可控制PM2.5工业粉尘排放的覆膜滤料

刘宇，吴瑶瑶，杨国华，朱刚

（中材国际工程股份有限公司，江苏南京 210000）

可控制PM2.5工业粉尘排放的覆膜滤料

刘宇，吴瑶瑶，杨国华，朱刚

（中材国际工程股份有限公司，江苏南京 210000）

通过对袋除尘器中的滤料的研究，针对覆膜滤料的结构以及覆膜滤料的过滤特性、过滤效果进行阐述，揭示了覆膜滤料对控制工业粉尘尤其是PM2.5排放的优越性。

袋收尘；覆膜滤料；聚四氟乙烯膜

据统计，2010年，全国烟尘排放量829.1万t，其中，工业烟尘排放量603.2万t，占烟尘排放总量的72.8%，全国工业粉尘排放量达到448.7万t，占全国烟尘排放总量的54.12%，对环境造成了极大的危害。

袋式除尘器是目前国内外治理工业粉尘和烟尘最有效的技术设备之一，是未来治理大气污染物排放的首选装备，但其对PM2.5粉尘的收集不能达到良好效果，袋收尘针对PM2.5粉尘收集效率仅为45%。而袋式除尘器的发展和推广应用的关键之一就是滤料的发展。滤料作为袋式除尘器的“核心”，其性能和质量直接关系到袋式除尘器性能的好坏和滤袋寿命的长短[1-3]。本文在此介绍了覆膜滤料对控制工业粉尘尤其是PM2.5排放的优越性能。

1 关于PM2.5

PM 2.5是指大气中直径小于或等于2.5 μm的颗粒物，也称为可入肺颗粒物。对人体危害极大。1997年，美国提出了PM2.5监测标准，并逐步成为各国延用的监控空气污染程度的重要指数。在中国，2012年2月29日，国务院常务会议同意发布将PM2.5、臭氧（8 h浓度）纳入常规质量评价体系，并在环境空气污染物一般项目浓度限值中增加PM2.5（见表1）。国家对环保问题日益重视，对水泥等工业的环保要求日趋严格，污染物排放标准限值已经由50 mg／m3提高至30 mg／m3。中国水泥等工业生产中的PM2.5粉尘治理形势严峻。

表1 环境空气污染物质量浓度限值标准

2 覆膜滤料特征

工业生产中降低PM2.5粉尘排放的方案可通过袋式除尘器所使用滤料的选择来解决。选用高质量的滤料，可大大降低PM2.5粉尘的排放。常规滤料属于深层过滤，不能对PM5以下微粒进行过滤，覆膜滤料是实现工业生产PM2.5趋零排放的优先选择。

覆膜滤料是三层的层状结构，如图1所示。最下层为主要起支撑结构作用的基材。该基材可以为纯玻纤、纯化纤，或者玻纤与化纤的混合物、化纤混合物等。目前已经工业化生产的覆膜滤料基材包括：玻纤布、纯玻纤毡、玻纤／P84（聚酰亚胺）复合毡、玻纤／芳纶复合毡、玻纤／PPS（聚苯硫醚）复合毡、P84毡、芳纶毡、PPS毡、涤纶毡、亚克力毡、PTFE（聚四氟乙烯）毡等，或者上述一种或几种化纤的混合毡。

图1 覆膜滤料层状结构

中间层为处理剂。目前使用的大部分基材不能直接与ePTFE（膨化微孔聚四氟乙烯滤膜）进行结合，必须要对基材进行一定的处理，该过程是一个化学过程。处理剂的作用主要包括两点：

（1）在基材上包覆耐酸碱的化学材料，例如丙烯酸酯、聚氨酯、橡胶类、四氟乙烯类等，形成耐酸碱腐蚀的保护膜，减轻酸碱对基材纤维的损伤。不同的处理剂配方种类可使滤料适用于工业生产中的各种复杂的工况。

（2）在基材纤维表面形成包覆层，该包覆层起到连接作用，是有机反应。以玻纤为例，其表面的—SiX3与玻纤结合，—Y有机官能团与滤膜结合，在高温条件下，有机的ePTFE滤膜与无机的玻纤基材形成有效覆合。表面包覆层润湿度、包覆程度和包覆量，均为影响基材的使用性能和覆合效果的因素，图2为理想包覆效果图。

图2 处理液树脂完全包覆SEM图

表面层为PTFE滤膜。该滤膜是覆膜滤料的核心。滤膜的孔径、孔隙率和强度直接影响滤料的过滤效果、过滤压降和使用寿命。PTFE薄膜是一种具有微丝结点结构的微孔膜，如图3所示。带状结晶结构的PTFE树脂密实的折叠成球状颗粒，当克服带状结构中相邻分子间分子力后，带状结构被从树脂颗粒间拉出，形成与拉伸方向平行的微细纤维。未被拉伸的树脂聚在一起形成结点，如图4。

图3 ePTFE滤膜微观结构

图4 ePTFE滤膜结点微观形貌

聚四氟乙烯薄膜是一种空间立体网状结构，相互交错的纤维形成微孔，微孔的大小不均匀，且由多层叠加组成。我们所说的PTFE滤膜的孔径，实际指的是它的平均孔径。平均孔径越小，对微细粉尘的过滤效果越好。针对PM2.5粉尘，就要求滤膜的平均孔径在2 μm以下，且最大孔径不能过高。但是，孔径的减小就伴随着工业收尘中过滤压降的升高，阻力过大，极易导致破袋、并且提高能耗。这就要求降低孔径的同时，提高滤膜孔隙率。要使滤膜具备良好的过滤效果，孔隙率以大于80%为宜。滤膜的强度主要指在拉伸实验中，将滤膜拉伸直至断裂为止所受的最大拉伸应力，与试样宽度和厚度有关。在其它参数相同的情况下，滤膜的厚度越大，强度越大，使用寿命越长。但是滤膜厚度升高的同时伴随着滤膜透气率的降低，即孔径和孔隙率的降低。所以，ePTFE膜制备的技术要点在于，保持ePTFE滤膜的小孔径、高孔隙率、高强度的平衡。小孔径、高强度的聚四氟乙烯滤膜，可实现对PM2.5粉尘粒子的趋零过滤，满足国家对工业除尘环保要求。

3 覆膜滤料过滤性能

滤料的性能包含滤料的材料性能和使用性能，滤料材料性能包含如成分、结构、经向强力、纬向强力、透气率、平方米克重等，使用性能包含过滤压降、清灰周期、过滤效率等，滤料的材料性能决定了滤料的使用性能[4]。

在对滤料的研究方面，已经可以测试过滤后的PM2.5颗粒的浓度，滤料的过滤压降、过滤周期、清灰周期等。选取国内外几种滤料进行环境技术认证(ETV)测试，并对其结果进行比较，其测试条件如表2所示[5]，测试结果见表3。

表2 环境技术认证测试条件

表3 国内外覆膜滤料环境技术认证测试性能对比

将表2的测试用粉尘浓度和表3出口粉尘浓度进行计算（粉尘浓度-出口粉尘浓度）／粉尘浓度，结果显示，覆膜滤料对PM2.5粉尘的出口浓度过滤效果可以达到99.9999%。

4 结论

工业粉尘对中国大气环境污染严重，滤料的技术提升对袋收尘效果明显，覆膜滤料可对PM2.5粉尘等进行有效收集，实现清洁生产。作为覆膜滤料过滤核心的ePTFE滤膜制备技术，可为其他行业的废气废液收集提供技术方向。ePTFE膜按用途可应用于服装膜、空气过滤膜、空气净化膜、水处理膜，蒸馏膜等领域。将该项技术进行延伸开发，可为常温过滤，空气净化、污水处理、海水淡化等领域的微细粒子的过滤提供技术支撑。

[1]http:／／www.staj／hjtjzl／hjtjsj2011／t 20130315_402880497.htm

[2]付晓玲,侯广超.我国水泥工业环保技术的现状与前景[J].新世纪水泥导报，2009(5):47-52. [3]蔡纯志.袋式除尘技术的发展[J].水泥科技，2007 (9)：52-54.

[4]喻同信.滤袋使用寿命预计的必要性及其判据[J].工业安全与环保，2002，11(28):6-8.

[5]http:／／www.epa.gov／nrmrl／std／etv／vrvs.html

MEMBRANE FILTER MATERIAL CONTROL PM2.5 INDUSTRIAL DUST EMISSIONS

LIU Yu,WU Yao-yao,YANG Guo-hua,ZHU Gang (Sinoma International Engineering Co.,Ltd.,Nanjing 210000,China)

Through the research on filter material in bag filter,this article describes the structure,filtration characteristics and effect of the membrane filter material,reveals its superiority of controlling industrial dust emissions,especially PM2.5 emissions.

bag dust collector;membrane filter material;polytetrafluoroethylene membrane

TS106.62

A

10.3969／j.issn.1672-500x.2013.03.009

1672-500X(2013)03-0030-03

2013-04-23

刘宇（1981-），男，江苏宜兴人，工程师，研究方向为水泥工程设计。