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　　近年來，空氣過濾技術(shù)在濾料的研制及開發(fā)、過濾機(jī)理的研究及過濾設(shè)備的開發(fā)與應(yīng)用方面取得了較大的發(fā)展。本文主要介紹了近幾年來國內(nèi)外空氣過濾技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r及取得的成果，提出了空氣過濾技術(shù)的研究及發(fā)展有待解決的問題。

　　2.濾料及過濾器的研究與發(fā)展

　　2.1 我國濾料及過濾器的發(fā)展應(yīng)用

　　濾料是可將分散于彌散的流體中的固體顆料分離出來的多孔材料，彌散的流體可以是氣體或液體。濾料的種類有纖維濾料、微孔濾膜及覆膜濾料。濾料決 定著過濾過程的效果和效益，它的發(fā)展決定著空氣過濾技術(shù)的發(fā)展。它廣泛地應(yīng)用于室內(nèi)、外空氣質(zhì)量品質(zhì)的控制。此外，在空調(diào)的新風(fēng)過濾、循環(huán)空氣的處理及利 用方面以及環(huán)境保護(hù)、機(jī)械、電力、煤炭、陶瓷、化工、醫(yī)藥、輕工、化肥、農(nóng)藥、糧食加工、港口運(yùn)輸、交通筑路等各行各業(yè)都需廣泛使用過濾技術(shù)和合纖濾料。

　　　　我國濾料生產(chǎn)發(fā)展迅速。20世紀(jì)50年代初，我國還沒有濾料生產(chǎn)廠，市場上也沒有專用的濾料產(chǎn)品；60年代逐步將化纖紡織品作為過濾介質(zhì)，應(yīng)用 到工業(yè)各個(gè)領(lǐng)域中，滿足不同行業(yè)的需要，作各種不同用途的過濾材料制成的化纖過濾布具有耐酸、耐堿、高強(qiáng)力、纖維光潔等特性；70年代未，國產(chǎn)濾料208 滌綸絨布的誕生為過濾技術(shù)推廣應(yīng)用提供了第一1批濾料；80年代又仿照日本產(chǎn)品開發(fā)了729聚酯機(jī)織濾料，并專為過濾除塵的需要研制出針刺氈濾料，提高了 袋式除塵器的濾塵效率；90年代中期，我國科技人員開發(fā)成功覆膜濾料，即采用特殊工藝，將聚四氟乙烯微孔薄膜復(fù)合在機(jī)織布、非織造布濾料或玻璃纖維濾料 上，該濾料過濾時(shí)形成一次粉塵層，實(shí)現(xiàn)了表面過濾，為高效低阻和節(jié)能提供了優(yōu)質(zhì)過濾的材料。

　　　　目前濾料的發(fā)展趨勢是：(1)由二維結(jié)構(gòu)的機(jī)織過濾布向三維結(jié)構(gòu)的非織造過濾布發(fā)展，由短纖纖化機(jī)織過濾布向長絲過濾布發(fā)展，由復(fù)絲加捻過濾布向單絲過濾布發(fā)展；(2)由常規(guī)化纖過濾布向高性能、多功能、高質(zhì)量的過濾布發(fā)展，由合纖濾料向覆膜濾料發(fā)展。

　　　　目前，我國多數(shù)合纖濾料生產(chǎn)企業(yè)后整理和復(fù)合設(shè)備還不夠完善，產(chǎn)品的品種和性能開發(fā)受到一定限制，一些特殊用途的濾料不得不依靠進(jìn)口。今后應(yīng)對(duì)現(xiàn)有濾料進(jìn)行后整理，并應(yīng)用復(fù)合工藝技術(shù)，研制開發(fā)新型濾料，提高國產(chǎn)濾料的性能，形成針對(duì)性和適用性強(qiáng)的產(chǎn)品。

　　　　空氣過濾技術(shù)是通過將濾料制成不同形式的過濾器實(shí)現(xiàn)空氣過濾。為增加過濾器有效面積、優(yōu)化過濾性能，空氣過濾器的結(jié)構(gòu)形式已由原單一的單板形發(fā) 展到褶狀板形或筒形、長圓柱形、堆疊圓盤形及矩陣形。國產(chǎn)高效過濾器最早誕生于1964年。20世紀(jì)80年代初，國外過濾器開始進(jìn)入我國，它促進(jìn)了 國產(chǎn)過濾器的發(fā)展。近年來，國內(nèi)已開始研究國產(chǎn)駐極體靜電空氣過濾器。所謂駐極體是指能長期儲(chǔ)存電荷的電解質(zhì)材料，即采用一些方法使纖維長期具有電 荷，利用靜電捕集機(jī)理提高過濾器捕集效率。目前，國產(chǎn)過濾器的生產(chǎn)存在生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)和檢測標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、效率測試方法不嚴(yán)格、產(chǎn)品規(guī)格花樣繁多及尺寸不統(tǒng)一等問 題；同時(shí)，在微電子及精密機(jī)械行業(yè)，高效過濾器的凈化效果已無法滿足要求，國產(chǎn)亞高效、超高效過濾器有待開發(fā)。這些問題需采用規(guī)范管理及增加研究投 入的辦法來進(jìn)一步地加以完善解決。目前空氣過濾器常應(yīng)用于住宅、辦公、商業(yè)及工業(yè)建筑的潔凈室、HVAC系統(tǒng)、激光外科手術(shù)室、空調(diào)器等場合。 

　　2.2 國外濾料及過濾器發(fā)展?fàn)顩r

　　　　國外過濾材料開發(fā)的新動(dòng)向?yàn)椋合蚍强椩觳歼^濾材料、復(fù)合膜技術(shù)的過濾材料發(fā)展，向采用高技術(shù)、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(fā)多功能的過濾材料發(fā)展。

　　　　國外對(duì)過濾材料的研究生產(chǎn)應(yīng)用，已形成一個(gè)較完整的系統(tǒng)。每個(gè)濾布材料性能，如通氣性能、強(qiáng)度、截留粒子能力等，都有一套完整的測試和試驗(yàn)手 段。采用新材料開發(fā)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(dāng)一層?xùn)艡谶^濾效果不理想時(shí)，再加另一層?xùn)艡冢敝吝_(dá)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，將細(xì)直徑的玻璃纖 維與耐高溫的合成纖維優(yōu)勢互補(bǔ)，制成復(fù)合針刺氈濾料。

　　　　近年來，隨著高科技的介入、紡織新材料的發(fā)展，國外過濾技術(shù)已向醫(yī)療、新材料提取等高新技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展。

　　　　在空氣過濾器發(fā)展方面，近年來，駐極體靜電空氣過濾器為國外應(yīng)用較多的高性能空氣過濾器。一些發(fā)達(dá)國家如美、日等國，前幾年已開發(fā)生產(chǎn)出采用 64MD級(jí)別以上半導(dǎo)體元件、空氣過濾效率達(dá)99.999999%(0.12～0.17μm)以上的超高效空氣過濾器。國內(nèi)企業(yè)在這方面與國外有很大差距。 

　　3.空氣過濾理論的研究與發(fā)展

　　空氣過濾技術(shù)的發(fā)展離不開空氣過濾理論的研究與發(fā)展。過濾理論特別是空氣過濾理論的研究早在19世紀(jì)已經(jīng)開始，而空氣過濾器的研制與發(fā)展只有20多年的歷史，過濾理論由早期的經(jīng)典過濾理論發(fā)展到現(xiàn)代過濾理論及微孔過濾理論。

　　　　對(duì)微細(xì)顆粒運(yùn)動(dòng)規(guī)律的最早認(rèn)識(shí)是在19世紀(jì)初期，當(dāng)時(shí)植物學(xué)家Brown觀察了微細(xì)顆粒懸浮在液體中的運(yùn)動(dòng)(即布朗運(yùn)動(dòng))；1922 年，F(xiàn)reundlich發(fā)展了對(duì)氣溶膠過濾規(guī)律的認(rèn)識(shí)，提出在0.1～0.2μm半徑范圍內(nèi)氣溶膠顆粒存在最大滲透率；1931年，Albrecht率 先對(duì)氣流通過單一圓柱纖維運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了研究，建立了Albrecht理論，隨后Sell對(duì)其進(jìn)行了必要的改進(jìn)。

　　　　1936年，Kaufmann首先把布朗運(yùn)動(dòng)和慣性沉淀的概念一同應(yīng)用到纖維過濾理論中，推導(dǎo)出過濾作用的數(shù)學(xué)公式；1942年，Langmuir繼續(xù)對(duì)過濾理論進(jìn)行研究，認(rèn)為過濾是截留和擴(kuò)散的集合及慣性粒子在過濾纖維上的沉淀是可以忽略的。

　　　　1952年，Davies把擴(kuò)散、截留和慣性3種機(jī)制結(jié)合起來并用公式表示出來，從而建立了新的過濾理論——孤立纖維理論；1958年 Friedlander及1967年Yoshioka發(fā)展了獨(dú)立纖維理論，他們對(duì)較大雷諾數(shù)情況下顆粒的慣性、擴(kuò)散沉積及重力效應(yīng)和過濾 器阻塞現(xiàn)象進(jìn)行了研究和總結(jié)；1967年，Pickaar和Clarenburg試圖提出一個(gè)纖維過濾器微孔結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)理論；1987年P(guān)ich及 1993年Brown在其專著中描述了過濾理論的最新發(fā)展。

　　　　早期的經(jīng)典過濾理論主要以單一纖維模型為基礎(chǔ)，認(rèn)為過濾效率由3種機(jī)制決定：慣性效應(yīng)、截留效應(yīng)、擴(kuò)散效應(yīng)。整個(gè)顆粒的捕集依靠多種捕集機(jī)理的聯(lián)合作用。

　　　　現(xiàn)代過濾理論證明了慣性沉淀的正確性和最大穿透力粒子的存在，認(rèn)為過濾效率是截留效應(yīng)、布朗擴(kuò)散效應(yīng)、重力效應(yīng)、沉淀效應(yīng)與壓力效應(yīng)的集合；過 濾過程中可能存在的機(jī)理有攔截、慣性碰撞、擴(kuò)散、靜電效應(yīng)、庫侖吸引一排斥、映像力、電泳力及沉淀(重力)?，F(xiàn)代過濾理論中具有代表性的是Davies的 過濾理論與Kuwarbara的流場分布。

　　1992年，Payet、Gougeon和Attoui考慮了氣體在單一纖維上的滑動(dòng)，對(duì)經(jīng)典理論引入修正系數(shù)，使得理論與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更 好地吻合。1995年，Rosnert提出分散在單一纖維體表面的顆粒以不規(guī)則的分布和常常形成樹枝狀結(jié)構(gòu)為特征，建立了最進(jìn)改善的理論和顆粒在 單一纖維體上的空間分布。利用此理論和計(jì)算程序可預(yù)測顆粒的沉積。

　　2001年，Thomas等對(duì)過濾器在產(chǎn)生阻塞的情況下進(jìn)行了空氣過濾的理論與實(shí)驗(yàn)研究，提出了過濾器在濾餅存在的情況下，過濾效率及 壓力損失的計(jì)算模型。近幾年來，國外許多學(xué)者對(duì)空氣過濾器在積塵情況下的效率性能及濾餅的形成和機(jī)理進(jìn)行了理論實(shí)驗(yàn)及模擬研究，取得了一定的成果。

　　4.結(jié)語

　　過濾理論的研究目前尚不完善，國內(nèi)有關(guān)過濾機(jī)理的研究文獻(xiàn)很少。不同結(jié)構(gòu)過濾器的捕集效率和壓力損失的理論計(jì)算，空氣及多分散顆粒分布參數(shù)對(duì)捕 集效率及壓力損失的影響，過濾器的負(fù)荷特性對(duì)捕集效率及壓力損失的影響及濾料的結(jié)構(gòu)特性對(duì)捕集效率及壓力損失的影響等問題，都有待研究解決。因此，過濾理 論的進(jìn)一步研究對(duì)空氣過濾技術(shù)的發(fā)展具有重大意義和實(shí)用價(jià)值。