NO对PPS滤料影响的实验研究

2013-09-07王素梅卞思思姜玉婷柳静献

中国环保产业 2013年9期

王辉，王素梅，卞思思，姜玉婷，毛宁，柳静献

（1.东北大学滤料检测中心，沈阳 110004；2.沈阳凿岩机械有限公司，沈阳 110025）

1 前言

近十年来，随着中国经济的高速发展，特别是以资源、能源等消耗性为主的重工业（电力、建材、冶金、化工等）的迅速发展，给环境保护工作带来了压力，而袋式除尘器作为治理大气污染的高效除尘设备得到了广泛的应用。

袋式除尘器与其他种类的除尘器相比，其最大优点是在实际应用中除尘效率高达99.99%以上，而其粉尘排放浓度可在10mg/m3以下，甚至达到2mg/m3，可基本实现零排放。滤袋作为过滤介质是除尘器的关键部件，其性能的好坏直接决定了除尘器的除尘效果。

如何降低烟气成分对滤料的腐蚀性，延长滤料的寿命是目前除尘界关注的焦点。燃煤锅炉烟气成分复杂，本文主要研究了烟气中的NO气体对PPS滤料的影响。研究在不同温度、不同NO浓度和不同作用时间情况下，PPS滤料机械性能的变化，对优化滤料现场应用环境、延长滤料使用寿命、降低袋式除尘器运行成本有重要意义。

2 实验方法

2.1 实验方案

本实验选用进口PPS纤维50%+国产PPS纤维50%+PTFE基布作为实验用滤料样品，研究NO浓度、作用时间和温度条件对PPS滤料强度的影响，即研究：1）在固定NO浓度和作用时间条件时，PPS滤料强度随温度的变化；2）在固定温度和作用时间条件时，PPS滤料强度随NO浓度的变化；3）在固定NO浓度和温度时，PPS滤料强度随时间的变化。

试验所用的PPS滤料样品的参数见表1，实验条件见表2，使用的实验装置如图1所示。

表1 滤料样品参数

表2 实验条件

图1 实验装置示意图

实验中，将滤料样品放置于老化实验器内，打开NO气瓶，调整电热鼓风干燥箱的温度控制，当温度上升至预定值时开始计时，到预定时间后关闭所有装置，取出样品进行强度测试。

强度特性分析是滤料失效分析的主要方面。本实验选择断裂强度、断裂伸长率作为滤料机械性能的检验指标。

2.2 样品制备

滤料断裂强度和断裂伸长率测试样品的制备、测试和计算按GB3923-97进行，试样样条的剪取通常采用平行法。从批量样品中的某一批，随机剪下至少1m长的全幅作为实验样品，但离匹端至少3m。每份样品需在料样上剪取长度为400mm左右。

实验剪裁的经纬向实验样品各5条，长为400mm，宽为50mm。各试样的长度方向平行于织物的经纱或纬纱。要求试样长度方向不得含有相同的纱线，幅宽小于1000mm的，经向在距布边1/10幅宽处裁取，幅宽大于1000mm的，经向距布边100mm处裁取。见图2所示。

图2 试样裁剪图例

3 实验结果

3.1 固定NO浓度和作用时间，温度变化对PPS滤料的影响

调整NO质量浓度为1000ppm，温度为100℃、130℃、150℃、170℃、190℃、210℃、230℃和250℃，放置24h后进行强度测试，其断裂强度见图3，断裂伸长率见图4。

图3 温度对PPS断裂强度的影响（NO1000ppm， 24h）

图4 温度对PPS断裂伸长率的影响（NO1000ppm，24h）

数据显示，150℃时纬向断裂强度最大，其原因主要是温度使PPS发生晶体交联的作用超过NO的负面作用；随着温度的升高，经纬向断裂强度均呈现下降趋势。断裂伸长率的变化与断裂强度的变化规律相似，呈下降趋势，说明滤料的脆性增加。

3.2 固定温度和作用时间，NO浓度对PPS滤料的影响

PPS的熔点超过280℃，分解温度大于400℃。现场应用时，建议使用温度不超过190℃，因此，在实验中固定环境温度190℃，NO浓度为1000、2000、3000、4000、5000、10,000ppm，放置24h后进行强度测试，其断裂强度见图5，断裂伸长率见图6。

图5 NO浓度对PPS断裂强度的影响（190℃，24h）

图6 NO浓度对PPS断裂伸长率的影响（190℃， 24h）

由实验数据可以看出，经向强度和纬向强度都随NO浓度的增加而缓慢减小。在1000ppm时，经向、纬向强度分别为958.98N和1170.50N；当NO浓度达到4000ppm时，强度最小。说明NO对PPS滤料强度有一定的不利影响，浓度越高作用越强。断裂伸长率保持率呈现与断裂强度相似的规律，呈下降趋势，说明滤料的脆性增加。

3.3 固定NO浓度和温度，作用时间对PPS滤料的影响

NO浓度调整为5000ppm，温度设置为190℃，分别放置0、l2、24、48、120和240h后进行强度测试。其断裂强度见图7，断裂伸长率见图8。

经向断裂强度和纬向断裂强度都随NO作用时间的增长而减小，24h时经向和纬向的断裂强度分别为1047.56N、1129.34N，240h时分别下降到880.96N、947.34N。NO对PPS滤料具有一定的不利影响，作用时间越长影响越大。断裂伸长率也随NO作用时间的增长而减小，其脆性增加。

图7 作用时间对PPS断裂强度的影响（190℃，5000ppm）

图8 时间对PPS断裂伸长率的影响（190℃， 5000ppm）

3.4 DSC/TG差热分析

样品的热化学特性可以用DSC/TG差热分析来研究。为确定滤料经过NO作用前后化学组分的变化，把原始滤料样品和经过NO处理（190℃、24h、10,000ppm）后的样品进行了DSC/TG分析，测试的条件为：80%N2+20%O2氛围，起始温度为40℃，终止温度为1000℃，升温速率为10℃/min，扫吹气为N2、O2，N2流量为20mL，O2流量为5mL。

图9和图10分别为原始样品和NO作用后的PPS滤料样品的DSC/TG曲线。

图9 原始PPS样品的DSC/TG实验结果

图10 NO作用后的PPS样品的DSC/TG实验结果（190℃、24h、10,000ppm）

从TG曲线来看，原始样品在升温开始后以很小的斜率下降，而在升温到500℃左右时，TG曲线出现了一次失重台阶。DSC曲线在230℃到300℃区间内，存在一个明显的放热峰。从TG曲线来看，升温到500℃左右时，PPS滤料损失质量为5.05%，在400℃到500℃区间内，TG曲线出现了失重台阶，DSC曲线在200℃到300℃出现一个放热峰，峰值为263.6℃。

对于NO作用过的PPS样品，升温到500℃左右时，PPS样品损失质量为7.12%，在400℃到500℃区间内，TG曲线出现了失重台阶，DSC曲线在200℃到300℃出现一个放热峰，峰值为262.4℃。

3.5 红外光谱分析

对原始样品和NO作用后的样品进行了红外光谱分析，分别见图11和图12所示。

图11 PPS原始样品的红外谱图

图12 经过NO作用后的PPS样品红外谱图（190℃、24h、10,000ppm）

从PPS原始样品的红外光谱可以看出，3441.42/cm为羟基或胺基的伸缩振动峰，1732.24/cm为羰基振动峰，1632.09/cm、1468.62/cm和1383.14/cm为苯环骨架伸缩振动峰，1085.85/cm、1006.15/cm为C-S、C-F振动峰，802.71/cm 为苯环对位取代振动峰。

从经过NO作用后的PPS样品红外光谱图可以看出，3415.85/cm为羰基或胺基的伸缩振动峰，1617.01/cm为羰基振动峰，1509.37/cm、1412.17/cm和1382.50/cm为苯环骨架伸缩振动峰，1081.05/cm、998.33/cm为C-S、C-F振动峰，805.16 /cm 为苯环对位取代振动峰。