第五节　高端过滤与分离用纺织品应用实例

一、袋式除尘器

中国是世界上最大的发展中国家，目前正处于工业化时期，经济规模庞大。钢产量1.233亿t，居世界第一位；水泥产量5.2亿t，居世界第一位；煤炭产量和消费量也居世界第一位；发电量/化肥产量居世界第二位。由于我国这些重化工/原材料/能源工业的生产工艺及设备相对落后，能源耗费大，污染严重；同时，中国正在加快城市化进程，这些都加重了对大气环境的污染：1998年全国烟尘排放量1452万吨，粉尘排放量1322万吨，二氧化硫排放量2090万吨。世界十大空气污染城市，中国就占了九个。而袋式除尘器（图4-20）正是烟尘/粉尘污染的克星，是治理大气污染的高效除尘设备。袋式除尘器的最大优点就是除尘效率高，在实验室试验高达99.99%，在实际应用中也达到99.99%，粉尘排放浓度可达到10mg/Nm3以下，甚至达到1mg/Nm3。这就是袋式除尘的机理所决定的，这个机理就是过滤机理，使粉尘附着在滤袋上作一次尘，用粉尘来过滤粉尘。因此，袋式除尘器的除尘效率最高。而这一优点是与滤袋分不开的，滤袋是袋式除尘器的消化器官，是袋式除尘器极其重要的部件。滤袋性能和质量的好坏，直接关系袋式除尘器性能的好坏和使用寿命的长短，而过滤材料是制作滤袋的主要材料，它的性能和质量是促进袋式除尘技术进步，影响其应用范围的重要条件。

（一）工作原理

含尘气体由下部敞开式法兰进入过滤室，较粗颗粒直接落入灰仓，含尘气体经滤袋过滤，粉尘阻留于袋表，净气经袋口到净气室，由风机排入大气。当滤袋表面的粉尘不断增加，程控仪开始工作，逐个开启脉冲阀，使压缩空气通过喷口对滤袋进行喷吹清灰，使滤袋突然膨胀，在反向气流的作用下，附着袋表的粉尘迅速脱离滤袋落入灰仓，粉尘由卸灰阀排出。

除尘器主要由上箱体、中箱体、灰斗、进风均流管、支架滤袋及喷吹装置、卸灰装置等组成（图4-20）。含尘气体从除尘器的进风均流管进入各分室灰斗，并在灰斗导流装置的导流下，大颗粒的粉尘被分离，直接落入灰斗，而较细粉尘均匀地进入中部箱体而吸附在滤袋的外表面上，干净气体透过滤袋进入上箱体，并经各离线阀和排风管排入大气。随着过滤工况的进行，滤袋上的粉尘越积越多，当设备阻力达到限定的阻力值（一般设定为1500Pa）时，由清灰控制装置按压差设定值或清灰时间设定值自动关闭一室离线阀后，按设定程序打开电控脉冲阀，进行停风喷吹，利用压缩空气瞬间喷吹使滤袋内压力骤增，将滤袋上的粉尘进行抖落（即使粘细粉尘亦能较彻底地进行清灰）至灰斗中，由排灰机构排出。

（二）市场现状

我国对布袋除尘器需求巨大，除尘滤料，尤其是耐高温纤维滤料有广阔的市场发展前景。我国从“十二五”规划就对环境保护提出了更高的需求，水、气、声、渣都将更多地应用过滤材料，过滤材料行业市场前景看好。其中在烟尘治理领域，袋式除尘由于除尘效率高，不会造成二次污染，便于回收干料等性能，在国内外的应用越来越广，占到所用除尘设备的80%，钢铁工业是大气污染的主要来源之一。

二、防雾霾纱窗

2015年，在全球最大的窗帘展“R+t”上，德国Trittec AG公司首次发布了“5 plus dust evo”（第五代微尘过滤窗纱）。被德国媒体誉为“一块神奇的窗纱”“欧洲花粉与微尘过敏人群的救星”，更有媒体指出“这款革命性的产品将赋予生活在严重雾霾里的中国人自由呼吸的权利”。“5 plus dust evo”与普通窗纱相比，网格密度基本相似，采光性、透气性远优于普通窗纱，然而经德国实验室试验及柏林Chritie医院的“欧洲防过敏测试”，其微尘的有效过滤高达80%以上，花粉有效过滤高达98%以上。换而言之，当室外的空气标准PM2.5＞300，人们被警告“尽量不要留在户外”的情况下，安装了“5 plus dust evo”窗纱，在通风状态下室内空气指标仍处于“优、良”的状态，可以自由活动和呼吸，享受阳光和空气。这完全打破了人们使用空气净化器时，门窗紧闭，边净化边二次污染的认知（图4-21）。

1.薄膜布满超细孔挡住PM2.5　所谓的“防雾霾纱窗”看上去与家用普通窗纱并无明显不同，但是与普通纱窗不同的是，这薄薄的一层膜上布满了肉眼看不到的小孔。“每平方厘米大概密布着上百万个分子级的小孔”，分子级的小孔只允许分子通过，因此，PM2.5等细小颗粒物会被薄膜挡住，同时又不影响CO2等分子成分的通过。

该薄膜对于PM2.5的阻隔效率可以达到98%以上。此外，由于这个膜非常薄，因此具有较好的透气性能，从而可以高效地进行室内外气体交换，甲醛、苯系物等有害气体在室内浓度较高的情况，也可以透过小孔穿透到室外，营造室内清新的空气环境。

2.防雾霾窗纱使用寿命　使用寿命为4～10年以上，防雾霾窗纱将“雾霾大作战”的战场进行了更为提前的部署，若用空气净化器，则是雾霾先进入房间，再进行室内净化；而这种窗纱是直接将雾霾挡在了室外。如果防雾霾的窗纱与空气净化器配合使用，肯定能进一步提高空气净化的水平。

与空气净化器相比，窗纱的使用寿命前景也更为可观。空气净化器利用的是滤网的吸附作用，因此损耗较快；而对于防雾霾窗纱来说，颗粒物并不是完全吸附在薄膜上，而是会有部分的颗粒物在被阻挡之后“弹跳”下来。整个过程利用的是物理阻隔原理，并不涉及化学反应失效的问题。

三、高效过滤技术产品

芬兰奥斯龙公司用于水过滤的Ahlstrom Disruptor®技术是一项高效过滤技术，结合了电吸附和离子交换技术来清除杂质，同时还采用天然矿物质纤维，为次污染物颗粒的清除提供更高过滤效率；为了确保安全的饮用水，奥斯龙公司还与DOW（陶氏）旗下的水处理及过程解决方案（DW&PS）合作，在Ahlstrom Disruptor®技术的基础上融入陶氏全新的饮用水净化产品组合，从而实现了清除水流中99.9999%的细菌、99.99%的病毒及99.9%的胞囊及致病微生物的过滤效果。美国一家新成立的公司Innovation Labs也开发了一种可用于住宅独立空气净化器和暖通空调系统的高效空气过滤技术，该技术在过滤过程中使用氧化锰和氧化钛来限制和清除环境中的挥发性有机化合物，高效的过滤效果已使其为美国国家航空航天局所采用。过滤行业的领军企业Hollingsworth&Vose（H&V）推出的Aqua Sure AG抗菌游泳池和浴池过滤材料可极大地抑制游泳池和浴池中细菌、霉菌、真菌和其他污染物的生长，目前该公司还在进一步开拓饮用水和人体呼吸防护市场。

纳米纤维在高效过滤方面具有天然优势，正在逐步替代传统非织造布用作过滤介质。Donaldson（唐纳森）公司用尼龙加工的Spider Web和Ultra Web纳米过滤介质（图4-22）已经成为行业标杆，同时，该公司还利用新技术对产品进行优化，使过滤器在不增加压力降的前提下提高过滤效率，过滤等级达到了MERV 13。Hollingsworth&Vose公司推出的纳米波过滤膜可通过通电的方式，使膜表面更多的亚微米颗粒保持更持久，实现更高的过滤效率。

美国Fiberweb公司推出的熔喷基复合材料暖通袋已经进入空调市场，并且取得了相当好的销售成果，据该公司预测，随着世界经济的回暖，其熔喷基复合材料暖通袋在工业暖通空调中的应用将一直保持强劲的增长；美国H&V公司开发的适用于空气过滤的Nano-wave系列滤材，采用微细旦熔喷纤维材料，具有稳定的效率、低压力降和良好的粉尘捕集能力；美国Graver公司开发的COAX系列滤芯，拥有可以阻断粗大粒子的PP熔喷纤维网和可阻挡细微粒子的PP/PE双组分纤维网两级结构；Delstar技术公司的Delpore过滤材料使用了微细旦熔喷纤维网材，单丝直径为0.5～1.0μm，主要用在医药、食品与饮料以及多种工业用途；波兰国家劳动保护中心与Lodz技术大学合作，制得了具有生物活性的熔喷纤维过滤材料，用于呼吸器防护系统。

熔喷非织造布作为过滤介质在面部防护制品上已广泛使用，如美国H&V公司呼吸器选用的滤材中，N95、N99、N10面罩均使用不同克重的熔喷非织造布过滤材料，该公司一次性呼吸器制品中熔喷材料的利用十分普遍，如FFP1型、FFP2系列、FFP3系列、FFP1-3系列产品上均使用熔喷材料或熔喷和纺粘复合过滤介质，Vogmask面罩选用聚丙烯（PP）微细旦熔喷非织造布作过滤介质的选材。

上海NYK合资工厂生产的FSC-F-99E呼吸器，过滤介质选用4种非织造布材料复合而成：第1层使用非织造布，第2层为抗菌非织造布，第3层选用熔喷非织造布为过滤层，第4层为支撑层，该层在设计上具有可重复再利用功能。

Nanovia公司开发的新一代网材，即“Nanolies”的单丝直径可达400nm，所采用的分裂纺工艺是生产亚微米—纳米纤维的重要方法之一。近年来，Nanovia公司开发了专门用于面部防护的过滤材料，其中抗菌系列面部防护过滤介质采用三组分复合结构配置，即纺粘层/抗菌分裂纺纤维网/纺粘层，屏蔽效率达99.90%，介质的接触角≥120°。

Elmark公司提供的抗菌纳米纤维过滤介质，其生产线配置主要为3个工序，即聚合物纳米纤维网成形单元、抗霉菌纤维单元和过滤介质性能最佳化处理装置。抗菌纳米纤维介质通常由3层纤维构成，即：外部支撑层，多使用SMS或纺粘材料；中间为添加活性物的纳米纤维层，该层具有生物功能；内层则采用纳米纤维网以屏蔽细微颗粒物。

Elmarco公司过滤材料生产线可生产普通纳米纤维，亦可生产抗霉菌纳米纤维过滤材料。NS-1600生产设备为两单元配置，幅宽1600mm，生产线运转速度为3.2～4.2m/min，纤维网规格从0.3～0.4g/m2，网的单丝直径平均为200nm，设备产能在6440～8450m2/d之间（每天运转时间20h）。

韩国Bluefine公司提供的纳米纤维滤料的面罩或呼吸器，据称可有效屏蔽SARS病毒对人体的侵害。该过滤材料由5层纤维网复合而成，第1层使用PP纺粘非织造布，第2层为PET梳理型非织造布，第3层选择了纳米纤维网，第4层为活性炭纤维，第5层则使用PP纺粘非织造布。

英国Redspeare公司是世界上最早大规模生产和使用纳米纤维的厂家之一，在呼吸器或外科手术面罩过滤材料的应用研究中积累了丰富的经验，其面部防护装置的性能评定结果显示，对过敏原、细菌、真菌、病毒（如SARS、炭疽、H5N1、H1N1、H7N9流感病毒等）具有100%的捕集能力。该公司投放市场的呼吸器和外科手术面罩，采用多孔隙结构的过滤介质，由3层纤维材料构成，中间芯层为单丝平均直径为100nm的纤维过滤介质，孔隙尺寸为0.025μm，过滤效率可达到99.997%。24h佩戴，压力降32Pa/cm2，使用安全并具有市场可接受的价格。