除尘滤袋用PPS纤维毡滤料PM2.5及高温过滤特性研究*

郑锦维，朱锐钿，周思远，倪冰选，张 鹏

（1.广州纤维产品检测研究院，广东 广州511447；2.广东斯乐普环保技术股份有限公司，广东 佛山528225）

除尘滤袋用PPS纤维毡滤料PM2.5及高温过滤特性研究*

郑锦维1，朱锐钿1，周思远2，倪冰选1，张 鹏1

（1.广州纤维产品检测研究院，广东 广州511447；2.广东斯乐普环保技术股份有限公司，广东 佛山528225）

除尘滤袋用聚苯硫醚 （PPS）纤维毡滤料是高温烟气过滤的重要材料，本研究采用单位面积质量、厚度、透气性、孔径的参数对除尘滤袋用聚苯硫醚 （PPS）纤维毡滤料进行表征，考察高温对其动态滤尘性能的影响，探索性的对该类滤料进行PM2.5过滤性能测试，结果表明：在动态滤尘测试过程中，聚苯硫醚 （PPS）纤维毡滤料清灰周期、总测试时间随着试验温度的升高迅速下降，而试验温度对除尘效率影响不大；结合测试用粉尘粒径分析和PM2.5旋风分离器，获得滤料的PM2.5过滤效率略低于其除尘效率，这与穿透滤料的粉尘中细颗粒物含量较高的预期相符，结果可靠。

纤维滤料； PM2.5；高温； 过滤特性

随着以能源消耗性为主的重工业迅速发展，我国已经成为世界上钢铁、水泥、煤炭、化纤的第一大生产国，电力、有色金属、化肥的第二大生产国[1]。与这些高能耗、高污染行业生产密切相关的各种工业炉窑所排放出来的废气不仅温度高，而且含有大量的粉尘和有害气体，是近年来造成我国雾霾天气频繁出现的主要因素之一[2]，而作为构成雾霾的污染物之一的PM2.5成为了人们关注的焦点。PM2.5是指空气动力学直径小于等于2.5 μm的颗粒物，又称细颗粒物，这种颗粒不仅本身是污染物，同时也是重金属、多环芳烃等有毒有害物质及有害气体的载体，严重危害人们的呼吸系统和心血管系统[3]。工业气体排放是PM2.5的主要来源之一，因各地区工业结构、地理环境状况不同而不同，中国的工业烟气粉尘污染集中在燃煤电厂、水泥窑炉、钢铁冶金等几个主要领域，同时具有实际工况复杂、过滤温度较高等特点。

面对日益严重的环境污染问题，我国在2011年11月份提出了对于空气中PM2.5的监测及治理应对措施，并于2012年国家颁布了GB 3095-2012《环境空气质量标准》[4]，对经过过滤净化后排放烟气的指标进行进一步严格规定。

除尘器是治理空气污染的最重要举措之一，其中滤袋除尘技术能有效减少固体颗粒排放，除尘效果较好，可从根本上解决PM2.5的排放问题。目前，关于环保用除尘滤袋的过滤性能测试标准主要有GB/T 6719-2009《袋式除尘器技术要求》[5]、ISO 11057：2011 《空气质量空气过滤器中滤料过滤性能的测试方法》[6]、VDI 3926-1：2004《评价可清洁滤料测试方法》[7]，但是上述标准中并未对过滤材料的PM2.5过滤性能测试作出规定，同时试验温度都是常温。因此本实验参考上述方法标准，选用工业上较为常见的耐高温聚苯硫醚纤维毡滤料，通过对试验用粉尘的粒径进行分析，并对通过滤料的PM2.5粉尘及其他粉尘进行分离，评价聚苯硫醚纤维毡滤料对PM2.5粉尘的过滤性能。此外模拟滤料应用时的实际工况，提高试验测试温度，考察试验温度变化对滤料过滤特性的影响规律。

1 实验部分

1.1 试验样品

聚苯硫醚 （PPS）纤维纺粘水刺复合非织造过滤材料，由广东斯乐普环保技术股份有限公司提供，测试前样品在标准大气中调湿24 h。

1.2 基本性能表征

1.2.1 单位面积质量测定

根据GB/T 24218.1-2009《纺织品 非织造布试验方法 第1部分：单位面积质量的测定》[8]的规定，裁剪200 mm×250 mm的试样3块，分别在分度值为0.01 g的天平上称重后计算。

1.2.2 厚度测定

根据GB/T 21418.2-2009《纺织品 非织造布试验方法 第2部分：厚度的测定》[9]的规定，采用温州方圆仪器有限公司生产的YG141D-Ⅱ织物厚度仪，在压脚2 500 mm2、 压力0.5 kPa的条件下分别测量10块试样的厚度。

1.2.3 透气性测定

根据GB/T 5453-1997《纺织品织物透气性的测定》[10]的规定，采用瑞士TEXTEST AG Zurich公司生产的FX3300透气性测试仪Ⅲ，试验面积为 20 cm2，分别测定压降为 100 Pa、200 Pa、300 Pa、500 Pa、700 Pa、1 000 Pa时样品的透气率。

1.2.4 孔径特征测试

采用美国Porous Materials，Inc.生产的CFP-1100A型 PMI毛管流动孔隙仪，夹具有效直径20 mm，润湿油剂为Silwick（表面张力20.1 mN/m）。

1.3 粉尘粒径分析

根据ISO 13320-2009《粒度分析 -激光衍射法》[11]的规定，采用德国Sympatec GmbH生产的HELOS/BR-OM/RODOS型激光粒度分析仪，分散压力为4.00 bar。

1.4 过滤性能表征

根据ISO 11057:2011《空气质量过滤器中滤料过滤性能的测试方法》[6]，采用德国Fil T Eq GmbH生产的FEMA 1-AT-SR型粉尘过滤测试系统对滤料的动态滤尘性能进行测试，穿透过滤料样品的粉尘，在PM2.5旋风分离器作用下，PM2.5粉尘及其他粉尘被分离并分别收集，并分别在20℃、120℃、160℃下进行过滤性能测试。

1.5 扫描电镜 (SEM)观察

采用日本HITACHI生产的S-3000N型扫描电子显微镜，样品测试前进行喷金处理，电压为20 kV、工作距离为22 mm。

2 结果与讨论

2.1 滤料基本性能分析

实验结果显示：该滤料样品单位面积质量为561 g/m2、厚度为2.31 mm；透气率则随着压降的上升而线性增长，如图1所示。这说明样品的结构稳定，随着压降的增加、内部纤网立体结构没有发生大的变化，纤维间相互位置关系较为稳定。滤料的最大孔径为34.4 μm，平均孔径为9.1 μm，孔径呈典型的正态分布，如图2所示。

图1 滤料透气率随压降的变化

图2 滤料孔径分布图

2.2 颗粒物粒径分析

根据ISO 11057:2011，试验用粉尘为氧化铝粉尘，即商品名为Pural NF的勃姆石，其质量中粒径约为4.5 μm，粒径分析结果显示，试验用粉尘粒径呈双峰分布，两个峰值分别在2.0 μm和10.0 μm左右，同时颗粒物中PM2.5的质量百分数约为40%，详见图3。

图3 试验用粉尘粒径分布图

2.3 过滤性能分析

根据ISO 11057:2011标准，整个动态滤尘性能测试包含4个阶段，详见表1。从测试过程可观察到，第一阶段的30个清灰周期，滤料的残余压力随着周期性增加而缓慢上升，而在第四阶段的30个周期，试样的残余压力随着周期的增加快速上升。从扫描电镜分析可见，测试过程中，部分粉尘附着在纤维表面，并填充滤料中的孔隙，从而导致滤料残余压力的迅速增加 （见图 4）。

表1 标准测试阶段的顺序

图4 过滤测试前后滤料表面微观形貌

考察试验温度对纤维滤料阻力的影响，结果如表2所示。从表2可见随着测试温度的上升，洁净滤料的初阻力变化不大，此外纤维滤料的残余阻力随着试验温度的升高，数值接近。这说明在高温状态下，该滤料样品纤网仍保持较为稳定的立体结构。

表2 测试过程中样品阻力随温度的变化

图5 样品清灰周期随试验温度的变化

纤维滤料的清灰周期则随着试验温度的升高有明显的变化，如图5所示，以第一阶段为例，在常温 （20℃）下，第1个清灰周期耗时977 s，在120℃时迅速下降到755 s、160℃时下降到734 s；第30个清灰周期耗时也呈现类似的变化趋势。同样的，30个清灰周期的总时间，从试验温度为20℃时的19 331 s，下降到120℃时的14 896 s，160℃时仅为14 763 s，分别详见图6 （a）、 6 （b）、 6 （c）。

图6 不同试验温度对样品清灰周期的影响

根据ISO 11057:2011及试验用粉尘粒径分析结果，滤料上游粉尘质量浓度为5 g/cm3及粉尘中PM2.5的质量分数为40%，获得滤料样品的除尘效率和PM2.5过滤效率：20℃、120℃、160℃试验温度下样品除尘效率分别为99.9636%、99.9536%、99.9658%，差异不大，这说明该PPS纤维滤料耐高温性能较好，在较高试验温度下仍保持与常温接近的滤尘性能。而常温时样品PM2.5过滤效率为99.9115%，略小于除尘效率，这说明试验过程中穿透滤料的粉尘中细颗粒物占比较原试验用粉尘大，符合预期。

3 结论

本研究采用的PPS纤维毡滤料单位面积质量为561 g/m2、厚度为2.31 mm，透气率则随着压降的上升而线性增长，滤料的最大孔径为34.4 μm，平均孔径为9.1 μm，孔径呈典型的正态分布。

（1）试验温度对纤维滤料样品动态滤尘性能测试过程影响较大，相同条件下，清灰周期随着试验温度的升高迅速下降，同一阶段的测试时间也表现出类似的变化趋势，而除尘效率随着试验温度的升高没有太大变化。

（2）通过对试验用粉尘进行粒径分析，粉尘中PM2.5占比约为40%，对动态滤尘性能测试过程中滤料样品下游的粉尘进行PM2.5分离，结合上游的粉尘质量浓度，测得样品PM2.5过滤效率略低于除尘效率，用此方法评价纤维滤料的PM2.5过滤特性可行。

[1] 李培君.金属丝网增强聚苯硫醚耐高温水刺滤料的研究 [D].上海:东华大学，2014.

[2] 冯胜山，许顺红，刘庆丰，等.高温工业废气过滤除尘技术研究进展 [J].中国铸造装备与技术， 2009 （1） :1-7.

[3] 付晶.徐州市城区路面尘中PAHs污染特征、来源及磁学响应 [D].徐州:中国矿业大学，2014.

[4] 环境保护部科技标准司.环境空气质量标准:GB 3095-2012[S].北京:中国标准出版社，2012.

[5] 国家安全生产监督管理总局.袋式除尘器技术要求:GB/T 6719-2009[S].北京:中国标准出版社，2009.

[6] ISO/TC 146空气质量标准化技术委员会.空气质量空气过滤器中滤料过滤性能的测试方法:ISO 11057:2011[S].瑞士:国际标准化组织，2011.

[7] VDI预防空气污染委员会.评价可清洁滤料测试方法:VDI 3926-1:2004[S].德国:德国工程师协会，2004.

[8] 中国纺织工业协会.纺织品 非织造布试验方法 第1部分：单位面积质量的测定:GB/T 24218.1-2009[S]. 北京:中国标准出版社，2009.

[9] 中国纺织工业协会.纺织品 非织造布试验方法 第2部分：厚度的测定:GB/T 21418.2-2009[S].北京:中国标准出版社，2009.

[10] 中国纺织总会科技发展部.纺织品 织物透气性的测定:GB/T 5453-1997[S].北京:中国标准出版社，1997.

[11] ISO/TC 24颗粒物表征标准化技术委员会.粒度分析-激光衍射法:ISO 13320-2009[S].瑞士:国际标准化组织,2009.

Abstract:After characterizing mass per unit area,thickness,air permeability and pore size of polyphenylene sulfite(PPS)filter for dust removing bag，the filtration property of PM2.5and high temperature of filter was investigated.Results showed that,during the dynamic filtration testing,the cleaning cycle time and the total testing time dropped rapidly with the increasing of testing temperature which had little effects on dust removal efficiency.Combined with particle size analysis of test dust and PM2.5cyclone separator,PM2.5filtration efficiency of filter obtained was a bit smaller than dust removal efficiency,which indicated that PM2.5take a great proportion of the dust through the sample.

Keywords:fiber filter，PM2.5， high temperature，filtration property

RESEARCH ON FILTRATION PROPERTY OF PM2.5AND HIGH TEMPERATURE OF FIBRE FILTER FOR DUST REMOVING BAG

ZHENG Jin-wei1， ZHU Rui-tian1*， ZHOU Si-yuan2， NI Bing-xuan1， ZHANG Peng1
(1.Guangzhou Fibre Product Testing and Research Institute,Guangzhou 511447,China;2.Guangdong S.L.P.Environmental Protection Technology (Group)Co.,Ltd.,Foshan Guangdong 528225,China)

TS176.5

B

10.3969／j.issn.1672-500x.2017.03.005

1672-500X(2017)03-0023-06

2017–05–24

郑锦维 （1988-），男，广东人，助理工程师，主要从事产业用纺织品检测技术研究。

广州市质量技术监督局科技项目，2015kj16