的褶皱过滤材料。褶皱过滤材
料的透气性好,过滤面积和容尘量大,且抗拉伸和
抗断裂能力强。目前的褶皱过滤材料大多采用表
面处理纤维过滤材料和覆膜过滤材料。耐高温过
滤材料用于褶皱过滤材料可发挥其本身的优势,且
可提高过滤器的综合性能。
3各类耐高温空气过滤材料的发展
随着人们对空气环境质量的要求逐渐提高,对
过滤材料用纤维的要求也相应提高,国际高效空气
过滤材料市场出现了许多性能和适用性都很好的
材料,表1列出了几种空气过滤材料用纤维及其性
能。
3.1玻璃纤维过滤材料
玻璃纤维及其复合材料一直被认为是优质的
耐高温、防腐过滤材料,是处理高含湿量、高温和有—2—综述产业用纺织品总第234期表1空气过滤材料用纤维的性能[16]
性能纤维种类
玻璃
芳纶PTFEP84PPS耐干热温度/℃260200260260190
耐湿热温度/℃260180260195190
抗菌防霉不受影响不受影响不受影响不受影响不受影响
耐碱一般良好优异一般优异
耐无机酸很好一般优异很好优异
耐有机酸很好一般优异很好优异
耐氧化剂优异差优异很好一般耐有机溶剂很好很好优异优异优异
腐蚀性化学成分烟气的较理想的过滤材料。目前
玻璃纤维过滤材料的一个发展趋势是与其他材料
进行复合,改善其性能,延长使用寿命。
近年来国内外对玻璃纤维过滤材料进行了深
入的研究,取得了一定的成果[17]。美国杜邦公司
开发的玻璃纤维针刺毡,过滤效率可达到99.9%
以上,耐高温,耐腐蚀性能强,使用寿命长;奥地利
一家公司开发的玻璃纤维针刺毡可长期在260℃
左右的高温下使用,使用寿命在两年以上,是脉冲
喷吹除尘和反吹风除尘的优质过滤材料;美国约翰
斯·曼维尔公司提出新的无硼玻璃配方并获得专
利[18],据称该配方特别适合于制造净化室HEPA
过滤器用的微纤维。我国用玻璃纤维作为过滤材
料的研究起步较晚,针对玻璃纤维的特性并克服其
脆性,南京玻璃纤维研究院共研制成功四代玻璃纤
维表面处理和配方工艺,取得了明显的技术经济效
果。
在利用玻璃纤维复合进行过滤材料研制方面
也有较大进展[19]。20世纪90年代初美国杜邦公
司通过将PTFE纤维与玻璃纤维混合后针刺到纯
PTFE纤网上的方法制得商品名为Tefaire的复合
针刺毡;日本一家公司在玻璃纤维毡或玻璃纤维织
物上贴合经过特殊处理的PTFE薄膜,增加了材料
的使用寿命;我国南京玻璃纤维研究院成功研制了
玻璃纤维涂覆PTFE的覆膜过滤材料及玻璃纤维
与特种化纤混合的针刺过滤材料,取得了不错的效
果;由我国研制开发的玻璃纤维与P84纤维复合的
针刺毡是一种新型耐高温过滤材料,也得到了很好
的应用。3.2芳纶过滤材料
20世纪60年代初杜邦公司首先开发出Nomex
纤维。我国在1981年和1985年先后通过了对芳
纶14和芳纶1414的鉴定。随着国民经济的发展,
我国对芳纶及其制品的需求量快速增长[20],目前
国产芳纶(特别是间位芳纶)的主要产地在山东、
广东、上海和四川等地,国产能力已达万吨级水平,
而芳纶非织造过滤材料也随着纤维原料的发展而
迅速崛起。
芳纶是一种高强高模[21]、低密度和高耐磨的
有机合成材料,属芳香族聚酰胺纤维,具有稳定的
化学性质。1974年美国贸易联合会FTC将其命名
为“Aramidfiber”[6],分子结构中至少有85%的酰
胺键(—CONH—)直接把两个苯环连接起来。芳
纶是世界上发展最快的高科技纤维之一,具有非常
好的耐高温性能,可以承受204℃的持续高温,且
能在高温下保持其优越的物理性能和尺寸稳定性,
常应用于高温干热的过滤系统中;在室温条件下,
芳纶的抗弯能力非常好,几乎和聚酯纤维相当;芳
纶能耐受大部分酸、碱的化学作用,还不受特殊粉
末和气体的影响,有非常好的适用性。以芳纶为主
体原料开发的芳纶非织造材料可以作为高效的空
气过滤材料。利用纤维本身的耐高温、耐酸碱腐蚀
等性能,并经过针刺、水刺等处理,芳纶非织造材料
具有过滤精度高、流量大、耐腐蚀等特点,可以满足
特殊情况下的过滤需求。
3.3PTFE过滤材料
美国Gore公司在20世纪70年代首先研制出
了膨体聚四氟乙烯(ePTFE)覆膜过滤材料,近年又
逐步开发出了一系列具有特殊功能的覆膜过滤材
料产品。PTFE用于功能性覆膜是今后的一个重要
发展方向。PTFE是一种结构完全对称的中性高分
子化合物[3],该特殊的结构使其具有良好的热稳
定性、化学稳定性和绝缘性等,且PTFE膜的表面
张力很低,具有很好的不粘性和拒水性,但其撕裂
强度、耐腐蚀性和拉伸性能比其他纤维差,通过强
化处理可得以改善,使用期限达3~5年。
覆膜过滤材料的优越性可以概括为:①覆膜过
滤材料是微孔结构,表面无直通孔,可实现表面过
滤,除尘效率可达99.999%[22];②覆膜过滤材料表
面孔隙率高,阻力小;③容易清灰。由于具有出众
HEPA过滤原理分析
阻力低、容尘量大,缺点是性脆,耐磨性较差。
2.HEPA 等级说明 1.HEPA
HEPA 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、
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:
空气过滤器 国家标准
空气过滤器 国家标准
空气过滤器是一种用于净化空气中有害物质的装置,广泛应用于家用空调、汽车引擎和工业生产等领域。为了确保空气过滤器的性能和质量,国家对其制定了一系列的标准,以保障用户的健康和安全。
首先,空气过滤器的国家标准主要包括对其过滤效率、使用寿命、阻力、密封性能等方面的要求。过滤效率是衡量空气过滤器性能的重要指标,它直接影响着空气净化的效果。国家标准规定了空气过滤器在不同颗粒物直径下的最小过滤效率,以确保其能够有效过滤空气中的各类有害物质。此外,使用寿命和阻力也是评价空气过滤器质量的重要指标,国家标准对其进行了详细的规定,以保证其在长期使用过程中的稳定性和可靠性。
其次,国家标准还对空气过滤器的材料和制造工艺进行了严格的要求。空气过滤器的滤料和密封材料直接关系到其过滤性能和密封性能,国家标准规定了其应具有一定的耐高温、耐腐蚀和耐磨损能力,并且不得对空气中的有害物质产生二次污染。此外,制造工艺的规范化和标准化也是国家标准的重点内容,以确保空气过滤器在生产过程中的质量稳定性和一致性。
再者,国家标准还对空气过滤器的安装和维护提出了具体要求。安装过程中应注意保证其密封性能和连接稳固性,以避免因安装不当而导致泄漏和故障。同时,在使用过程中,定期清洗和更换空气过滤器也是保证其性能的关键,国家标准对其清洗周期和更换周期进行了详细规定,以确保用户能够及时有效地维护空气过滤器,保证其长期稳定的过滤效果。
最后,国家标准还对空气过滤器的检测和评价进行了规范,以确保其质量符合标准要求。对空气过滤器进行检测和评价是保证其质量的重要手段,国家标准对其检测方法、评价指标和标准化管理等方面进行了详细规定,以确保其检测结果的准确性和可靠性。 综上所述,空气过滤器国家标准的制定对于保障用户健康和安全具有重要意义。只有严格按照国家标准要求生产、安装和维护空气过滤器,才能够保证其性能和质量稳定,为用户提供清洁、健康的空气环境。同时,也为空气过滤器行业的健康发展提供了重要的保障和指导。
过滤材料有哪些
.
'. 一、化纤无纺滤料:
学名聚酯纤维,俗称无纺布,无纺布具有使用广泛性、技术成熟性、稳定性好等技术特点,是我国目前粗、中效板式、袋式过滤器的典型滤材。 制做工艺以熔喷、针刺、水刺、纺粘等工艺经多道工序制成,与其他同级别滤材相比具有质量稳定、容尘较大、耐湿性强、使用寿命长、经济耐用等优点。但是,无纺布也存在着部分缺点,就是阻力偏大、不环保(不可焚烧或分解)。无纺布也是应用最早的过滤材料,技术发展成熟、生产成本低廉,虽然近几年新型过滤材料层出不穷,但是由于生产成本较高,技术标准高,难以普及。
困此,在较低的粗、中效过滤环境中无纺布滤材以其价廉物美的特点依然拥有无可替代的地位。近年来由于技术的不断进行,复合无纺布的出现大大改善无纺布的廉价低档的形象,在效率上已经可以达到亚高效。 同时,无纺布滤料也可用于空气洁净度相对要求不高的场所的过滤。
二、合成纤维滤材:
合成纤维滤材,在一般的过滤环境下可全面替代无纺布及玻璃纤维覆盖粗、中、高效(G3-H13)全系列过滤产品,是新兴的过滤材料,也是未来过滤材料的主要发展方向。和其他同级别的滤材相比具有阻力小、重量轻、容量大、环保(可焚烧)、价格适中等优点。 由于上个世纪九十年代,国内的加工工艺及技术手段的相对落后,当时的合成纤维滤材主要以进口为主。进口滤材虽然性能优异、品质上乘,但是价格昂贵。近年来,随着中国国内空气净化行业的高速发展及市场需求的快速增长,国内生产的部分合成纤维滤材具备了性能好、环保、稳定性强等特点,同时,使我们的客户能够享受性价比适中的产品。
三、玻璃纤维滤材:
玻璃纤维滤材主要由各种粗细、长短不一的玻璃纤维经特殊的加工工艺制成的。由于玻璃纤维具有耐高温、高效率、使用寿命长、环保等特点。并且在某些特殊环境下也只有波线才能胜任。广泛应用于一般通风系统的袋式过滤器及高效过滤器。 玻璃纤维滤材与合成纤维滤材都以进口为主,存在着虽然性能好,不过,存在着价格偏高的实际情况。但是,玻璃纤维滤材仍以其稳定的性能,高效率、大容量、耐高温,使用寿命长等特性被广泛应用于对空气过滤要求高的场所和环境中。
空气过滤技术及应用
第36卷第21期 2 0 1 0年7月 山 西 建 筑 SHANXl ARCHITECTURI V01.36 No.21 Ju1.2010 ・179・ 文章编号:1009—6825(2010)21—0179—02 空气过滤技术及应用 赵晓蓉 摘要:主要阐述了空气中微粒污染物的来源及其对人体的危害,分析了针对含有微粒的各种空气过滤技术的原理及优 缺点,同时根据过滤材料的研究进展、空气过滤器的原理及其研究进展、空气过滤技术的应用等方面的内容指出了空气 过滤技术发展趋势。 关键词:微粒,空气过滤,过滤材料 中图分类号:TU834.8 文献标识码:A 0 引言 随着人们对室内空气质量重要性认识的提高,对进入室内的 空气进行过滤已成为工业和民用建筑空气处理的最基本要求。 空气过滤是指通过应用空气过滤技术和设备净化进入室内的空 气,满足室内卫生标准、生产工艺对空气质量的要求以及洁净室、 无菌室等特殊的要求。 1 室内微粒的来源及对人体的危害 空气中的微粒是分散在大气中的微小液体和固体颗粒,通常 飘尘以烟、雾、灰尘等形式存在于大气中。工业建筑中的微粒污 染物主要是伴随生产工艺过程产生的。民用建筑中的微粒污染 不像工业建筑那么严重,但却存在多种污染源。通风空调系统本 身的系统划分和组织不合理,也会造成室内微粒污染物带菌交叉 污染等。室内空气中微粒的危害主要体现在对室内人员、生产和 环境的危害。其最主要、最危险的途径是经过呼吸道进入人体。 2空气过滤机理 2.1 滤料过滤的机理和特点 滤料过滤是表面过滤和深层过滤的组合,其基本机理可分为 拦截效应、惯性效应、扩散效应、重力效应、静电效应等(见图1)。 相比电除尘,过滤除尘具有过滤效率高、价格便宜、使用方便 的优点。由于过滤效率高,过滤除尘通常用在洁净室的末端,它 在室内空气净化行业也有广泛应用。过滤除尘的缺点是滤器需 要定期更换、易被水滴糊死、风阻比较大、细菌容易在滤器表面繁 殖等。 2.2静电除尘的原理和特点 静电除尘的基本原理是荷电粒子或微粒在电场中依据同性相 斥、异性相吸原理吸附在集尘极上。适合清除比较细小的粒子。 [2]SDJ 161—1985,电力系统设计技术规程[S]. [3]GB 19964—2005一z,光伏发电站接入电力系统技术规定[S] 跨 线 线 a)拦截效应 b)惯性效应 / ——、√、 一 、 一一-1一一1一 —咔 、 , d)静电效应 (与譬嘉 篙宰行) 罢- -d 一—_.一/ 、 一一-=-—1一 一一 图1 纤维过滤除尘机理示意图 静电除尘具有安全、可靠、可维护性好、运行费用低等优点。 但也有以下缺点:由于在室内空气净化中使用的是正电晕电离, 降低了室内空气中负离子浓度,不可避免会产生低浓度臭氧等有 害副产物;且净化效率相对较低,其价格贵,初期投入大。 2.3水洗式除尘 水洗式除尘的原理是:灰尘经过水膜时被水膜润湿,进入水 膜而被水膜捕捉,并随水膜流动进入水箱。通常是利用水来溶解 空气中的水溶性污染物,同时也具备除尘和加湿的功能,但缺点 是净化效率低,需要每天换水,否则细菌繁殖,同时需要定期进行 彻底地清洗。 2.4 负离子净化 负离子除尘的原理:通过负电晕放电,空气中()2很容易获得 一个电子成为负氧离子02-,负离子主要用来清新空气,还可杀菌 和消除异味。但负氧离子在比较高的电子浓度下会继续获得一 个电子产生氧原子o,o与02结合会生成对人体有害的臭氧。 [4]GB/T 12325—2008,电能质量——供电电压偏差【s] [5]GB/T 14549—93,电能质量——公用电网谐波[S]. Analysis of a solar energy net interconnected photovoltaic engineering LIYa-bin Abstract:The composition of solar energy photovoltaic power generating system and photovoltaic power generation basic principle Was studied, the advantages and limit of photovoltaic power generating were discussed simply.The solar energy photovoltaic power generating engineering was analyzed combined with example,in concluded that the present solar energy power generating system can interconnect running,but not reached reverse power transmission. Key words:solar energy,photovoltaic power generating,net interconnection 收稿日期:2010—03—26 作者简介:赵晓蓉(1981.),女,工程师,中铁建设集团有限公司,北京
二氧化硅基纳米纤维气凝胶的研究进展
二氧化硅基纳米纤维气凝胶的研究进展
作者:卫智毅 王慧 余天培 程辉 马信 李守柱
来源:《现代纺织技术》2022年第06期
摘 要: 传统二氧化硅气凝胶是一种具有超轻、低导热系数、高孔隙率和高比表面积的三维结构多孔材料,但由于其力学性能较差,严重阻碍了实际应用。为解决此问题,将柔性二氧化硅纳米纤维引入气凝胶中作为骨架材料,在保留传统二氧化硅气凝胶优异性能的基础上,还可展现出良好的形状记忆功能和机械稳定性能。本文追溯了二氧化硅基纳米纤维气凝胶的发展历程,介绍了其制备方法及相关机理,梳理了当前为突破其力学性能差的限制所做的努力和改进,以更好地应用于空气过滤、油水分离、催化剂载体、吸附、隔热保温以及压力传感等领域,期望推动二氧化硅基纳米纤维气凝胶的进一步发展。
关键词: 二氧化硅;纳米纤维;气凝胶;制备;应用
中图分类号: TB33
文献标志码: A
文章编号: 1009-265X(2022)06-0231-11
Research progress of silica-based nanofiber aerogels
WEI Zhiyi, WANG Hui, YU Tianpei, CHENG Hui, MA Xin, LI Shouzhu
(College of Energy and Chemical Engineering, Xinjiang Institute of Technology, Akesu
843100, China)
Abstract: The traditional silica aerogels are three-dimensional porous materials with ultra-light, low thermal conductivity, high porosity and high specific surface area. Due to its poor
二氧化硅气凝胶综述
.
. 二氧化硅气凝胶简介
气凝胶(aerogels)通常是指以纳米量级超微颗粒相互聚集构成纳米多孔网络结构,并在网络孔隙中充满气态分散介质的轻质纳米固态材料。气凝胶是一种固体,但是99%都是由气体构成,外观看起来像云一样。气凝胶因其半透明的色彩和超轻重量,有时也被称为“固态烟”或“冻住的烟”。
最常见的气凝胶为二氧化硅气凝胶。SiO2气凝胶是一种防热隔热性能非常优秀的轻质纳米多孔非晶固体材料,其孔隙率高达80-99.8%,孔洞的典型尺寸为1-100 nm,比表面积为200-1000 m2/g,而密度可低达3 kg/m3,室温导热系数可低达0.012 W/(m•k)。正是由于这些特点使气凝胶材料在热学、声学、光学、微电子、粒子探测方面有很广阔的应用潜力。
一、气凝胶发展历史
早在1931年,Steven.S.Kistler就开始研究气凝胶。他最初采用的方法是用硅酸钠水溶液进行酸性浓缩,用超临界水再溶解二氧化硅,用乙醇交换孔隙中的水后,利用超临界流体干燥技术制成了最初的真正意义上的气凝胶。这种材料的特点是透明、低密度、高孔隙率。但受当时科研手段的限制,这种材料的研制并没有引起科学界的重视。
上世纪七十年代,在法国政府的支持下,Stanislaus Teichner在寻找一种用于存储氧和火箭燃料的多孔材料的过程中,找到一种新的合成方法,即把溶胶- 凝胶化学方法用于二氧化硅气凝胶的制备中。这种方法推动了气凝胶科学的发展。
此后,气凝胶科学和技术得到了快速发展。1983年Arlon Hunt 在Berkeley 实验室发现可用更安全、更廉价的二氧化硅气凝胶制作方法。与此同时,微结构材料研究小组发现可用具有更低临界温度和临界压力的二氧化碳超临界流体取代乙醇作为超临界干燥的流体,使得超临界干燥技术得以向实用化阶段迈进。
八十年代后期,Larry Hrubesh 领导的研究者在Lawrence Livermore National
f7过滤棉参数
f7过滤棉参数
F7过滤棉是一种常用的空气过滤材料,具有过滤效率高、抗菌能力强、使用寿命长等特点。它广泛应用于空气净化器、空调系统、医疗器械等领域,有效净化空气,改善室内空气质量。在本篇文章中,我将会详细介绍F7过滤棉的参数及其相关知识。
首先,我们来了解一下F7过滤棉的过滤效率。F7过滤棉的过滤等级在EN 779标准中属于F级,其过滤效率为55%至70%。这意味着,F7过滤棉可以有效地过滤掉空气中的粉尘、花粉、霉菌孢子、细菌等微尘颗粒,能够提供较好的室内空气质量。
接下来,我们来看一下F7过滤棉的尺寸参数。F7过滤棉通常以卷筒的形式出现,其常见的宽度有1米、2米,长度可以根据需要进行定制。同时,F7过滤棉的厚度也有一定的选择范围,一般为10毫米至50毫米不等。根据不同的过滤需求,我们可以选择合适的尺寸来应用。
除了过滤效率和尺寸参数外,F7过滤棉还有一些其他重要的参数需要注意。首先是阻力参数。F7过滤棉的阻力较小,能够保持空气流通畅通,减少对风机的负荷,延长设备的使用寿命。其次是耐湿性和耐高温性。F7过滤棉采用高质量的聚酯纤维制成,具有良好的耐湿性和耐高温性能,能够在潮湿环境和高温环境中保持优良的过滤效果。此外,F7过滤棉还具有抗菌能力,能够抑制细菌的繁殖和传播,保障室内空气的洁净度。
针对不同的使用需求,F7过滤棉还有一些可选的辅助功能。比如,我们可以选择具有活性炭吸附层的F7过滤棉,以增加对空气中有害气体的吸附能力。另外,还可以选择具有静电增强层的F7过滤棉,以增加对细微颗粒的捕集效果。
最后,我们来看一下F7过滤棉的使用与维护。在安装F7过滤棉时,应注意防止泄漏和错位,确保过滤效果。定期清洗和更换F7过滤棉是保证其过滤效果的关键。根据具体的使用环境和使用频率,一般建议每隔3至6个月进行一次清洗或更换。
总结一下,F7过滤棉是一种常用的空气过滤材料,具有高效的过滤能力和抗菌能力,能够提供良好的室内空气质量。其尺寸参数多样,具有良好的阻力、耐湿性和耐高温性能。通过选用不同的附加功能,可以满足不同的过滤需求。合理的使用与维护将延长F7过滤棉的使用寿命,提供持久的过滤效果。
简述PPS纤维的特性与实际应用及发展前景
简述PPS纤维的特性与实际应用及发展前景
作者:赵春保 日期:2007-9-21 8:39:47
一、前言
聚苯硫醚,全称为聚亚苯基硫醚,英文名称为Polyphenylene sulfide,简称PPS(以下称聚苯硫醚或称PPS)。PPS的分子结构比较简单,分子主链由苯环和硫原子交替排列,大量的苯环赋予PPS以刚性,大量的硫醚键又提供柔顺性。分子结构对称,易于结晶,无极性,电性能好,不吸水。PPS是一种高性能材料,聚苯硫醚(PPS)具有优异的耐热性、阻燃性、绝绝缘性,其强度和硬度均较高,机械性能优良,制品的尺寸稳定性好,可用多种加工成型方法加工,并可精密成型。由于PPS与无机填料、增强纤维的亲和性以及与其他高分子材料的相容性好,因而可制成不同的的增强填充品种及高分子合金,用途十分广泛,它还可以做纤维和薄膜。
据悉,PPS树酯近年来才应用于纤维领域,以往均以工程塑料为主,由于它的耐温性好、弹性好、防腐性能优异、阻燃等优势,被烟气除尘领域所青睐。近年来,随着工业的飞速发展,工业排污日益严重,已危害到自然环境和人们的身体健康。烟气除尘是治理污染的重要组成部分,袋式除尘就是治理烟气的重要方法。治理烟气需要耐高温、耐腐蚀的新型纤维。而PPS纤维完全可以满足以上的要求。
二、世界PPS系列产品的发展历史
1973年美国Phillips石油公司正式在德州设立年产能3,000吨的Polyphenylene sulfide(PPS)树脂生产工厂,并以Ryton为商品名在市场上销售。当时PPS的制造方法,在聚合阶段仅得到低分子量的Pre-polymer,聚合之后经过空气中的高温氧化使之产生某种程度的架桥反应以提高其分子量,因此当时的产品被称之为“架桥型PPS”。而随着美国Phillips石油公司PPS制造专利的到期,从1987年起至1991年之间美国与日本共有5家公司投入PPS的生产与销售,这是PPS的生产步入第二个阶段。此后PPS的市场即陷入供过于求的逆境中,竞争激烈造成价格大幅滑落。1995年起PPS的需求量逐渐呈现两位数以上的成长率,虽然2001年大幅衰退10-12%,然而产能过剩的现象已稍见缓和。另外,吴羽化学公司为了有效利用自身产品对二氯苯,成功开发直线型PPS树脂的生产技术,并从1987年开始生产PPS树脂,至于掺混与销售则委托日本Polyplastics公司来经营,Polyplastics公司也宣布从2005年10月下旬起,Fortron全系列的国内价格每公斤提高30日圆,外销价格每公吨提高300美元。
空气过滤器的发展和应用
・36・ 科技论坛 空气过滤器的发展和应用 于明飞 (中国石油哈尔滨石化分公司,黑龙江哈尔滨150000) 摘要:空气过滤器的原型是人们为保护呼吸而使用的呼吸保护器具,随着时间的推移,空气过滤的应用范围越来越广泛。以下重点探讨空 气过滤的发展和应用。 关键词:空气过滤;发展;应用 1空气过滤器的发展 空气过滤器的原型是人们为保护呼吸而使用的呼吸保护器具。据记 载,早在~世纪的罗马,人们在提纯水银的时候就用粗麻制成的面具进 行保护。在此之后的漫长时间里,空气过滤器也取得了进展,但其主要是 作为呼吸保护器具用于—些危险的行业如有害化学品的生产。1 827年 布朗发现了微小粒子的运动规律,人们对空气过滤的机理有了进一步的 认识。空气过滤器的迅速发展是与军事工业和电子工业的发展紧密相关 的。在第一次世界大战期间,由于各种化学毒剂的使用,以石棉纤维过滤 纸作为滤烟层的军用防毒面具应运而生。玻璃纤维过滤介质用于空气过 滤于1940年10月在美国取得专利。20世纪50年代,美国对玻璃纤维 过滤纸的生产工艺进行了深入的研究,使空气过滤器得到了改善和发 展。20世纪60年代,HEPA过滤器问世_20世纪70年代,采用微细玻 璃纤维过滤纸作为过滤介质的HEPA过滤器对013微米粒径的粒子 过滤效率高达99.9998%。20世纪8O年代,以来随着新的测试:方法的出 现、使用评价的提高及对过滤陛能要求的提高,发现HEPA过滤器存在 着严重的问题于是又产生了性能更高的uL PA过滤器。目前各国仍 在努力研究,估计不 就会出现更先进的空气过滤器。过滤器本身的设 计也取得了显著进展,其中最重要的是分隔板的去除,即无隔板过滤器 的发展。无隔板过滤器不仅消除了分隔板损坏过滤介质的危险,而且有 效地增加了过滤面积,提高了过滤效率,并降低了气流阻力,从而减少 了能量消耗。此外,空气过滤器在耐高温、耐腐蚀以及防水、防菌等方面 也取很大的进展满足了一些特殊的需求。 2空气过滤器的应用 随着环境污染的日益严重和人们环境意识的加强,空气质量已成为 全世界关注的焦点。现在人们认识到空气过滤系统不仅要保护机械设 备,还要保护人。因此,空气过滤的应用范围越来越广泛。空气过滤的最 大应用是住宅楼,其次是商业和工业建筑。此外,过滤设备还常用行下列 场合:洁净室;复印设备;室内空气净化器;麻醉气体过滤设备:激光外 科手术应用;HVAC系统(f共暖、通风和空调系统);恒温室;计算机打印 机;工作室空气过滤系统;空调器等。 2.1住宅市场。由于人们对生活质量的要求不断提高,住宅原有的空 气过滤系统已不能满足人们的需要,性能更高的静电过滤器则成了原有 空气过滤器的首选替代品。但与普通玻璃纤过滤器相比,由于过滤介质 成本较赢静电过滤器的应用也受到—定的限制。3M公司是静电过滤器 市场的领头羊,正积极销售其产品。3M公司的静电过滤器采用波纹结 构,介质装填较松敝因而气流阻力较小。3M公司称f电1门过滤器的装填 密度是最适宜的,而目具有很长的寿命。波纹结构还会提高过滤效誊且 能够比平板过滤器捕集更多的粒子。在中国,住宅绝大多数没有空气过 滤系统但中国的住宅数量巨大,且每年以数百万套的速度-递增。随着居 室内空气质量的日益恶劣和人们环境意识的不断加强,空气过滤系统在 住宅的应用是有前途魄存在着潜在的巨大市场。 2.2力公楼应用。要求改善办公室空气质量的推动力是先进的办公 设备的广泛应用。计算机终端是产生臭氧和挥发肚有机化合物的来源。 喷墨打印机是碳氢化合物和臭氧的来源。干法照相复制机产生碳氢化合 物、可吸入悬浮粒子和臭氧传真机产生臭氧和挥发l生有机化合物;激光 打印机产生碳氢化合物、臭氧和可吸人粒子;等等。这些产物已经严重地 亏染了室内环境,并给人身和办公没备造成了一定的危害。据估计,在美 国的办公楼和公共建筑中有309o存在室内空气污染问题尤其公共建 筑如机场、车站等所面临的挑战远大于办公楼。芝加哥D’Hare机场 丁 空气流量为每分钟约5166万 为改善空气质量,该处共装有11O0 鬻 器2 4的需fl ̄2000 求 — 换一次) 预计 年办公室、商业及公共建 寸至气趣 嵛 前水 在全球将达到 羡元。 23室内空气净化器。随着建筑标准的日益严橇消费者对室内空气 质量越来越重视。尤其是患有过敏症、哮喘病或呼吸道疾病的人因为空 气污染影响了f电1门的正常生活。人们在室内度过90%的时间,而室内空 气污染水平可能是室外的2—5倍。室内几乎所有空间都含有花粉、霉菌、 孢子、动物毛发、烟雾、细菌、病毒和包括石棉在内的有害纤维及灰尘。恶 劣的空气质量使得哮喘和过敏症更加严重。用空气净化器除去室内空气 污染物是一种有效的方法。在便携式室内空气净化器市场上有多种产品。 发展最陕的是使用高效过滤介质的静电空气过滤器如3M公司的F ih rete,和更高效的微细玻璃纤维HEPA过滤器,它们占据了市场的大部 分。在美国空气净化器市场以每年10%以上的速度递增。日本是继美国 之后的第二大市场。在中国,空气净化器的需求也在增加,随着空气质量 的不断恶化和家庭办公的出现空气净化器将有—个巨大的潜在市场。 24生产工厂。不同工厂对空气质量的要求差别很大。装有排烟罩和 污染控制设备的工厂需要 b ̄X-lit的空气,如果这些工厂所在地区环境 空气受到污染,那么在将补充的空气分布到工作场所之前 先i 亍过 滤。在半导体生产和制药工业中,对空气的洁净度要求较高。典型的工作 环境中,每立方英尺空气中含有500000个粒子,而半导体生产的最新 要求是每立方英尺空气中只有1个粒子。因此,工作间需要用经过 HEPA过滤器过滤的洁净空气不断地循环清洗。为保持HEPA过滤器 的洁净和寿 还需要几段效率较低的预滤器联合使用。工业用洁净室 要求连续有效地去除粒径更小的粒子。HEPA过滤器一度是效率最高的 过滤器现在UL PA过滤器则是效率最高的过滤器以后更高效率的新 —代过滤器也将得以开发应用。微细玻璃纤维过滤介质是过滤器介质的 主要选撬但膜和静电增强介质已向该领域渗透并获得部分直用。对于 工厂排放的废气要求最严格的是毒性。某些重金属如汞、砷、铬、铍等毒 性很尢其排放限制非常严格。在空气毒 j 美国和德国已经通过了 新的更严格的立法。执行新的立法后,空气毒性的限制由原来的20 m g,m 标掏降低到010004 m g/m 掏。为达到这一目标,工厂需要更 先进的过滤器以除去亚微粒子。—些德国公司使用传统的折叠式微细玻 璃纤维HEPA过滤器用于过滤系统,同脉冲空气洁净机理相互配合,并 使过滤介质的波纹更密。一家美国公司则通过设计管式微细玻璃纤维 HEPA过滤器又向前进了一步。 25医院。卫生行业是—个很庞大而特殊的行业,它对空气的洁净度 要求也很高。通常,对医院空气的最低要求用效率为30%的预滤器和效 防止病人通过HVAC系统中的悬浮微生物进行交叉感染是很好的策 及其对护理环境产生的不良影响。因此,现在许多医院仍极需先进的 HVAC系统。卫生系统的洁净室最先用于手术室。开始它只是在矫形手 术中获得广泛应用,因为矫形手术时间较长,易于引起感染。控制水:平较 理想的是使用手术台附近的空气洁净度达到100级。—般建议使用顶部 HEPA过滤系统,它能覆盖至少3 nl x3 ITI的面积从而将手术台和人 包括在内。洁净室获得应用的其它领域有分娩室、保育室、烧伤室、心脏 病人护理单元等。最新进展之一是牙外科手术洁净室的应用,它降低了 在长期手术过程中医务人员被感染的危险。 2.6食品加工。食品工业对于空气过滤设备来说正在成为—个不断 鬻 重要。 篇 意识和公众关注正促使肉加工者、奶制品生严看及 【l、转 0 J
非织造覆膜耐高温滤料的过滤性能研究
绀辩New Materal 非织造覆膜耐高温滤料的过滤性能研究 1 引言 琚晓晖,宋尚军,赵谦 (中材科技股份有限公司南京玻璃纤维研究设计院,南京211112) 随着科学技术的进步.对耐高温空气过滤材料的研 究受到了国内外研究人员的关注.目前耐高温空气过滤 材料已被广泛应用于环保业、核工业及军事领域等田 非 织造耐高温空气过滤材料作为一种新型的过滤材料.较 机织过滤材料有更优良的过滤性能.并具有高产量、低成 本、易在生产线上进行深加工处理且能与其他过滤材料 复合等优势.在各行业得到了广泛应用 从上个世纪90年代起.美国杜邦公司推出的 Teflon纤维过滤材料_21.德国科德宝公司推出了三维 非织造表面微孔类过滤材料.日本东丽公司的聚苯 硫醚(PPS)纤维,BASF公司开发的耐高温纤Basoilf 维【31.德国Kermel公司推出了可以承受220℃高温的 Kennel纤维过滤材料[4_等都对非织造过滤材料的应 用发展起到了巨大的推动作用.南京玻璃纤维研究 设计院从上个世纪50年代起就致力于玻璃纤维的 研究和生产.其中玻璃纤维针刺毡非织造滤料产品 广泛应用高温空气过滤领域.近年来又自主研发生 产了聚四氟乙烯( FE)树脂双向拉伸薄 膜.在耐高温过滤材料的研发和应用领域 积累了宝贵经验 目前市场上的滤料琳琅满目.其性能和 用途各异:相同的材料.不同加工工艺生产的 产品.也会有很大的差别 为了对各种滤料的 清灰性能能有一种量化的分析比较.美国环保 局rUnited States Environmental Protection Agency—EPA)的环境技术认证项目 (Environmental Technology Verification Program—ETV)中对袋式除尘器的滤料性能 进行检测分析和认证 本文选取南京玻璃纤 维研究设计院的两种覆PTFE薄膜的滤料和 其他几家世界知名公司的滤料做测试分析, 说明非织造覆膜滤料在耐高温空气过滤产 品中的优势 2 实 验 2.1 材料 FT一902:Sinoma品牌非织造玻璃纤维针刺毡覆 PTFE膜滤料:FT一806:Sinoma品牌机织玻纤布覆 FE膜滤料:G—Filter:G公司机织玻纤布覆PTFE膜 滤料:D—Filter:D公司非织造PPS纤维覆PTFE膜滤 料;B—Filter:B公司非机织覆 FE膜滤料;T—Filter:T 公司非机织覆 FE膜滤料 每种滤料样品的规格是 46cmx91cm.测试样品规格是直径150mm的圆形 2.2测试设备 测试设备示意图.见图1 测试设备包括一台喂粉 机.可将粉尘分散到未净化气体管道.底部安装有一 台电子计量器.用来测量和记录粉尘的喂料量 在粉 尘进入未净化气体管道前.会使用放射性的钋一210射 线来消除粉尘的电荷.光电传感器可监测粉尘的浓度 并确保在整个测试过程中的气流量稳定 一部分气流 流过样品滤料.样品气流管道上装有一个安德森冲击 采样器用于固体颗粒的分离和测量.这部分气流可被
