超低阻呼吸防护用聚乳酸纳米纤维膜制备及长效过滤性能

长期暴露于大气环境中高浓度的细颗粒物(PM_(2.5))会对人类的长期健康效应产生消极影响,传统空气过滤材料难以兼顾高效、低阻的防护效果,且不可降解,不仅加剧全球塑料污染,还易产生更强的微塑料危害。为此,制备了一种具有空气滑移效应、自供能且可生物降解的纳米纤维膜,以保障长效、低阻呼吸防护。提出两步水热法制备平均粒径49.6 nm、易分散的BaTiO_(3)电介质,同时利用“静电纺丝-静电喷雾”法将BTO纳米颗粒(BTO NPs)原位嵌入PLA纤维膜,利用BTO NPs的摩擦电效应和尺寸效应同步调控纤维膜的过滤效率和空气阻力。通过控制喷雾悬浮液中BTO NPs的浓度,探讨其与PLA/BTO纤维膜电活性、过滤性能和力学性能之间的关系。微观表征和性能测试结果表明:PLA/BTO纤维膜具有优异的电活性、过滤性能及力学性能。PLA/BTO纤维膜表面电势可高达5.9 kV,介电常数达1.20 F/m,平均输出电压高达12.4 V;得益于增强的空气分子滑移效应和电活性,PLA/BTO10纤维膜在显著降低空气阻力(低至20 Pa)的同时,对PM_(0.3)过滤效率提升了7.78%~9.05%,对PM_(2.5)过滤效率提升了2.90%~13.19%,即使在85 L/min高测试流量下仍能保证高达97.25%的PM_(2.5)过滤效率;同时,PLA/BTO纤维膜拉伸强度增幅高达60%(拉伸强度22.5 MPa),断裂伸长率增幅高达68%(断裂伸长率25%),而断裂韧性最高可提升1.3倍(断裂韧性3.6 MJ/m^(3))。因此,提出的兼具长效、低阻过滤且可降解纤维膜在呼吸防护领域具有广阔的应用前景,也为缓解废弃口罩加剧的塑料污染现状提供了一种新思路。

基于PPR和NSGA-Ⅱ的泵前微压过滤器水力与过滤性能研究

【目的】探究泵前微压过滤器的性能。【方法】开展5组流量(2~8m^(3)/h)、5组含沙量(0.5~2.0g/L)、3组滤网过滤面积(1 105、1 582、2 060 cm^(2))和4组分水器型式(不加、1型、2型、3型)的物理模型试验,采用投影寻踪回归分析法(PPR)、多目标遗传算法(NSGA-Ⅱ),建立水头损失、截沙质量和总过滤效率的预测模型,探究各指标的影响因素排序,确定泵前微压过滤器的最佳运行工况。【结果】影响泵前微压过滤器水头损失的因素排序为进水流量?含沙量?滤网过滤面积;影响截沙质量的因素排序为含沙量?滤网过滤面积?进水流量;影响总过滤效率的因素排序为滤网过滤面积?含沙量?进水流量;以相对误差≤10%作为判定标准,建立的截沙质量和总过滤效率PPR预测模型合格率为100%,模型精度较高,但水头损失PPR预测模型合格率仅为70%,模型不可靠。本试验范围下泵前微压过滤器的最佳运行工况为:含沙量2 g/L、进水流量7 m^(3)/h、滤网过滤面积2 060 cm^(2)。【结论】PPR预测模型对截沙质量和总过滤效率的预测精度较高,对水头损失的预测误差较大,在后期可用量纲分析与多元回归相结合预测水头损失、截沙质量和总过滤效率。

熔体微分电纺PLA/PAAS纳米纤维空气滤膜的制备及高湿环境下的过滤性能

为解决高湿环境下,空气滤膜的过滤效率迅速降低的问题,采用聚丙烯酸钠(PAAS)熔融共混改性聚乳酸(PLA),并且,利用熔体微分静电纺丝方法制备了PLA/PAAS熔体电纺亲水纳米纤维滤膜(PLA/PAAS电纺滤膜),主要研究了PAAS含量变化与滤膜性能之间的关系及高湿环境下,PAAS材料对滤膜过滤性能的影响。结果表明,当PAAS的含量(质量分数ω)为3%时,克重为40 g/m^(2)的PLA/PAAS电纺滤膜平均直径及直径标准差最小,分别为0.97μm及0.245,过滤效率达到最佳,其值为97.37%,品质因子达到0.0353 Pa^(-1);在高湿环境下,放置48 h后,PLA/PAAS电纺滤膜的过滤效率为95.49%,过滤品质因子为0.0206 Pa^(-1),证明了PLA/PAAS电纺滤膜在高湿环境下长时间放置后,性能仍保持稳定。

多针头静电驻极熔喷布电场仿真及其过滤性能研究

为获得场强分布均匀且场强值较高的最佳多针头静电驻极结构参数,采用有限元模拟方法,研究驻极多针头与辅助电极等结构参数对场强分布的影响。利用COMSOL Multiphysics软件对多针头静电驻极过程中场强分布规律进行仿真,再通过优化后的多针头驻极装置测试熔喷布的驻极性能及过滤性能,并对其进行验证。结果表明:当电压25 kV、接收距离120 mm、针头直径0.5 mm、针长30 mm、针间距30 mm、高度差5 mm、辅助电极长度36 mm、辅助电极与相邻针水平距离28 mm、多针头曲率为3时,场强CV值为0.17%,消除了多针头驻极边缘效应。当电压25 kV、驻极时间20 min时,过滤效率较优,为93.45%,过滤阻力为84.5 Pa。认为:经过多针头静电驻极后,熔喷布过滤效率和阻力的不匀得到显著改善。

覆膜方法对纳米纤维膜除尘滤料动态过滤性能的影响

为解决聚四氟乙烯(PTFE)覆膜滤料使用中阻力增长快且膜易破损问题,基于静电纺丝技术制备了涤纶(PET)纳米纤维膜,通过直接覆膜法、热处理覆膜法及一步共纺覆膜法将PET纳米纤维膜作为表面膜与聚苯硫醚(PPS)针刺毡滤料进行复合,并对比研究3种覆膜方法制备的PET纳米纤维膜滤料、PPS滤料以及PTFE覆膜滤料的动态过滤性能,结果表明,与PTFE覆膜滤料相比,3种覆膜方法制备的PET纳米纤维膜滤料均表现出优异的过滤性能.稳定过滤阶段,一步共纺覆膜法制备的PET/TPU纳米纤维膜滤料完成单个周期所需时间是PTFE覆膜滤料的2倍,粉尘剥离率为99.79%,其阻力增长速率低、完成单个周期所需时间平稳,降低能耗并减少了气流对膜造成的磨损,在工业除尘领域具有较大应用潜力.

泵前和泵后组合型网式过滤器的过滤性能

为探究泵前和泵后组合型网式过滤器的过滤性能,将泵前和泵后网式过滤器串联,通过室内原型试验,开展不同进水流量、含沙质量浓度和滤网目数对组合型过滤器水头损失和除沙率的影响规律试验研究,并与单一网式过滤器的水头损失和除沙率进行对比.研究结果表明:清水条件下组合型过滤器的水头损失与进水流量具有统计学意义;浑水条件下水头损失随进水流量和滤网目数增大而增大,在进水流量为130 m^(3)/h工况下,进水含沙质量浓度对初始水头损失和总水头损失峰值影响较小;通过极差分析得到各因素对除沙率的影响程度由大到小依次为滤网目数、进水含沙质量浓度和进水流量,确定了最优参数组合为泵前60目滤网、泵后100目滤网、进水流量130 m^(3)/h、进水含沙质量浓度0.18 g/L;当进水流量为110~150 m^(3)/h时,组合型网式过滤器最大水头损失峰值较单一泵前或泵后过滤器分别高41.51%和39.58%.研究结果可为组合型网式过滤器的设计和应用提供一定参考.

流量与含沙量对浮筒网式旋转过滤器水力性能与过滤性能的影响

过滤器是保障微灌系统正常运行的核心设备,而水头损失与过滤效率是评价其性能的2个关键指标。为探明泵前过滤器—浮筒网式旋转过滤器的水力性能和过滤性能,采用方差分析、极差分析、主效应多重比较法对比分析了浮筒网式旋转过滤器在滤网孔径为0.150 mm时,5种不同含沙量、5种不同流量下的水头损失与过滤效率,并确定了试验条件下的最优工况。结果表明:对水头损失而言,流量比含沙量影响大;对过滤效率而言,含沙量的影响更大,且水头损失与过滤效率均随含沙量与流量的增大而增大;最优工况为流量930 L/h、含沙量2.0 g/L,此工况下对应的水头损失为0.281 m,过滤效率为84.01%,可以保证在有良好的过滤效率的同时具有较小的水头损失,从而实现节能减排,高效灌溉的目的。

呼吸防护口罩在高湿及有机溶剂环境中的过滤性能研究

为探究呼吸防护口罩在高湿和有机溶剂中的可靠性,针对传统熔喷布口罩和PTFE覆膜口罩在高湿及有机溶剂环境中的阻力及过滤效率变化展开研究。研究结果表明:PTFE覆膜口罩和熔喷布口罩在高湿环境中过滤效率均有一定下降;在有机溶剂作用下,熔喷布口罩的过滤效率最大降幅为63.87%,而PTFE覆膜口罩变化较小,这主要是PTFE膜和熔喷布的电荷衰减导致的。此外,PTFE覆膜口罩和熔喷布口罩在常规环境中阻力无明显差异,但在高湿环境中测试3 h阻力最大值分别为2493 Pa和218 Pa,水蒸气凝结在PTFE膜表面并堵塞孔隙是主要原因,亲水纤维和口罩复合在短时间内能够减缓阻力增长。研究结果可为呼吸防护口罩的进一步完善与优化提供参考。

纤维球过滤器布流系统优化及过滤性能研究

为了优化工业级过滤器布流系统结构参数及提高其过滤性能,运用多孔介质模型对纤维球过滤器的过滤性能进行了分析,研究了布流系统结构参数对过滤性能的影响,并进行了实验验证,得出:对于直径为1.5 m,轴径比约为1的过滤器,优化后吐水口直径为15~20 mm,吐水口个数为10~12,过滤性能提高了约25%;当滤料层压降达到15000 Pa时,滤速和出水水质不满足生产要求,需要对滤料层进行反冲洗。滤床截污量分布越均匀,滤床径向过滤阻力差异越小,滤床“密封性”越好,过滤器运行越稳定。

用于饮用水处理的商品纳滤膜理化特性与过滤性能研究

针对市政给水领域纳滤工程科学选膜的需求,对18种市售商品纳滤膜进行了理化性质表征与过滤性能评测。结果表明,纳滤膜的纯水渗透系数大多为10~20 LMH/bar;全芳香族与半芳香族聚酰胺膜在形貌结构、官能团组成、表面亲水性与孔径分布方面差异显著。处理天然水时,所有纳滤膜对有机物截留率均高于70%;全芳香族聚酰胺膜大多具有高脱盐率(>90%);半芳香族聚酰胺膜的脱盐率基本在20%~60%,对硬度离子截留率的差异较大。对于苦咸地下水处理等高脱盐需求的应用场景,应选用全芳香族聚酰胺膜;针对去除有机物、保留无机盐的净水需求,建议选用截留相对分子质量为330 Da左右的半芳香族聚酰胺膜。

PMIA纳米纤维膜制备及空气过滤性能

为开发高性能空气过滤纳米纤维材料,以间位芳纶为成纤高聚物,DMAc为溶剂、LiCl为促溶剂,制备间位芳纶(PMIA)纳米纤维膜。通过对其微观结构、孔径、过滤性能表征和测试,探究纺丝时间、纺丝液浓度、纺丝电压等对PMIA纳米纤维膜性能影响,并据此对静电纺工艺参数优选。结果表明:当纺丝时间为2.0 h、PMIA浓度为12%、纺丝电压为15 kV时,所得PMIA纳米纤维膜纤维分布均匀、平均孔径为2.43μm,PMIA纳米纤维膜对PM2.5过滤性能约87.5%,过滤阻力为13.3 Pa,在不同情况下保持良好过滤稳定性。

口罩过滤性能及其影响因素分析

科学佩戴口罩是防止颗粒物及气溶胶对人体健康产生威胁的重要手段,而口罩的性能决定了防护效果。收集了市场上常见的12种不同类型的口罩,分析其结构特点,并通过设置3种不同的流量,模拟分析人体在低速呼吸、正常呼吸和高速呼吸状态下口罩对颗粒物的过滤效率及阻力。研究结果表明:随着测试流量的增加,口罩对颗粒物的过滤效率呈下降趋势。12种口罩中,KN95型口罩、N95型防尘口罩和KN90型口罩的过滤性能较稳定,可用于对防护要求较高的场所。活性炭口罩和2层棉布口罩的防护效果较差,不宜作为防护口罩应用于医疗领域。研究结果为公众合理选用口罩提供参考。

微/纳米纤维层状复合非织造材料的制备及过滤性能

为研究纳米纤维对复合非织造材料结构和过滤性能的影响,以单层ES(PE/PP)纤维网作为纳米纤维的接收基材,利用静电纺丝技术将聚丙烯腈纳米纤维(PAN)均匀收集在纤维网表面。将纤维网进行层叠,得到PAN/ES复合纤维网后,经热风粘合加固制成复合非织造材料。测试分析不同结构设计对复合非织造材料的透气透湿、强力及过滤性能的影响。结果表明,相同条件下,随着单层微米纤维网克重的减小,即纳米纤维层数的增加,复合非织造材料的过滤阻力和过滤效率均呈现先下降后上升再下降的趋势,当纳米纤维层数为7层时,复合非织造材料的纵横向断裂强力及过滤效率最佳;随着各层纺丝时间梯度差的增大,非织造材料的过滤阻力和过滤效率均是先增大后减小再增大,当纺丝时间梯度差为3min时,过滤效率与过滤阻力均最高。

过滤风速对电袋复合除尘器滤袋过滤性能影响的研究

滤袋作为电袋复合除尘器袋区的核心元件,其过滤性能的优劣将直接影响到除尘器粉尘排放浓度、滤袋使用寿命、除尘器运行能耗和维护费用等。过滤风速的大小是决定除尘器除尘效率高低和长期有效运转的关键参数。文章对目前燃煤电厂电袋复合除尘器滤袋常用的两种滤料进行VDI过滤性能试验,研究过滤风速对滤袋过滤性能各个指标的影响。试验结果显示:过滤风速对滤袋过滤性能影响较大,合理地降低过滤风速,能有效提高滤袋过滤效率及粉尘剥离率,降低滤袋残余阻力,延长滤袋清灰周期,延缓滤袋阻力上升,对提高滤袋使用寿命,保证电袋复合除尘器长期稳定运行起到重要作用。

陶瓷过滤机滤料结构优化设计与过滤性能研究

本文的研究目标旨在优化陶质过滤器内部的过滤介质结构以提升其过滤性能。在探索方法上采取了实验验证与数值模拟相结合的方针,研究了滤材结构对过滤效率、流动阻力属性以及耐久性能的影响。调查表明通过细致设计滤材的结构,可以有效提升滤除效率,降低液体的抵抗,并增加过滤装置的使用寿命。研究成果为陶瓷过滤器的设计与应用提供了理论支撑和技术帮助。

制袋工艺及密封方式对滤袋过滤性能的影响

为满足各地日益严苛的排放标准要求,滤袋制袋工艺及密封方式尤为重要。对三针缝制工艺(不做密封处理)、三针缝制后针孔涂胶密封工艺及热熔密封工艺制备的滤袋进行荧光粉渗透性能和过滤性能研究,结果表明:无论是荧光粉渗透测试还是动态除尘过滤试验,三针缝制后针孔涂胶密封工艺和热熔密封工艺制成的滤袋均能阻隔粉尘渗透,且过滤效率相对较高。其中,三针缝制后针孔涂胶密封工艺制备的滤袋,过滤面积损失小,透气性适宜,过滤效果最佳。

不同质量比聚苯硫醚/聚四氟乙烯复合滤料的过滤性能

聚苯硫醚/聚四氟乙烯(PPS/PTFE)复合滤料是目前燃煤电厂电袋/袋式除尘器广泛应用的耐高温滤料之一。制备4种不同PPS与PTFE纤维质量比的PPS/PTFE复合滤料,并对其基本物理性能表面形貌、力学性能、缠结系数及过滤性能进行测试分析。研究结果表明,随着PTFE纤维质量分数的增大,PPS/PTFE复合滤料的厚度、透气性及横向断裂强力呈下降趋势,而横向断裂伸长率则呈上升趋势。相对于PPS滤料,PPS/PTFE复合滤料的过滤性能有所提升,对微细粉尘的捕集效率明显提高。研究结果为燃煤电厂微细粉尘的超低排放提供依据和参考。

微网生物动态膜过滤性能的研究

采用普通微网材料加工的过滤组件与生物反应器一起构成动态膜 生物反应器 ,研究了微网上所形成的生物动态膜的过滤性能 .生物动态膜所具有的较强截留能力主要是由附着的凝胶层产生 .动态膜对相对分子质量<3× 1 0 3 至 >1× 1 0 5的各个级别的溶解性有机物都有 3 0 %～ 60 %的截留率 ,但过滤的精度并不很高 ,不能完全截留相对分子质量大于 1× 1 0 5的溶解性有机物 .已经覆盖有凝胶层的膜片与未使用过的新膜片的清水过滤阻力几乎相等 ,约为 1 9× 1 0 9m- 1.由滤饼产生的过滤阻力占运行中动态膜片总过滤阻力的绝大部分 .新膜片在清水通过时有明显的初始阻力 。

静电纺PAN纳米纤维多孔膜的微观结构与过滤性能

将不同质量分数的聚丙烯腈(PAN)纺丝液进行静电纺丝,制备了PAN纳米纤维多孔膜,并对静电纺PAN纳米纤维膜的形貌、纤维直径、孔隙率和比表面积、力学性能以及过滤性能进行表征和测试。结果表明,随着PAN质量分数的增加,纤维的平均直径明显增加;对应的静电纺多孔纤维膜的孔隙率和比表面积都减小、过滤效率降低。其中,由PAN质量分数为10%的纺丝液制备的多孔纤维膜具有较高的孔隙率和比表面积,分别为51.40%和17.06 m2/g,同时它的过滤效率最高,在过滤速度为5.3 cm/s,实验颗粒尺寸为0.06～0.43μm时,其过滤效率在99.9%～99.993%之间,最易渗透粒径约为0.14μm。

静电纺树枝状聚乳酸纳米纤维膜的制备及其过滤性能

为开发可用于空气过滤的纳米纤维,利用静电纺丝技术一步法制备了树枝状聚乳酸(PLA)纳米纤维膜,探讨了溶剂种类、四丁基氯化铵(TBAC)添加量和纺丝电压对纤维膜形貌结构和性能的影响,同时研究了TBAC添加量和纤维膜厚度对纤维膜过滤效果的影响。结果表明:溶剂为二氯甲烷,PLA和TBAC质量比为8∶1,纺丝电压为30 kV时,制得的纤维膜树枝状结构最为明显,其断裂应力和品质因数分别为23 MPa和0.068,优于纯PLA纤维膜的5 MPa和0.059;随TBAC质量分数的增加,纤维膜的接触角由118°降低至54.5°;当具有明显树枝状结构的纤维膜厚度从10μm增加至40μm时,过滤效率和压降均增大,且当膜厚度为20μm时,过滤效率达到99.89%,阻力约为96.08 Pa,可满足高效空气过滤需求。