第五節(jié)　高端過濾與分離用紡織品應(yīng)用實例

一、袋式除塵器

中國是世界上最大的發(fā)展中國家，目前正處于工業(yè)化時期，經(jīng)濟規(guī)模龐大。鋼產(chǎn)量1.233億t，居世界第一位；水泥產(chǎn)量5.2億t，居世界第一位；煤炭產(chǎn)量和消費量也居世界第一位；發(fā)電量/化肥產(chǎn)量居世界第二位。由于我國這些重化工/原材料/能源工業(yè)的生產(chǎn)工藝及設(shè)備相對落后，能源耗費大，污染嚴(yán)重；同時，中國正在加快城市化進(jìn)程，這些都加重了對大氣環(huán)境的污染：1998年全國煙塵排放量1452萬噸，粉塵排放量1322萬噸，二氧化硫排放量2090萬噸。世界十大空氣污染城市，中國就占了九個。而袋式除塵器（圖4-20）正是煙塵/粉塵污染的克星，是治理大氣污染的高效除塵設(shè)備。袋式除塵器的最大優(yōu)點就是除塵效率高，在實驗室試驗高達(dá)99.99%，在實際應(yīng)用中也達(dá)到99.99%，粉塵排放濃度可達(dá)到10mg/Nm3以下，甚至達(dá)到1mg/Nm3。這就是袋式除塵的機理所決定的，這個機理就是過濾機理，使粉塵附著在濾袋上作一次塵，用粉塵來過濾粉塵。因此，袋式除塵器的除塵效率最高。而這一優(yōu)點是與濾袋分不開的，濾袋是袋式除塵器的消化器官，是袋式除塵器極其重要的部件。濾袋性能和質(zhì)量的好壞，直接關(guān)系袋式除塵器性能的好壞和使用壽命的長短，而過濾材料是制作濾袋的主要材料，它的性能和質(zhì)量是促進(jìn)袋式除塵技術(shù)進(jìn)步，影響其應(yīng)用范圍的重要條件。

（一）工作原理

含塵氣體由下部敞開式法蘭進(jìn)入過濾室，較粗顆粒直接落入灰倉，含塵氣體經(jīng)濾袋過濾，粉塵阻留于袋表，凈氣經(jīng)袋口到凈氣室，由風(fēng)機排入大氣。當(dāng)濾袋表面的粉塵不斷增加，程控儀開始工作，逐個開啟脈沖閥，使壓縮空氣通過噴口對濾袋進(jìn)行噴吹清灰，使濾袋突然膨脹，在反向氣流的作用下，附著袋表的粉塵迅速脫離濾袋落入灰倉，粉塵由卸灰閥排出。

除塵器主要由上箱體、中箱體、灰斗、進(jìn)風(fēng)均流管、支架濾袋及噴吹裝置、卸灰裝置等組成（圖4-20）。含塵氣體從除塵器的進(jìn)風(fēng)均流管進(jìn)入各分室灰斗，并在灰斗導(dǎo)流裝置的導(dǎo)流下，大顆粒的粉塵被分離，直接落入灰斗，而較細(xì)粉塵均勻地進(jìn)入中部箱體而吸附在濾袋的外表面上，干凈氣體透過濾袋進(jìn)入上箱體，并經(jīng)各離線閥和排風(fēng)管排入大氣。隨著過濾工況的進(jìn)行，濾袋上的粉塵越積越多，當(dāng)設(shè)備阻力達(dá)到限定的阻力值（一般設(shè)定為1500Pa）時，由清灰控制裝置按壓差設(shè)定值或清灰時間設(shè)定值自動關(guān)閉一室離線閥后，按設(shè)定程序打開電控脈沖閥，進(jìn)行停風(fēng)噴吹，利用壓縮空氣瞬間噴吹使濾袋內(nèi)壓力驟增，將濾袋上的粉塵進(jìn)行抖落（即使粘細(xì)粉塵亦能較徹底地進(jìn)行清灰）至灰斗中，由排灰機構(gòu)排出。

（二）市場現(xiàn)狀

我國對布袋除塵器需求巨大，除塵濾料，尤其是耐高溫纖維濾料有廣闊的市場發(fā)展前景。我國從“十二五”規(guī)劃就對環(huán)境保護(hù)提出了更高的需求，水、氣、聲、渣都將更多地應(yīng)用過濾材料，過濾材料行業(yè)市場前景看好。其中在煙塵治理領(lǐng)域，袋式除塵由于除塵效率高，不會造成二次污染，便于回收干料等性能，在國內(nèi)外的應(yīng)用越來越廣，占到所用除塵設(shè)備的80%，鋼鐵工業(yè)是大氣污染的主要來源之一。

二、防霧霾紗窗

2015年，在全球最大的窗簾展“R+t”上，德國Trittec AG公司首次發(fā)布了“5 plus dust evo”（第五代微塵過濾窗紗）。被德國媒體譽為“一塊神奇的窗紗”“歐洲花粉與微塵過敏人群的救星”，更有媒體指出“這款革命性的產(chǎn)品將賦予生活在嚴(yán)重霧霾里的中國人自由呼吸的權(quán)利”。“5 plus dust evo”與普通窗紗相比，網(wǎng)格密度基本相似，采光性、透氣性遠(yuǎn)優(yōu)于普通窗紗，然而經(jīng)德國實驗室試驗及柏林Chritie醫(yī)院的“歐洲防過敏測試”，其微塵的有效過濾高達(dá)80%以上，花粉有效過濾高達(dá)98%以上。換而言之，當(dāng)室外的空氣標(biāo)準(zhǔn)PM2.5＞300，人們被警告“盡量不要留在戶外”的情況下，安裝了“5 plus dust evo”窗紗，在通風(fēng)狀態(tài)下室內(nèi)空氣指標(biāo)仍處于“優(yōu)、良”的狀態(tài)，可以自由活動和呼吸，享受陽光和空氣。這完全打破了人們使用空氣凈化器時，門窗緊閉，邊凈化邊二次污染的認(rèn)知（圖4-21）。

1.薄膜布滿超細(xì)孔擋住PM2.5　所謂的“防霧霾紗窗”看上去與家用普通窗紗并無明顯不同，但是與普通紗窗不同的是，這薄薄的一層膜上布滿了肉眼看不到的小孔。“每平方厘米大概密布著上百萬個分子級的小孔”，分子級的小孔只允許分子通過，因此，PM2.5等細(xì)小顆粒物會被薄膜擋住，同時又不影響CO2等分子成分的通過。

該薄膜對于PM2.5的阻隔效率可以達(dá)到98%以上。此外，由于這個膜非常薄，因此具有較好的透氣性能，從而可以高效地進(jìn)行室內(nèi)外氣體交換，甲醛、苯系物等有害氣體在室內(nèi)濃度較高的情況，也可以透過小孔穿透到室外，營造室內(nèi)清新的空氣環(huán)境。

2.防霧霾窗紗使用壽命　使用壽命為4～10年以上，防霧霾窗紗將“霧霾大作戰(zhàn)”的戰(zhàn)場進(jìn)行了更為提前的部署，若用空氣凈化器，則是霧霾先進(jìn)入房間，再進(jìn)行室內(nèi)凈化；而這種窗紗是直接將霧霾擋在了室外。如果防霧霾的窗紗與空氣凈化器配合使用，肯定能進(jìn)一步提高空氣凈化的水平。

與空氣凈化器相比，窗紗的使用壽命前景也更為可觀。空氣凈化器利用的是濾網(wǎng)的吸附作用，因此損耗較快；而對于防霧霾窗紗來說，顆粒物并不是完全吸附在薄膜上，而是會有部分的顆粒物在被阻擋之后“彈跳”下來。整個過程利用的是物理阻隔原理，并不涉及化學(xué)反應(yīng)失效的問題。

三、高效過濾技術(shù)產(chǎn)品

芬蘭奧斯龍公司用于水過濾的Ahlstrom Disruptor?技術(shù)是一項高效過濾技術(shù)，結(jié)合了電吸附和離子交換技術(shù)來清除雜質(zhì)，同時還采用天然礦物質(zhì)纖維，為次污染物顆粒的清除提供更高過濾效率；為了確保安全的飲用水，奧斯龍公司還與DOW（陶氏）旗下的水處理及過程解決方案（DW&PS）合作，在Ahlstrom Disruptor?技術(shù)的基礎(chǔ)上融入陶氏全新的飲用水凈化產(chǎn)品組合，從而實現(xiàn)了清除水流中99.9999%的細(xì)菌、99.99%的病毒及99.9%的胞囊及致病微生物的過濾效果。美國一家新成立的公司Innovation Labs也開發(fā)了一種可用于住宅獨立空氣凈化器和暖通空調(diào)系統(tǒng)的高效空氣過濾技術(shù)，該技術(shù)在過濾過程中使用氧化錳和氧化鈦來限制和清除環(huán)境中的揮發(fā)性有機化合物，高效的過濾效果已使其為美國國家航空航天局所采用。過濾行業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)Hollingsworth&Vose（H&V）推出的Aqua Sure AG抗菌游泳池和浴池過濾材料可極大地抑制游泳池和浴池中細(xì)菌、霉菌、真菌和其他污染物的生長，目前該公司還在進(jìn)一步開拓飲用水和人體呼吸防護(hù)市場。

納米纖維在高效過濾方面具有天然優(yōu)勢，正在逐步替代傳統(tǒng)非織造布用作過濾介質(zhì)。Donaldson（唐納森）公司用尼龍加工的Spider Web和Ultra Web納米過濾介質(zhì)（圖4-22）已經(jīng)成為行業(yè)標(biāo)桿，同時，該公司還利用新技術(shù)對產(chǎn)品進(jìn)行優(yōu)化，使過濾器在不增加壓力降的前提下提高過濾效率，過濾等級達(dá)到了MERV 13。Hollingsworth&Vose公司推出的納米波過濾膜可通過通電的方式，使膜表面更多的亞微米顆粒保持更持久，實現(xiàn)更高的過濾效率。

美國Fiberweb公司推出的熔噴基復(fù)合材料暖通袋已經(jīng)進(jìn)入空調(diào)市場，并且取得了相當(dāng)好的銷售成果，據(jù)該公司預(yù)測，隨著世界經(jīng)濟的回暖，其熔噴基復(fù)合材料暖通袋在工業(yè)暖通空調(diào)中的應(yīng)用將一直保持強勁的增長；美國H&V公司開發(fā)的適用于空氣過濾的Nano-wave系列濾材，采用微細(xì)旦熔噴纖維材料，具有穩(wěn)定的效率、低壓力降和良好的粉塵捕集能力；美國Graver公司開發(fā)的COAX系列濾芯，擁有可以阻斷粗大粒子的PP熔噴纖維網(wǎng)和可阻擋細(xì)微粒子的PP/PE雙組分纖維網(wǎng)兩級結(jié)構(gòu)；Delstar技術(shù)公司的Delpore過濾材料使用了微細(xì)旦熔噴纖維網(wǎng)材，單絲直徑為0.5～1.0μm，主要用在醫(yī)藥、食品與飲料以及多種工業(yè)用途；波蘭國家勞動保護(hù)中心與Lodz技術(shù)大學(xué)合作，制得了具有生物活性的熔噴纖維過濾材料，用于呼吸器防護(hù)系統(tǒng)。

熔噴非織造布作為過濾介質(zhì)在面部防護(hù)制品上已廣泛使用，如美國H&V公司呼吸器選用的濾材中，N95、N99、N10面罩均使用不同克重的熔噴非織造布過濾材料，該公司一次性呼吸器制品中熔噴材料的利用十分普遍，如FFP1型、FFP2系列、FFP3系列、FFP1-3系列產(chǎn)品上均使用熔噴材料或熔噴和紡粘復(fù)合過濾介質(zhì)，Vogmask面罩選用聚丙烯（PP）微細(xì)旦熔噴非織造布作過濾介質(zhì)的選材。

上海NYK合資工廠生產(chǎn)的FSC-F-99E呼吸器，過濾介質(zhì)選用4種非織造布材料復(fù)合而成：第1層使用非織造布，第2層為抗菌非織造布，第3層選用熔噴非織造布為過濾層，第4層為支撐層，該層在設(shè)計上具有可重復(fù)再利用功能。

Nanovia公司開發(fā)的新一代網(wǎng)材，即“Nanolies”的單絲直徑可達(dá)400nm，所采用的分裂紡工藝是生產(chǎn)亞微米—納米纖維的重要方法之一。近年來，Nanovia公司開發(fā)了專門用于面部防護(hù)的過濾材料，其中抗菌系列面部防護(hù)過濾介質(zhì)采用三組分復(fù)合結(jié)構(gòu)配置，即紡粘層/抗菌分裂紡纖維網(wǎng)/紡粘層，屏蔽效率達(dá)99.90%，介質(zhì)的接觸角≥120°。

Elmark公司提供的抗菌納米纖維過濾介質(zhì)，其生產(chǎn)線配置主要為3個工序，即聚合物納米纖維網(wǎng)成形單元、抗霉菌纖維單元和過濾介質(zhì)性能最佳化處理裝置。抗菌納米纖維介質(zhì)通常由3層纖維構(gòu)成，即：外部支撐層，多使用SMS或紡粘材料；中間為添加活性物的納米纖維層，該層具有生物功能；內(nèi)層則采用納米纖維網(wǎng)以屏蔽細(xì)微顆粒物。

Elmarco公司過濾材料生產(chǎn)線可生產(chǎn)普通納米纖維，亦可生產(chǎn)抗霉菌納米纖維過濾材料。NS-1600生產(chǎn)設(shè)備為兩單元配置，幅寬1600mm，生產(chǎn)線運轉(zhuǎn)速度為3.2～4.2m/min，纖維網(wǎng)規(guī)格從0.3～0.4g/m2，網(wǎng)的單絲直徑平均為200nm，設(shè)備產(chǎn)能在6440～8450m2/d之間（每天運轉(zhuǎn)時間20h）。

韓國Bluefine公司提供的納米纖維濾料的面罩或呼吸器，據(jù)稱可有效屏蔽SARS病毒對人體的侵害。該過濾材料由5層纖維網(wǎng)復(fù)合而成，第1層使用PP紡粘非織造布，第2層為PET梳理型非織造布，第3層選擇了納米纖維網(wǎng)，第4層為活性炭纖維，第5層則使用PP紡粘非織造布。

英國Redspeare公司是世界上最早大規(guī)模生產(chǎn)和使用納米纖維的廠家之一，在呼吸器或外科手術(shù)面罩過濾材料的應(yīng)用研究中積累了豐富的經(jīng)驗，其面部防護(hù)裝置的性能評定結(jié)果顯示，對過敏原、細(xì)菌、真菌、病毒（如SARS、炭疽、H5N1、H1N1、H7N9流感病毒等）具有100%的捕集能力。該公司投放市場的呼吸器和外科手術(shù)面罩，采用多孔隙結(jié)構(gòu)的過濾介質(zhì)，由3層纖維材料構(gòu)成，中間芯層為單絲平均直徑為100nm的纖維過濾介質(zhì)，孔隙尺寸為0.025μm，過濾效率可達(dá)到99.997%。24h佩戴，壓力降32Pa/cm2，使用安全并具有市場可接受的價格。