废旧PTFE滤袋的清洗工艺研究

张固山，朱海霖，郭玉海，张华鹏

(浙江理工大学浙江省丝纤维材料加工技术重点实验室，杭州 310018)



废旧PTFE滤袋的清洗工艺研究

张固山，朱海霖，郭玉海，张华鹏

(浙江理工大学浙江省丝纤维材料加工技术重点实验室，杭州 310018)

废旧PTFE滤袋的深度填埋和焚烧处理给大气和生态环境造成严重的污染，因此对废旧PTFE滤袋需回收再利用。采用强酸和氧化剂对废旧PTFE滤袋进行清洗处理，研究清洗剂成分、清洗温度和时间对废旧滤袋白度和力学性能的影响。结果表明，滤袋经10%NaClO、80% H2SO4或72%HClO4单组份溶液清洗后的白度值较低；提高清洗液的温度和浸泡时间可显著增大白度值；将滤袋经10%NaClO常温浸泡5 d，再用H2SO4-HClO4双组分溶液70℃下处理10 h的清洗效果最佳，其白度值与未使用的新滤袋的白度值接近，且清洗工艺对废旧滤袋的力学性能无明显影响。

废旧滤袋；PTFE；白度；清洗；力学性能

0 引 言

燃煤电厂、垃圾焚烧厂、水泥、钢铁生产等企业的烟尘排放是大气的主要污染源。袋式除尘技术可捕集细小粉尘，有效去除烟气中的粉尘污染物，在燃煤电厂锅炉除尘、大型水泥窑头和窑尾除尘、垃圾焚烧尾气净化等领域有着广泛的应用[1]。

滤袋的主要原料有聚四氟乙烯(PTFE)、聚酰亚胺(P84)、聚苯硫醚(PPS)和芳纶纤维等材料[2]。其中以100%PTFE为原料的纤维、基布、覆膜占整个除尘滤袋原料产量的20%，是我国实现节能减排和控制粉尘污染物排放的关键材料之一。PTFE滤袋平均使用寿命为3年，每年约有2000 t废旧PTFE滤袋有待回收利用[3]。目前废旧PTFE滤袋的处理方法为：a)深度填埋；b)焚烧处理。PTFE极其稳定，填埋废旧PTFE滤袋会给生态环境造成严重的污染。另外，PTFE在焚烧时会产生四氟乙烯、六氟丙烯、八氟异丁烯、氟光气等剧毒物质以及PM2.5以下的微细颗粒物，污染大气。因此深度填埋和焚烧并不是其最佳的处理方法。PTFE价格昂贵，目前废旧PTFE再生粉料和超细粉料的市场价格为2～4万元/t。因此，回收利用废旧PTFE滤袋不但具有很高的经济价值，而且还有重要的环保意义。

本文采用强酸和氧化剂对废旧PTFE滤袋进行清洗处理，研究清洗剂成分、清洗温度和时间对废旧滤袋的白度和力学性能的影响，研究最佳的清洗工艺。

1 实验部分

1.1 实验材料和仪器

废旧滤袋(100%PTFE纤维针刺毡，基布是PTFE长丝交织机织物)，由浙江格尔泰斯环保特材科技有限公司提供；10%次氯酸钠溶液(AR)，苏州天申化学有限公司；98%浓硫酸(AR)，杭州高晶精细化工有限公司；72%高氯酸溶液(AR)，徐州索通生物科技有限公司；十二烷基苯磺酸钠(AR)，杭州高晶精细化工有限公司；去离子水实验室自制；SHJ-A型集热式恒温磁力搅拌水浴锅，常州金坛市精达仪器制造有限公司；WSB-VI型智能白度仪，杭州大吉光电仪器有限公司；DH-107BS型电热鼓风干燥箱，上海一恒科学仪器有限公司；双辊轧车，新乡同舟纺织有限公司；YG(B)026G型电子织物强力机，温州大荣纺织仪器有限公司。

1.2 浸泡实验

将废旧PTFE滤袋裁剪为5 cm×5 cm的方块样品，将滤袋样品浸泡于1%十二烷基苯磺酸钠溶液10 min，将浸泡后的滤袋样品在双辊轧车上以1 kg/cm2压力挤压后，分别用于1.2.1—1.2.3部分单组份、双组份、NaClO-双组分溶液浸泡实验。浸泡于十二烷基苯磺酸钠溶液的目的是为了保证后道浸泡清洗溶液的良好渗透。

1.2.1 单组分溶液浸泡实验

分别将预处理后的滤袋浸泡于10%NaClO溶液、80% H2SO4和72%HClO4溶液，溶液温度分别为25、35、45、55、65 ℃，浸泡时间分别为1、2、3、4、5 d，在规定时间内将滤袋取出用去离子水冲洗干净并烘干，测定滤袋的白度和浸泡5 d后滤袋样品的力学性能，每个实验条件平行5块滤袋。

1.2.2 双组分溶液浸泡实验

将80% H2SO4和72% HClO4溶液分别按体积比1∶3、1∶2、1∶1、2∶1、3∶1配制双组分溶液。分别将预处理后的滤袋浸泡于双组分溶液，在60 ℃下浸泡时间分别为1、2、3、4、5 d，在规定时间内将滤袋取出用去离子水冲洗干净并烘干，测定滤袋的白度和浸泡5 d后滤袋样品的力学性能，每个实验条件平行5块滤袋。

1.2.3 NaClO-双组分溶液联用体系浸泡实验

首先将预处理后的滤袋在常温下浸泡于10%NaClO溶液5 d，再将滤袋取出，浸泡于80% H2SO4和72% HClO4溶液体积比为1∶1的双组分溶液，浸泡温度分别为40、50、60、70、80 ℃，浸泡时间分别为5、10、15、20、25 h，在规定时间内将滤袋取出用去离子水冲洗干净并烘干，测定滤袋的白度和浸泡5 d后滤袋样品的力学性能，每个实验条件平行5块滤袋。

2 结果与讨论

2.1 单组分溶液对废旧滤袋白度的影响

图1为不同温度和浸泡时间下，废旧滤袋经10%NaClO溶液浸泡后的白度值。图2为废旧PTFE滤袋原样和经10%NaClO溶液25 ℃下浸泡5 d的滤袋照片。由图1可知，恒定温度下，废旧滤袋的白度值随浸泡时间的增加而显著增大。浸泡温度对白度值影响也较大，当浸泡时间为1 d时，65 ℃条件下滤料的白度值由原样的18%增加至44.8%；而25 ℃下滤料的白度值仅增加至24.4%；这是因为随着温度的升高，NaClO氧化性越强，清洗效果越好[4-5]。PTFE滤袋主要用于垃圾焚烧厂烟气除尘，使用温度为180～200 ℃，在使用时需用铁圈固定，因此滤袋上的残留物主要是铁圈被氧化生成的Fe2O3、垃圾焚烧产生的金属氧化物、未燃尽的残碳和有机物。Fe2O3为红棕色，未燃尽的残碳和有机物主要为黑色，因此废旧滤袋的颜色呈现红棕色至黑色的混合色(如图2(a))。NaClO有较强的氧化性，可氧化有机物，因此其主要用于去除滤袋表面的黑色物质(如图2(b))。另外，从图1中可以看出，当溶液的温度升高至55 ℃和65 ℃时，浸泡5 d后滤袋的白度值反而比25 ℃浸泡条件下的白度值低，这是因为高温会加快NaClO的分解(2NaClO=2NaCl+O2↑)；随着浸泡时间的增加，溶液中NaClO浓度逐渐降低；当浸泡时间达到5 d时，溶液中NaClO的有效浓度已远低于10%。

图1 废旧PTFE滤袋经10%NaClO溶液浸泡后的白度值

图2 废旧PTFE滤袋原样和经10%NaClO溶液25 ℃下浸泡5 d的滤袋

图3 废旧PTFE滤袋经80% H2SO4溶液浸泡后的白度值

图4 经80% H2SO4溶液65 ℃下浸泡5 d的滤袋

图5为不同温度和浸泡时间下，废旧滤袋经72%HClO4溶液浸泡后的白度值。图6为经72%HClO4溶液65 ℃下浸泡5 d的滤袋照片。由图可知，废旧滤袋的白度值随浸泡时间和浸泡温度的增加而增大。与H2SO4相比，HClO4具有更强的酸性和氧化性[8]，但不具有脱水性，滤袋上的金属氧化物与HClO4反应而溶解；此外，HClO4能氧化部分有机物[9]，因此，相同浸泡时间和温度下，HClO4清洗效果优于H2SO4。

图5 废旧PTFE滤袋经72% HClO4溶液浸泡后的白度值

图6 经72% HClO4溶液65 ℃下浸泡5天的滤袋

2.2 双组分溶液对废旧滤袋白度的影响

图7为60 ℃时废旧滤袋经H2SO4-HClO4双组分溶液浸泡后的白度值。由图7可知，随着HClO4含量的增加，白度值增大；当H2SO4与HClO4的体积比为1∶1时，滤袋的白度值达到最大；但HClO4含量继续增加时，滤袋的白度值反而下降。这可能是因为H2SO4与HClO4的体积比为1∶1时两者的协同氧化效果最好。H2SO4-HClO4混合酸体系是湿法氧化中常用的混酸体系[10]，酸性和氧化性均较强，与单一的H2SO4溶液和HClO4溶液相比，H2SO4-HClO4混酸体系对废旧滤袋上的金属氧化物清洗效果更好。

图7 废旧滤袋经60 ℃ H2SO4-HClO4 双组分溶液浸泡后的白度值

2.3 NaClO-双组分联用体系对废旧滤袋白度的影响

根据上述实验结果，NaClO溶液主要去除滤袋上的黑色残碳和有机物，H2SO4和HClO4主要去除金属氧化物，因此本文将NaClO溶液和H2SO4-HClO4双组分溶液联用，研究其对白度值的影响。滤袋先在常温条件下浸泡在10%NaClO溶液5 d，漂洗干净，之后浸泡于体积比为1∶1的H2SO4-HClO4双组分溶液中，考察浸泡温度和时间对其白度值的影响(如图8所示)。从图8中可以看出，随着浸泡时间的增加，滤袋的白度值显著增大。当溶液温度高于70 ℃时，浸泡10 h，滤袋的白度值达到80.2%。图9为废旧滤袋经NaClO-双组分联用体系处理后的照片。表1为新PTFE滤袋和经NaClO-双组分联用体系处理后废旧滤袋的白度值。从图9和表1可以看出，废旧滤袋已完全清洗变白，白度值与新滤袋没有明显的差别。因此，本文的工艺确定为：滤袋经10%NaClO常温浸泡5天后，再经体积比为1∶1的H2SO4-HClO4双组分溶液70 ℃下处理10 h。

图8 废旧滤袋经NaClO-双组分联用体系处理后的白度值

图9 经NaClO-双组分联用体系处理后的废旧滤袋

样品新PTFE滤袋废旧PTFE滤袋白度值/%81.7±2.180.2±3.6

2.4 浸泡清洗工艺对滤袋力学性能的影响

表2为各种浸泡清洗工艺对废旧PTFE滤袋的拉伸强度、断裂伸长率和杨氏模量的影响。PTFE是一种由四氟乙烯聚合而成的高分子化合物，化学性能优良，耐强酸和强氧化剂。从表2中可以看出，滤袋经NaClO、H2SO4和HClO4处理前后的拉伸强度、断裂伸长率和杨氏模量没有明显变化，说明本文采用的浸泡清洗工艺对滤袋的力学性能没有明显的影响。

表2 废旧PTFE滤袋的机械性能

3 结 论

废旧PTFE滤袋经NaClO溶液和H2SO4-HClO4双组分溶液联用清洗后白度最高，其次为H2SO4-HClO4双组分溶液，NaClO单组分溶液清洗后白度最差；增加清洗温度和浸泡时间可增加滤袋的白度，提高清洗效果。综合考虑清洗体系、清洗温度和浸泡时间对废旧滤袋清洗后白度的影响，最佳的清洗条件为：经10%NaClO常温浸泡5 d后，再经体积比为1∶1的H2SO4-HClO4双组分溶液70 ℃下处理10 h。清洗工艺对滤袋的力学性能无明显影响。

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(责任编辑： 唐志荣)

Study on Cleaning Process of Waste PTFE Filter Bag

ZHANGGushan，ZHUHailin，GUOYuhai，ZHANGHuapeng

(Key Laboratory of Fiber Materials and Processing Technology, Zhejiang Sci-Tech University, Hangzhou 310018， China)

Deep landfill and incineration of waste PTFE filter bags result in serious pollution of atmosphere and ecological environment, so it is necessary to recycle the waste PTFE filter bags. In this study, strong acid and oxidant were used to clean the waste PTFE filter bags. The effects of the cleaning agent composition, clearing temperature and time on whiteness and mechanical properties of waste PTFE filter bags were investigated. The results show that the whiteness of waste PTFE filter bags is low when they are cleaned by 10% NaClO, 80% H2SO4or 72%HClO4single-component solution. The whiteness can significantly increase by increasing clearing temperature and soaking time. The best cleaning result can be obtained when the waste PTFE bag is soaked in 10%NaClO solution for 5 days under normal temperature, and then treated with H2SO4-HClO4bi-component solution for 10h at 70(C. The whiteness of waste PTFE filter bag is close to that of new PTFE filter bag. The cleaning process has no obvious effect on the mechanical properties of the waste PTFE bag.

waste filter bag; PTFE; whiteness; cleaning; mechanical properties

10.3969/j.issn.1673-3851.2016.11.012

2015-10-20

国家科技支撑计划项目(2013BAC01B01)；国家863高技术研究发展计划项目(2013AA065003)；国家自然科学基金项目(21406207)

张固山(1990-)，男，安徽六安人，硕士研究生，主要从事PTFE材料的回收利用方面的研究。

郭玉海，E-mail：gyh@zstu.edu.cn

X783.1

A

1673- 3851 (2016) 06- 0867- 05 引用页码： 110212