高效過濾材料的現狀及發展
1．前言
21世紀人類創造了前所未有的物質財富，加速推進了文明發展進程，但是同時又出現了環境污染生態破壞等重大問題，從而威脅全人類未來的生存和發展。作為****的發展中****，環境污染問題是本世紀我國**關注的焦點問題之一，這一問題解決的好壞直接影響我國是否可以走好可持續發展道路的決定性因素。
隨著社會進步和人們生活水平的提高室內空氣質量對人體健康的影響已經越來越受到注意、同時隨著現代科學和現代工業的發展，特別是電子、精密機械、冶金、宇航、核能、化工等工業以及醫療、制藥、食品等部門的發展，對工藝環境的潔凈度也提出了更高的要求。這樣過濾器尤其是高效空氣粒子過濾器（HEPA）、超低穿透率空氣過濾器（ULPA）越來越廣泛的應用于各個領域。這使得空氣過濾材料的研究和發展取得了極大的進步，但同時人們對空氣過濾材料也提出了更高的要求。
2．高效過濾材料的研究現狀
2.1 我國高效過濾材料現狀
隨著西方工業的發展，特別是合成纖維的出現，作為過濾煙塵的纖維過濾材料，不再靠單純的紡織工藝提高濾料的性能，而是引入了物理和化學的加工、處理方法，使濾料的強度、耐熱、耐腐、透氣、阻燃等性能顯著提高，價格更加低廉，品種日趨多樣化。到20世紀80年代，歐美研制出一些性能更加優越的纖維濾料，如美國戈爾公司生產的聚四氟乙烯（特氟隆，PTFE）覆膜濾料能夠高效地捕集亞微米粒子；由美國唐納森公司研發的褶皺濾料過濾面積比普通濾料大許多倍，而今已經能夠過濾數百攝氏度的高溫煙氣。纖維濾料發展到今天，不僅可以接近100%地過濾超細粒子，而且可以過濾高溫甚至粘性較高或濕度較大的煙塵。
我國的高效過濾材料和袋式除塵技術是同步發展的。70年代開發了玻璃纖維機織濾料、208滌綸絨布、729聚酯機織濾料。80年代初，隨著非織造布的發展，又研制成功了合成纖維針刺氈，使袋式除塵器的除塵效果提高了一個數量級；之后，又研制成功了芳砜綸針刺氈濾料，可耐溫210℃，并應用于鋼鐵、有色、炭黑等工業的高溫煙氣處理；防靜電、耐高溫、抗腐蝕、防油防水等合成纖維針刺氈產品的開發和生產基本滿足了除塵的需求。90年代后期，我國又開發了聚四氟乙烯微孔覆膜濾料，實現了表面過濾，達到高效低阻的效果。目前我國已能生產玻纖機織布、常溫化纖針刺氈、防靜電針刺氈、防油防水針刺氈、耐高溫耐腐蝕針刺氈、駐極熔噴過濾材料、各種玻纖濾料及聚四氟乙烯覆膜濾料等。
但目前，我國高效過濾用纖維的研制仍處于發展階段，多數依賴進口。例如目前用于高爐煤氣凈化的國產耐高溫濾料品種較少，使用纖維的品種只集中在玻璃纖維和間位芳綸兩種原料上。在我國水泥、電力、鋼鐵、垃圾焚燒等行業除塵應用的P84（聚酰亞胺）纖維全球只有奧地利的1家公司生產，價格昂貴。PPS（聚苯硫醚）纖維過去只有日本 2 家公司生產，2007年美國也有 1 家公司開始生產，2008國內現已能批量生產，使PPS纖維價格略有下降。PTFE纖維過去只有奧地利和日本的2家公司批量生產，價位很高，目前國內已有公司生產該產品，在垃圾焚燒爐袋式除塵器和火電廠燃煤鍋爐袋式除塵器上都有應用，并取得了良好的業績。高端濾料市場不管是火電廠用的PPS濾料，還是水泥廠用的P84濾料、玻纖覆膜濾料，垃圾焚燒爐用的P84濾料、PTFE濾料、玻纖覆膜濾料等附加值比較高的濾料，主要還是為美國和歐洲一些****的濾料公司所壟斷，在新建的大型項目上更是如此。
2.2高效空氣濾料的特點
1）過濾效率高，氣流阻力低
2）材料均勻性好
3）具有較高的機械強度
4）具有良好的抗形變性能
5）具有防水、防火、防霉等特殊性能
與世界上先進的高效過濾材料相比，我國的過濾材料盡管在過濾效率和機械強度等指標上能夠達到甚至超過它們的水平，但是在整體上還存在一定的差距，主要是材料均勻度差，抗形變能力普遍較差，防水、防火、防霉等特殊性能的研究還不夠深入。這在很大程度上限制了我國濾料的發展水平，是亟待解決的問題。
2.3近年來新開發的濾料
近年來，高效空氣濾料的發展很快，市場上不僅有國內開發的新濾料，也有國外進口的濾料，品種繁多，性能各異，主要有下述幾大類型：
（1）高效高性能濾料
高效高性能濾料具有良好的物理、化學性能，收塵率高，粉塵剝離性能好，低壓損，使用壽命長。主要品種有：
1）加厚型膨體玻纖布過濾材料。
2）各種耐高溫纖維濾料：聚酰亞胺纖維（P84）、聚丙硫醚纖維（Ryton）、芳香族聚酰胺纖維（Nomex、Conex）、預氧化碳纖維等分別和玻纖混配復合，制成針刺過濾氈濾料。
3）覆膜濾料：表面經覆膜形成光滑面，其除塵機理為微孔篩濾，除塵效率高，對極細的粉塵也十分有效，粉塵剝離性能好，并且能夠在高溫下工作。
4）駐極熔噴非織造濾料：使用駐極熔噴非織造布制成的濾料具有過濾效率高、容塵量大、空氣阻力小、空氣過慮速高，過濾效率隨時間衰減不明顯及價格便宜等優點，這種材料在通風、空調和凈化工程的應用中具有廣闊的前景。另外，使用聚丙綸生產的熔噴濾料化學穩定性高，吸濕低。同時在需要深層過濾的需求下，熔噴非織造布因其纖維細，比表面積大，空隙率高以及優良的深層過濾效能等特點，被認為是****有前途的過濾材料。
（2）超高溫濾料
采用此類濾料對工業生產中產生的各類高溫煙氣過濾不必預先冷卻，但濾料價格昂貴，主要用于溫度環境十分惡劣的場合，用量很少。超高溫濾料有：
1）金屬纖維針刺氈：可在300℃～600℃高溫下使用，一般使用溫度為450℃。這類纖維氈有不銹鋼針刺氈等。
2）高硅氧濾料：這種濾料由一種特殊玻璃纖維制成，可在600℃高溫中長期使用，****使用溫度達800℃。
3）陶瓷纖維濾料：此類濾料可在760℃長期使用，****使用溫度可達1000℃。
（3）觸媒涂層濾料
觸媒涂層濾料是在濾布表面涂復脫氮觸媒，使濾料具有除塵與脫氮功能，若與堿性吸收劑并用，還可除去酸性氣體，如二氧化硫、氮氧化物等。
2.4高效濾料的新加工工藝進展
（1）作為新一代高效濾料的覆膜濾料將在不斷完善基礎上獲得更加廣泛的應用
覆膜過濾技術即表面過濾技術，是在濾料表面構造一層微孔膜態物。它依賴于成型膜的致密度以及附著在膜表面的粉塵層過濾微米數量級及其以上粒徑的顆粒物。該膜態物本身具有耐水、耐油、耐腐蝕、透氣性好、透氣量高、微粒過濾等物理特性，擴大了袋式除塵器的使用范圍。覆膜濾料的微孔結構濾塵效率極高，比普通的濾料提高了一個數量級，可滿足嚴格的排放要求，特別是對人體可吸入性粉塵（<5μm）同樣有很好的過濾效果。
（2）各種復合濾料制造技術將有效地推動高效濾料的系列化和多功能化，適應不同工況需求
復合濾料是指采用兩種以上方法制成或由兩種以上材料復合而成的濾料，主要體現在以下方面：
1）纖維材料復合
主要是將化學纖維和玻璃纖維進行復合，并進行特殊的化學處理。發揮了兩種或兩種以上纖維的優點，克服了化學纖維不耐高溫、玻璃纖維不耐折的缺點，是價廉物美的耐高溫濾料新品種。復合濾料的開發立足于市場的需求，針對各行業的實際工況精心設計，滿足客戶的要求，彌補了合成纖維性能之間的空白，更適合我國的實際情況。
2）漸進式濾料
是指濾料在加工時根據具體工況的需要選擇不同細度的纖維和各層面不同的針刺密度加工工藝，使濾料結構具有不同的密度梯度。迎塵面的超細纖維層主要起過濾作用，有少數超細顆粒會進入超細纖維層。但穿透這層纖維的顆粒很少在濾料深層停留，將會被氣流帶走，其清潔阻力比PPS覆膜濾料約低35%，因此可保證濾料的高過濾精度和低而穩定的壓差。另外，其余層面采用較粗的纖維，并在保障強力剝離的情況下適當降低針刺密度，確保粉塵不進入濾料深層，具有高效的三維過濾效果。
3）預涂層處理
將配制好的粉劑用特殊工藝溶進已縫制好的濾袋濾料內部，再用粘結劑固定，使濾袋未使用前就已具有高效收塵的能力。經預涂層處理后的濾袋在使用前形成了穩定的粉塵初層，比自然形成的粉塵初層具有兩方面的優越性：預涂層在形成粉塵初層方面，可以選擇透氣性好、不易結塊的粉劑，甚至可以選用阻燃、抗靜電粉劑，容塵量也可控制，并且比自然形成粉塵初層過程的時間短，克服了新濾料前期除塵效率不高的弊��；在粉塵初層穩定性方面，預涂層的粉劑經粘結劑固定，穩定性好，可以降低壓力波動對穩定生產的不利影響。
（3）高效濾料將向非織造布過濾材料、復合膜技術的過濾材料發展，向采用高技術、高性能的玻璃纖維、聚四氟乙烯、芳香族聚酰胺纖維、碳纖維、金屬纖維等材料開發多功能的濾料發展
國外對過濾材料的研究生產應用，已形成一個較完整的系統。每個濾布材料的性能（如透氣性、強度、截留粒子能力等），都有一套完整的測試和試驗手段，采用新材料開發的濾布不斷增加。為了減少清灰阻力，國外已從織布類濾料開始向纖維柵類濾料過渡。纖維柵類濾料是將長纖維上下縱向布置形成一根根的柵欄，當一層柵欄過濾效果不理想時，再加上另一層柵欄，直至達到理想的過濾效果。為了減少粉塵泄漏、提高過濾性能、降低成本、延長使用壽命，可將細直徑的玻璃纖維與耐高溫的合成纖維優勢互補，制成復合針刺氈濾料。
3.未來的發展趨勢
（1）在世界范圍內，玻璃纖維過濾材料在高效空氣過濾材料中仍占據主導地位，但覆膜及駐極材料在某些方面已經取代了它。有人認為，一旦覆膜材料解決了低氣流阻力下過濾性能差的問題，覆膜材料將取代玻纖過濾材料。
（2）耐高溫過濾材料的發展將會加快。玻纖覆膜的過濾材料、P84纖維、PPS纖維、芳香族纖維、金屬纖維、陶瓷纖維等高溫過濾材料獲得應用，新型金屬和陶瓷燒結過濾材料也取得很大進展。
（3）世界范圍內的恐怖事件，以及新型冠狀病毒、SARS、禽流感、豬流感等突發性公共衛生事件的發生也給各國敲響了警鐘，各國紛紛研究開發新型寬譜防護過濾材料，以確保對各種氣溶膠（特別是生物氣溶膠）的有效防護。
