功能性空氣過濾材料

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　　功能性空氣過濾材料是指具有某些特殊的、不同於一般空氣過濾材料的、能滿足特定行業和領域對空氣過濾材料特殊功能需求的濾料。它是針對具有耐高溫、耐腐蝕、抗靜電、拒水、拒油、阻燃、抗菌(病毒) 、清除有害氣體等要求的特定行業而開發的空氣過濾材料，是近年來興起的空氣過濾材料研究領域的一個熱點。

　　1.耐高溫、超高溫濾料

　　在鋼鐵、電站及焚燒等工業廢氣粉塵治理時，過濾材料的耐溫是袋式除塵器耐溫的關鍵。對於袋式除塵器來說，常規的濾料是採用滌綸、錦綸和丙綸等聚脂類化學纖維，它們的使用溫度在120℃～150℃ ，只適用於一般煙氣處理。而對於煙氣溫度較高的場合，如化工、炭黑尾氣、煉鐵廠高爐煤氣、水泥廠立窯尾氣、電石廠窯爐尾氣、鑄造和煉鐵廠煙氣、焦化煙氣、焚燒煙氣等，在以下情況就不能勝任了： (1)含塵煙氣粉塵不適於電收塵器收集，只能用布袋或其他方式收集；(2)將含塵煙氣溫度降低到150℃以下所需投資較高，或受場地限制無法進行； (3)含塵煙氣中因為含有硫的成分，具有酸“露點”，只能在酸“零點”以上即溫度較高的狀態下進行過濾分離等；這樣就需要一種能耐較高溫度的纖維來製作濾料。隨著實際應用的需要和產品技術的不斷發展，相繼開發出了聚苯硫醚類化學纖維Ryton濾料和亞酰胺類化學纖維Nomex濾料，使使用溫度分別提高到190℃和200℃。隨後又研製出了聚酰亞胺纖維P84、聚四氟乙烯Teflon，耐用溫度可達260℃。無鹼玻璃纖維經化學處理製成的過濾材料，其耐溫可達280℃ ，瞬間溫度可達320℃。近年來一些金屬、陶瓷類濾料也開始投入使用，由金屬纖維棉網經高溫燒結而成的金屬燒結濾料在乾煙氣狀況下使用，最高可耐溫6OO℃，若為有腐蝕的濕煙氣，則在4OO℃工況下穩定運行。北京勞動保護科學研究所在北京建材機械廠使用微孔陶瓷濾簡直接過濾衝天爐的高溫煙氣，煙氣溫度50～4OO℃。美國、日本、德國都已開發出了耐溫達1000℃的陶瓷纖維。

　　2.耐腐蝕濾料

　　實際應用中，煙氣的性質是極為複雜的，常含有酸性或鹼性物質，這就對濾料的耐化學腐蝕性提出了要求。對於聚脂類化學纖維製成的針刺粘墊可使用塗層處理或製成覆膜濾料，以改善濾料的防水性能及耐腐蝕性能，延長濾料的使用壽命。由聚苯硫醚(PPS)纖維製成的針刺粘濾料，它具有較強的常溫、高溫耐酸和常溫耐鹼性能，是過濾燃煤鍋爐，垃圾焚燒爐、電廠粉煤灰等高溫(190℃)煙氣時的理想過濾材料。玻璃纖維濾料都是經過錶面化學處理才能投入使用的，各生產廠商都研製了不同的錶面處理配方，使其能抵抗各種侵蝕介質(如水、蒸汽、酸性溶液、鹼性溶液等)。

　　3.抗靜電濾料及阻燃濾料

　　在袋式除塵器的內部，粉塵隨空氣流動的摩擦，粉塵與濾布的衝擊摩擦都會產生靜電，一般的工業粉塵(如麵粉塵、化工性粉塵、煤粉塵等)在濃度達到一定程度後(即爆炸極限)，如遇靜電放電火花或外界點火等因素，極易導致爆炸和火災。如這些粉塵用布袋收集，則要求濾料具有防靜電功能。消除濾料上電荷的積聚，通常使用防靜電劑和導電纖維兩種方法使濾料的靜電消除：

　　(1)利用防靜電劑降低化學纖維錶面電阻有兩種方法：①在化學纖維錶面粘附外用抗靜電劑：將吸濕性離子或非離子系錶面活性劑或親水性高分子粘附在化學纖維錶面，吸引空氣中的水分子，使化學纖維錶面形成一層極微薄的水膜。水膜能溶解二氧化碳，使錶面電阻大大降低，從而使電荷不易聚集。②化學纖維抽絲前，在聚合物中加入內用抗靜電劑混煉，在製成的化學纖維內均布抗靜電劑分子，形成短路，降低化學纖維電阻，以達到防靜電作用。

　　(2)利用導電纖維：在化學纖維製品中，加入一定量的導電纖維，利用放電效應除去靜電，實際上是應用電暈放電的原理。當化學纖維製品帶有靜電後，形成帶電體，帶電體與導電纖維之間形成電場。該電場在導電纖維周圍集中，從而形成強電場，形成局部電離了的活化區域。當出現微電暈後，產生正、負兩種離子，負離子移向帶電體而正離子經導電纖維漏到接地體，從而達到防靜電的目的。除常用導電金屬絲外，滌綸、晴綸導電纖維以及炭纖維等均可得到很好的效果。近年來，隨著納米技術的不斷發展，納米材料特殊的導電、電磁性能、超強的吸收性和寬頻帶性將進一步在導電吸波織物中得到發揮。例如納米碳管就是一種優異的導電體，將其作為功能添加劑，使之穩定地分散於化纖紡絲液中，在不同的摩爾濃度下可以製成具有良好導電性能或抗靜電纖維和織物。

　　(3)利用阻燃纖維製成的濾料具有較好的阻燃特性。聚酰亞胺纖維P84是一種難燃材料，發煙率低，具有自熄性，當其燃燒時，只要火源離去，立即自行熄滅。由它製成的過濾材料有很好的阻燃性。江蘇濱海華光除塵濾布廠生產的JM濾料，其極限氧指數可達28～30％，垂直燃燒達到國際B1級水平，基本可達到離火自熄的目的，是一種具有較好的阻燃性的濾料。利用納米技術製成的納米複合阻燃材料將傳統的無機阻燃劑納米化，以納米級Sb₂O₃為載體，經錶面改性可製成高效的阻燃劑，其氧指數是普通阻燃劑的數倍。

　　4.拒水拒油濾料

　　袋式除塵器在有些工況下，如空氣濕度大，氣體中粉塵含水、含油或含塵氣體具有吸濕性和潮解性，在分離過程中，粉塵極易粘附在濾袋錶面，發生粘袋現象。粘袋後，將引起除塵設備清灰困難，阻力上升，甚至使設備無法正常運轉，只好停機換袋。這就需要濾料在功能上進一步提高，能使之拒水拒油。要讓濾料在一定程度上不被水或油潤濕，必須使它的錶面張力降低，小於水和油的錶面張力，才能達到預期目的。拒水拒油整理一般有兩種方法：① 反應法，使防水油劑與纖維大分子結構中的某些基團發生反應，形成大分子鏈，改變纖維與水和油的親和性能，變成拒水拒油型；②塗敷法：用塗層的方法來防止濾料被水或油浸濕。國外使用覆膜濾料和對濾料錶面進行防水處理解決防結露和布袋粘袋的難題，取得了明顯效果。撫順市工業用布廠也曾利用後整理技術成功地對多種濾料進行拒水處理防油處理，處理後可使其不吸水，錶面具有憎水性能，在應用中防止糊袋，不致空隙堵塞，容易清灰，且具有耐酸、鹼等化學性能。1969年美國戈爾公司首創製取e-PTFE(膨體聚四氟乙烯)薄膜的工藝方法，GORE-TEX薄膜非常光滑，與水100％不浸潤，具有良好的拒水性。近年來，我國引進國外技術，開發研製了PTFE (膨體聚四氟乙烯)覆膜濾料，PTFE膜的錶面張力可達到22dny，僅是水的二分之一，與水夾角是102度，具有很好的拒水拒油性。中國科學院化學所的研究人員提出的二元協同納米界面結構理論以及在此基礎上開發出的具有超雙疏界面性能(同時具有超疏水及超疏油性的錶面)材料具有較強的拒水、拒油性能。

　　5.抗茵(病毒)濾料

　　醫學研究表明：人類產生疾病的根本原因是由於各種有害病菌和病毒對人體的侵害所致。如何有效預防和控制各種有害病菌和病毒對人體的侵害，提高生活質量，保障身體健康，凈化生活環境等一系列需求已成為今後的發展趨勢。在空調系統中，選用抗菌(病毒)處理過的空氣過濾材料替代一般濾料，可阻斷有害病菌和病毒對人體的侵害，進一步凈化空氣環境，提高室內空氣品質。利用抗菌(例如含銀離子的無機抗菌劑，納米複合抗菌材料等)對空氣過濾織物進行抗菌(病毒)整理後的濾料具有較好的抗菌(病毒)性能。粉塵通常作為病菌和病毒的載體。過濾後的凈化空氣，隨著粉塵濃度的降低，細菌和病毒的濃度也大大減弱。細菌和病毒在正常生理條件下都帶負電，經過駐極體空氣過濾器過濾後的空氣，不僅粉塵濃度大大降低，而且細菌和病毒的濃度也明顯減弱。試驗指出：駐極體空氣過濾器能濾除的細菌濃度高達95％ (如大腸桿菌、綠膿桿菌、金葡、白葡、芽胞和黴菌等)。並能殺死90％的細菌。其滅菌的主要機理是：由駐極體的強靜電場和微電流刺激細菌，使蛋白質和核酸變異，損傷細菌的細胞質及細胞膜，破壞了細菌的錶面結構，導致細菌死亡。與此同時，駐極體形成的強電場還對其他種類細菌具有明顯的抑止繁殖的功能。駐極體空氣過濾器正好能滿足以上要求，是一種過濾效率高、空氣阻力小、容塵量大、空氣濾速高、價格便宜，且能抗菌(病毒)的空氣過濾器。可作為普通中央空調和家用中央空調的空氣凈化用。這種空氣過濾器在通風，空調和凈化工程中具有廣闊的應用前景。

　　6.清除有害氣體

　　在現代垃圾處理方法方面，焚燒法被認為是較好的方法之一，垃圾焚燒的過程中會產生大量的濃煙和有害氣體。根據所焚燒的垃圾的性質不同，如生活垃圾、醫療垃圾、空港垃圾、危險廢棄物等，其廢氣的性質也有很大區別。但總體來說主要的污染物是氯的化合物、二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物、重金屬、粉塵、二嚆哄等等，其中二噁英是對人體十分有害的高毒性物質，它在尾氣中的存在形式既有氣態又有固態的。美國戈爾公司近年生產出一種由PTFE和催化劑製成覆膜濾料，它在錶面過濾二嗯哄的同時，利用催化劑的光催化作用將二嗯哄氣體分解，從而達到消除有害氣體的功能。

　　功能性過濾材料除了廣泛地應用於工業廢氣處理外還可用於室內空氣凈化處理。二氧化鈦(TiO₂)光催化空氣過濾材料是目前最有發展前景的消除有害氣體的濾料。TiO₂是一種n型半導體材料，有較強的氧化性和還原性。在化學反應中，以TiO₂作催化劑，在太陽光尤其是紫外線的照射下，使TiO₂固體錶面產生空穴(h ⁺ )和電子(e ⁻ )。空穴(h ⁺ )使H2₀氧化，電子(e ⁻ )使空氣中的O₂還原。它能有效地將NH₃、NO_x、SO₂及VOC (揮發性有機化合物)等有害氣體降解為C0₂、H2₀和相應的無機離子，並具有在常溫常壓下就能反應，無二次污染的特點。此外，納米TiO₂還能有效地殺死大腸桿菌、綠膿菌等細菌，殺菌效果達99％以上，同時還可分解細菌死後的殘骸及毒素。