一種新型ePTFE覆膜濾料的實驗研究

余新明，田礦，石零，米鐵

（1.工業(yè)煙塵污染控制湖北省重點實驗室（江漢大學），湖北武漢430056；2.江漢大學化學與環(huán)境工程學院，湖北武漢430056；3.北京佳膜環(huán)?？萍加邢薰?，北京100083）

一種新型ePTFE覆膜濾料的實驗研究

余新明1，2，田礦3，石零1，2，米鐵1，2

（1.工業(yè)煙塵污染控制湖北省重點實驗室（江漢大學），湖北武漢430056；2.江漢大學化學與環(huán)境工程學院，湖北武漢430056；3.北京佳膜環(huán)保科技有限公司，北京100083）

介紹了一種新開發(fā)的ePTFE覆膜濾料過濾阻力與分級除塵效率的實驗測定結(jié)果。在過濾風速為0.5～2.5 m∕s時，該覆膜濾料潔凈濾料的阻力為27～171 Pa；在過濾風速為1.2 m∕min，其對PM2.5顆粒的凈化效率達98%以上。

覆膜濾料；過濾除塵；ePTFE；過濾阻力；PM2.5

0 引言

近幾年，由于我國工業(yè)化進程加快，汽車擁有量不斷攀升，城市建設(shè)等快速發(fā)展，大氣污染物排放量驟增，大氣環(huán)境質(zhì)量明顯惡化，霧霾天氣頻現(xiàn)?？刂旗F霾對環(huán)境治理技術(shù)提出了新的更高要求。袋式除塵器、靜電除塵器等高效除塵器的應(yīng)用越來越廣泛。但是由于針刺氈、機織布之類的濾料，其過濾通道為幾十μm，對于PM2.5微細顆粒的過濾效率很低。如果在其上覆蓋一層膨體聚四氟乙烯（ePTFE）微孔薄膜，這種膜的孔徑為為微米級或者更小，則對PM2.5微細顆粒過濾效果就會大大提高［1］。由于ePTFE薄膜的不粘性，附著在其上的粉塵極易脫落即清灰效果好，可以降低濾膜的過濾阻力?？梢灶A(yù)言，覆膜濾料的應(yīng)用前景將更加廣闊。

隨著我國排放濃度標準提高，普通濾料一般難以滿足國家對污染顆粒物排放標準的要求，除塵效率更高而工作更穩(wěn)定的覆膜濾料袋式除塵器更受主管部門的推薦和用戶的歡迎。覆膜濾料已成為工業(yè)應(yīng)用最為廣泛的濾料之一，用于工業(yè)煙塵過濾的覆膜濾料的增加更為明顯［2］。目前，市面性能優(yōu)良的覆膜濾料以進口為主，其價格相對較貴，制約其進一步擴大應(yīng)用范圍。因此，迫切需要開發(fā)能適應(yīng)新的要求的覆膜濾料。

1 覆膜濾料的過濾機制

濾料是袋式除塵器的關(guān)鍵部件之一，也是袋式除塵技術(shù)研究的重點。濾料決定著袋式除塵器的過濾效果、過濾阻力、清灰難易和適用條件等。因此，對濾料的研究與開發(fā)一直是科研人員和環(huán)保設(shè)備廠家所關(guān)注的熱點問題。

濾料對顆粒物過濾機制分為內(nèi)部過濾（或稱深層過濾、體過濾）機制和表面過濾（或稱篩分過濾）機制［3］（如圖1所示）。普通濾料由于其空隙孔徑較大，往往顆粒需要深入濾料內(nèi)部才能被纖維攔截或深入沉積在濾料表面的粉塵層內(nèi)被攔截，這種過濾形式稱為內(nèi)部過濾。覆膜濾料由于其膜孔孔徑通常較普通濾料孔徑?。ㄒ话銥?.1～8 μm），覆膜就像篩子一樣將顆粒物直接阻攔在覆膜表面上，顆粒物并不滲入到濾料內(nèi)部，這類過濾稱為表面過濾。表面過濾是覆膜濾料與普通濾料在除塵機理上的本質(zhì)區(qū)別。這種微孔濾料可以捕集絕大多數(shù)的粉塵顆粒，使粉塵無法通過該膜的表面進入到膜或者基材中去。在覆膜濾料的過濾過程中，基本只起到了支撐的作用，無需依靠在濾料表面再形成的粉塵初層進行過濾，ePTFE膜層本身就能夠起到普通濾料中粉塵初層的過濾作用，粉塵的過濾過程主要是靠這一層薄膜的篩選作用來實現(xiàn)，使之成為真正的表面過濾。可以說覆膜技術(shù)從根本上改變了袋式除塵器的過濾方式。

圖1 表面過濾和體過濾示意圖Fig.1 Schematic diagram of surface filtration and inner filtration

2 ePTFE覆膜濾料實驗

氟美斯（FMS）針刺氈濾料是針對我國國情研制的新產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于冶煉、化工、建材、電力、炭黑等部門，在其表面覆膜可以很好地提高其除塵效率。在實驗室對新開發(fā)的ePTFE覆膜結(jié)構(gòu)，以FMS針刺氈為基布的新型ePTFE覆膜濾料的潔凈濾料阻力濾速曲線以及定風速條件下的分級除塵效率曲線進行了測定。

2.1 ePTFE膜結(jié)構(gòu)

為了了解新開發(fā)的ePTFE膜的結(jié)構(gòu)及孔徑分布情況，借助掃描電鏡對ePTFE膜的膜孔分布進行了掃描觀測，其掃描電鏡圖片如圖2所示。由圖2可見，該ePTFE膜得孔徑分布較均勻，并以孔徑小于1μm為主。這表明該膜對微細粉塵（如PM2.5顆粒），會有很高過濾效率。

圖2 ePTFE膜掃描電鏡圖片F(xiàn)ig.2 Scanning electron microscope images of ePTFE membrane filter

2.2 覆膜濾料潔凈濾料的阻力實驗

在實驗裝置上對潔凈濾料進行阻力測試。改變通過潔凈濾料的過濾風速，測得不同風速下對應(yīng)的覆膜濾料潔凈過濾阻力如表1，阻力曲線如圖3。

表1 覆膜濾料潔凈過濾阻力Tab.1Pressure drop of clean membrane filter

圖3 覆膜濾料潔凈過濾阻力曲線Fig.3 Pressure drop curve of membrane filter at cleaning and various filtration velocity

2.3 覆膜濾料分級過濾效率實驗

參照GB6719-2009袋式除塵器技術(shù)要求，在濾料性能檢測實驗裝置上對該覆膜濾料對0.5、1、2、5、10 μm 5種粒徑粉塵的分級除塵效率進行測定。測定結(jié)果如表2和圖4所示。實驗表明該新型覆膜濾料對粒徑為2 μm顆粒的除塵效率達98%以上。這說明該新型ePTFE覆膜濾料對PM2.5微細顆粒具有良好的過濾效果。

表2 覆膜濾料潔凈過濾效率Tab.2Curve of collection efficiency of the membrane filter under cleaning

圖4 覆膜潔凈濾料過濾效率曲線Fig.4 Curve of collection efficiency of the membrane filter media under cleaning

2.4 覆膜濾料的清灰特性

由于ePTFE的優(yōu)良不粘性，在FMS基布表面上覆一層微孔膜以后，濾料表面光滑，實驗證明其上的粉塵層極易脫落，清灰效果好。

3 結(jié)語

根據(jù)實驗測試結(jié)果，對該新型覆膜濾料實驗結(jié)論如下：

1）該覆膜濾料的潔凈濾料阻力與普通濾料相比，阻力增加不大。這說明所采用的覆膜工藝可行，覆膜效果較好，覆膜對基布空隙密率影響不大，沒有對基布的透氣率產(chǎn)生大的影響。

2）該覆膜濾料對微細顆粒具有較高的凈化效率，對2μm顆粒的凈化效率達到98%以上，對1μm顆粒的凈化效率也在95%以上。這意味著該覆膜濾料用于控制PM2.5排放是有效的。

3）由于ePTFE膜的孔徑以小于1μm為主，且膜材料具有不粘性的特點，該ePTFE覆膜濾料表現(xiàn)為以表面過濾為主要特征，過濾在膜上的粉塵容易脫落。

4）實驗表明該覆膜濾料的清灰性能極好，對粘性較大粉塵采用該覆膜濾料更顯優(yōu)越性。

（References）

［1］向曉東.除塵理論與技術(shù)［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2013：58-63.

［2］黃斌香，舒家華，陳璀君，等.覆膜濾料袋除塵器對工業(yè)粉塵中PM2.5的排放控制［J］.中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2013（4）：23-26.

［3］NOEL de N.Air Pollution Control Engineerin［M］.New York：McGraw-Hill，2000：282-292

［4］劉小峰，劉旸.覆膜濾料在噴霧干燥袋式除塵器上的應(yīng)用［J］.醫(yī)藥化工，2008（8）：23-26

［5］張衛(wèi)東，蘇海佳，高堅.袋式除塵器及其濾料發(fā)展［J］.化工進展，2003（4）：380-384

（責任編輯：葉冰）

Experimental Study of a New ePTFE Membrane Filter Media

YU Xinming1，2，TIAN Kuang3，SHI Ling1，2，MI Tie1，2
（1.Hubei Key Laboratory of Industrial Fume&Dust Pollution Control，Jianghan University，Wuhan 430056，Hubei，China；2.School of Chemistry and Environmental Engineering，Jianghan University，Wuhan 430056，Hubei，China 3.Beijing Jiamo Environmental Protection and Technology Company，Beijing 100083,China）

Introduces the test results of filtering pressure drop and fractional filtering efficiency on a new kind of ePTFE membrane filter.Under the test wind speed is between 0.5～2.5 m∕s，the pres?sure drop of this clean membrane filter is about 27～171 Pa；Under the test wind speed is at 1.2 m∕min，its collection efficiency is more than 98%for PM2.5.

membrane filter；dust removal by filtration；ePTFE；filtration pressure drop；PM2.5

TQ325.4；TQ028

A

1673-0143（2014）04-0005-04

2014-03-30

武漢市科技計劃項目（20125049914-5）

余新明（1955—），男，教授，中國環(huán)境科學學會大氣分會理事，研究方向：大氣污染控制技術(shù)研究與開發(fā)。