功能性空气过滤材料

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　　功能性空气过滤材料是指具有某些特殊的、不同于一般空气过滤材料的、能满足特定行业和领域对空气过滤材料特殊功能需求的滤料。它是针对具有耐高温、耐腐蚀、抗静电、拒水、拒油、阻燃、抗菌(病毒) 、清除有害气体等要求的特定行业而开发的空气过滤材料，是近年来兴起的空气过滤材料研究领域的一个热点。

　　1.耐高温、超高温滤料

　　在钢铁、电站及焚烧等工业废气粉尘治理时，过滤材料的耐温是袋式除尘器耐温的关键。对于袋式除尘器来说，常规的滤料是采用涤纶、锦纶和丙纶等聚脂类化学纤维，它们的使用温度在120℃～150℃ ，只适用于一般烟气处理。而对于烟气温度较高的场合，如化工、炭黑尾气、炼铁厂高炉煤气、水泥厂立窑尾气、电石厂窑炉尾气、铸造和炼铁厂烟气、焦化烟气、焚烧烟气等，在以下情况就不能胜任了： (1)含尘烟气粉尘不适于电收尘器收集，只能用布袋或其他方式收集；(2)将含尘烟气温度降低到150℃以下所需投资较高，或受场地限制无法进行； (3)含尘烟气中因为含有硫的成分，具有酸“露点”，只能在酸“零点”以上即温度较高的状态下进行过滤分离等；这样就需要一种能耐较高温度的纤维来制作滤料。随着实际应用的需要和产品技术的不断发展，相继开发出了聚苯硫醚类化学纤维Ryton滤料和亚酰胺类化学纤维Nomex滤料，使使用温度分别提高到190℃和200℃。随后又研制出了聚酰亚胺纤维P84、聚四氟乙烯Teflon，耐用温度可达260℃。无碱玻璃纤维经化学处理制成的过滤材料，其耐温可达280℃ ，瞬间温度可达320℃。近年来一些金属、陶瓷类滤料也开始投入使用，由金属纤维棉网经高温烧结而成的金属烧结滤料在干烟气状况下使用，最高可耐温6OO℃，若为有腐蚀的湿烟气，则在4OO℃工况下稳定运行。北京劳动保护科学研究所在北京建材机械厂使用微孔陶瓷滤简直接过滤冲天炉的高温烟气，烟气温度50～4OO℃。美国、日本、德国都已开发出了耐温达1000℃的陶瓷纤维。

　　2.耐腐蚀滤料

　　实际应用中，烟气的性质是极为复杂的，常含有酸性或碱性物质，这就对滤料的耐化学腐蚀性提出了要求。对于聚脂类化学纤维制成的针刺粘垫可使用涂层处理或制成覆膜滤料，以改善滤料的防水性能及耐腐蚀性能，延长滤料的使用寿命。由聚苯硫醚(PPS)纤维制成的针刺粘滤料，它具有较强的常温、高温耐酸和常温耐碱性能，是过滤燃煤锅炉，垃圾焚烧炉、电厂粉煤灰等高温(190℃)烟气时的理想过滤材料。玻璃纤维滤料都是经过表面化学处理才能投入使用的，各生产厂商都研制了不同的表面处理配方，使其能抵抗各种侵蚀介质(如水、蒸汽、酸性溶液、碱性溶液等)。

　　3.抗静电滤料及阻燃滤料

　　在袋式除尘器的内部，粉尘随空气流动的摩擦，粉尘与滤布的冲击摩擦都会产生静电，一般的工业粉尘(如面粉尘、化工性粉尘、煤粉尘等)在浓度达到一定程度后(即爆炸极限)，如遇静电放电火花或外界点火等因素，极易导致爆炸和火灾。如这些粉尘用布袋收集，则要求滤料具有防静电功能。消除滤料上电荷的积聚，通常使用防静电剂和导电纤维两种方法使滤料的静电消除：

　　(1)利用防静电剂降低化学纤维表面电阻有两种方法：①在化学纤维表面粘附外用抗静电剂：将吸湿性离子或非离子系表面活性剂或亲水性高分子粘附在化学纤维表面，吸引空气中的水分子，使化学纤维表面形成一层极微薄的水膜。水膜能溶解二氧化碳，使表面电阻大大降低，从而使电荷不易聚集。②化学纤维抽丝前，在聚合物中加入内用抗静电剂混炼，在制成的化学纤维内均布抗静电剂分子，形成短路，降低化学纤维电阻，以达到防静电作用。

　　(2)利用导电纤维：在化学纤维制品中，加入一定量的导电纤维，利用放电效应除去静电，实际上是应用电晕放电的原理。当化学纤维制品带有静电后，形成带电体，带电体与导电纤维之间形成电场。该电场在导电纤维周围集中，从而形成强电场，形成局部电离了的活化区域。当出现微电晕后，产生正、负两种离子，负离子移向带电体而正离子经导电纤维漏到接地体，从而达到防静电的目的。除常用导电金属丝外，涤纶、晴纶导电纤维以及炭纤维等均可得到很好的效果。近年来，随着纳米技术的不断发展，纳米材料特殊的导电、电磁性能、超强的吸收性和宽频带性将进一步在导电吸波织物中得到发挥。例如纳米碳管就是一种优异的导电体，将其作为功能添加剂，使之稳定地分散于化纤纺丝液中，在不同的摩尔浓度下可以制成具有良好导电性能或抗静电纤维和织物。

　　(3)利用阻燃纤维制成的滤料具有较好的阻燃特性。聚酰亚胺纤维P84是一种难燃材料，发烟率低，具有自熄性，当其燃烧时，只要火源离去，立即自行熄灭。由它制成的过滤材料有很好的阻燃性。江苏滨海华光除尘滤布厂生产的JM滤料，其极限氧指数可达28～30％，垂直燃烧达到国际B1级水平，基本可达到离火自熄的目的，是一种具有较好的阻燃性的滤料。利用纳米技术制成的纳米复合阻燃材料将传统的无机阻燃剂纳米化，以纳米级Sb₂O₃为载体，经表面改性可制成高效的阻燃剂，其氧指数是普通阻燃剂的数倍。

　　4.拒水拒油滤料

　　袋式除尘器在有些工况下，如空气湿度大，气体中粉尘含水、含油或含尘气体具有吸湿性和潮解性，在分离过程中，粉尘极易粘附在滤袋表面，发生粘袋现象。粘袋后，将引起除尘设备清灰困难，阻力上升，甚至使设备无法正常运转，只好停机换袋。这就需要滤料在功能上进一步提高，能使之拒水拒油。要让滤料在一定程度上不被水或油润湿，必须使它的表面张力降低，小于水和油的表面张力，才能达到预期目的。拒水拒油整理一般有两种方法：① 反应法，使防水油剂与纤维大分子结构中的某些基团发生反应，形成大分子链，改变纤维与水和油的亲和性能，变成拒水拒油型；②涂敷法：用涂层的方法来防止滤料被水或油浸湿。国外使用覆膜滤料和对滤料表面进行防水处理解决防结露和布袋粘袋的难题，取得了明显效果。抚顺市工业用布厂也曾利用后整理技术成功地对多种滤料进行拒水处理防油处理，处理后可使其不吸水，表面具有憎水性能，在应用中防止糊袋，不致空隙堵塞，容易清灰，且具有耐酸、碱等化学性能。1969年美国戈尔公司首创制取e-PTFE(膨体聚四氟乙烯)薄膜的工艺方法，GORE-TEX薄膜非常光滑，与水100％不浸润，具有良好的拒水性。近年来，我国引进国外技术，开发研制了PTFE (膨体聚四氟乙烯)覆膜滤料，PTFE膜的表面张力可达到22dny，仅是水的二分之一，与水夹角是102度，具有很好的拒水拒油性。中国科学院化学所的研究人员提出的二元协同纳米界面结构理论以及在此基础上开发出的具有超双疏界面性能(同时具有超疏水及超疏油性的表面)材料具有较强的拒水、拒油性能。

　　5.抗茵(病毒)滤料

　　医学研究表明：人类产生疾病的根本原因是由于各种有害病菌和病毒对人体的侵害所致。如何有效预防和控制各种有害病菌和病毒对人体的侵害，提高生活质量，保障身体健康，净化生活环境等一系列需求已成为今后的发展趋势。在空调系统中，选用抗菌(病毒)处理过的空气过滤材料替代一般滤料，可阻断有害病菌和病毒对人体的侵害，进一步净化空气环境，提高室内空气品质。利用抗菌(例如含银离子的无机抗菌剂，纳米复合抗菌材料等)对空气过滤织物进行抗菌(病毒)整理后的滤料具有较好的抗菌(病毒)性能。粉尘通常作为病菌和病毒的载体。过滤后的净化空气，随着粉尘浓度的降低，细菌和病毒的浓度也大大减弱。细菌和病毒在正常生理条件下都带负电，经过驻极体空气过滤器过滤后的空气，不仅粉尘浓度大大降低，而且细菌和病毒的浓度也明显减弱。试验指出：驻极体空气过滤器能滤除的细菌浓度高达95％ (如大肠杆菌、绿脓杆菌、金葡、白葡、芽胞和霉菌等)。并能杀死90％的细菌。其灭菌的主要机理是：由驻极体的强静电场和微电流刺激细菌，使蛋白质和核酸变异，损伤细菌的细胞质及细胞膜，破坏了细菌的表面结构，导致细菌死亡。与此同时，驻极体形成的强电场还对其他种类细菌具有明显的抑止繁殖的功能。驻极体空气过滤器正好能满足以上要求，是一种过滤效率高、空气阻力小、容尘量大、空气滤速高、价格便宜，且能抗菌(病毒)的空气过滤器。可作为普通中央空调和家用中央空调的空气净化用。这种空气过滤器在通风，空调和净化工程中具有广阔的应用前景。

　　6.清除有害气体

　　在现代垃圾处理方法方面，焚烧法被认为是较好的方法之一，垃圾焚烧的过程中会产生大量的浓烟和有害气体。根据所焚烧的垃圾的性质不同，如生活垃圾、医疗垃圾、空港垃圾、危险废弃物等，其废气的性质也有很大区别。但总体来说主要的污染物是氯的化合物、二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物、重金属、粉尘、二嚆哄等等，其中二噁英是对人体十分有害的高毒性物质，它在尾气中的存在形式既有气态又有固态的。美国戈尔公司近年生产出一种由PTFE和催化剂制成覆膜滤料，它在表面过滤二嗯哄的同时，利用催化剂的光催化作用将二嗯哄气体分解，从而达到消除有害气体的功能。

　　功能性过滤材料除了广泛地应用于工业废气处理外还可用于室内空气净化处理。二氧化钛(TiO₂)光催化空气过滤材料是目前最有发展前景的消除有害气体的滤料。TiO₂是一种n型半导体材料，有较强的氧化性和还原性。在化学反应中，以TiO₂作催化剂，在太阳光尤其是紫外线的照射下，使TiO₂固体表面产生空穴(h ⁺ )和电子(e ⁻ )。空穴(h ⁺ )使H2₀氧化，电子(e ⁻ )使空气中的O₂还原。它能有效地将NH₃、NO_x、SO₂及VOC (挥发性有机化合物)等有害气体降解为C0₂、H2₀和相应的无机离子，并具有在常温常压下就能反应，无二次污染的特点。此外，纳米TiO₂还能有效地杀死大肠杆菌、绿脓菌等细菌，杀菌效果达99％以上，同时还可分解细菌死后的残骸及毒素。