Experimental and theoretical analysis of loading characteristics of electret filter media for charged particles

The degradation of filtration performance in electret filter media during usage poses a significant challenge. Pre-charging of aerosols has been identified as an effective method to mitigate this issue. However, the effects of particle charging characteristics on the loading characteristics of electret filters still need a comprehensive understanding. In this study, a needle-cylinder corona charger was employed to pre-charge aerosols, and the particle charge state was determined by multiphysics simulation. The effects of particle charge polarity and charge quantity on the loading performance of the electret filter were quantitatively investigated. The results showed that the particle charge polarity had a negligible impact on the loading performance under the condition of the equivalent particle charge quantity. In addition, the charged particles effectively improved the efficiency degradation during the loading process of electret media, with higher charge quantities resulting in more pronounced improvements. The electrostatic attenuation factor showed a negative exponential correlation with the particle charge quantity. This was attributed to the uneven particle deposition on fiber surface due to the attraction of charged particles by the opposite charges on the electret fibers, which alleviated the effect of electrostatic shielding.

电晕驻极滤袋对荷电微细颗粒物捕集效率

本文利用单针-板电极负直流高压电晕放电装置对针刺毡滤袋进行电晕驻极处理,设计搭建了由线-板式预荷电器和驻极滤袋集尘装置组成的复合电/袋过滤实验平台,系统的研究了电晕驻极滤袋对未荷电、单极荷正电、单极荷负电以及双极荷电的0.3~10μm微细颗粒物捕集效率,对比了不同风速条件下驻极滤袋对不同荷电类型微细颗粒物捕集效率的稳定性.实验结果表明:相比于原始滤料捕集未荷电颗粒物,库仑作用的引入使得驻极滤料捕集荷电颗粒物具有更高的效率,尤其是对于粒径0.3μm颗粒物提升效果最为明显,荷正电、荷负电和双极荷电使其捕集效率从79.9%分别提升到99.9%、99.3%和98.6%;基于库仑力的静电捕集效率还能够补偿由于风速增大而造成的机械捕集效率降低幅度,对于粒径0.3μm颗粒物,荷正电、荷负电和双极荷电使其捕集效率差值从9.4%分别降低到0.06%、0.2%和5.2%.更具体地说,即库仑引力作用强于库仑斥力作用,且两者均优于异相荷电凝并作用.此外,利用扫描电镜技术分析了不同荷电类型颗粒物在驻极滤袋表面沉积的微观形貌结构,提出了相应的尘饼生长理想化模型用于进一步解释以上实验结果.该研究结果可为进一步发展静电-机械双效捕集脱除微细颗粒物提供参考.

空气净化技术研究(1):纤维过滤

纤维过滤是目前使用最广泛的空气净化技术,主要滤材有无纺布、玻璃纤维、驻极体静电纤维、聚四氟乙烯(PTFE)膜和纳米纤维。本文比较了国内外主要空气过滤器标准中的效率规格,介绍了这5种纤维过滤器的特点,分析了国内外文献报道的这些过滤器的主要性能和优缺点。对3种空气过滤器,即用驻极体静电纤维、PTFE纤维和静电纺丝纳米纤维制造的空气过滤器进行了测试,其中静电纺丝纳米纤维和PTFE纤维空气过滤器虽然仍存在不足,但是已实现了高效低阻的目标。面对全球肆虐不断的各种流行性疾病,空气过滤器不但需要实现高效率、低阻力,更应具备杀灭细菌和灭活病毒的功能,新的、性能更优的纤维过滤材料和空气过滤器有待开发和应用。

静电驻极纳米纤维空气过滤材料研究现状

介绍了空气过滤材料的发展历史,讲述了不同纺丝驻极技术的原理和方法,驻极技术的驻极特点,重点探讨了静电纺丝纳米技术和双驻极技术制备空气过滤材料存在的问题和现状,分析了无机驻极体材料对静电纺丝纳米技术制备薄膜的性能影响和改善方法。

纤维滤料的气溶胶过滤特征

过滤是收集气溶胶颗粒的一种简单、通用的方法。纤维滤料是在低颗粒物浓度下高效收集微米、亚微米乃至纳米级颗粒最经济的过滤介质。目前,玻璃纤维滤料、聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene,PTFE)覆膜滤料和驻极体滤料是应用最广泛的商用纤维滤料。不同的滤料因其过滤机制及结构差异呈现出独特的过滤特征。本文对上述3种滤料的过滤特征进行了系统研究,以期更深刻地了解滤料的过滤行为,并为滤料的选择和使用提供理论依据。

聚丙烯腈/BaTiO_(3)复合纳米纤维过滤膜的制备及其性能

为制备高效低阻的纳米纤维过滤膜,将无机驻极体BaTiO_(3)纳米颗粒加入聚丙烯腈(PAN)溶液中,利用静电纺丝方法制备PAN/BaTiO_(3)复合纳米纤维过滤膜,对其表面形貌、化学结构、水接触角、力学性能和过滤性能进行分析。结果表明:PAN/BaTiO_(3)纳米纤维的直径比纯PAN纳米纤维略有降低,且BaTiO_(3)纳米颗粒均匀地分散在纤维内部;与纯PAN纳米纤维膜相比,PAN/BaTiO_(3)复合纳米纤维过滤膜的水接触角更大,抗污染能力更强,拉伸强度最高增加了75.5%;当BaTiO_(3)质量分数为0.75%时,PAN/BaTiO_(3)复合纳米纤维过滤膜的过滤效率为98.9%,阻力压降为42.7 Pa,品质因子为0.1056,其中静电吸附作用占总过滤效果的36.2%,该纤维膜过滤性能最好,且具有一定的循环使用性能。

复合驻极体聚丙烯熔喷非织造布的研究

研制了一种含有特种电气石微粒复合驻极体熔喷非织造布,并对其纤网结构、力学性能、透气性、表面电荷密度、过滤性能和抗菌性能等进行了测试。结果表明,加入特种电气石之后,纤网的力学性能有所下降;复合驻极体非织造布的驻极效果大大改善,其表面电荷密度、过滤性能及抗菌性均有明显提高。

熔喷聚丙烯驻极体空气过滤材料对不同气溶胶的过滤性能及过滤机理研究

测定了熔喷聚丙烯驻极体空气过滤材料对离子型(KCl)、极性非离子型(DEHS)两种不同实验气溶胶粒子的过滤性能,研究了粒子的粒径、荷电特性及流动速率对过滤性能的影响,分析了惯性效应、扩散效应和静电效应对粒子捕获能力的贡献。结果表明,熔喷聚丙烯驻极体空气过滤材料对不同气溶胶粒子的捕获能力差别较大,对KCl气溶胶的捕获能力要优于DEHS气溶胶,其原因与驻极体空气过滤材料所具有的特殊的静电效应有关。KCl用作实验气溶胶时,不出现MPPS(最易透过粒径)现象,过滤机理以静电效应为主;DEHS用作实验气溶胶时,MPPS值在0.08μm附近,小于经典单纤维过滤值0.3μm,过滤机理以惯性效应、扩散效应为主,以静电效应为辅。

聚丙烯腈聚四氟乙烯纳米纤维膜的制备

研究高效低阻纳米纤维过滤膜的制备及性能。将有机驻极体聚四氟乙烯(PTFE)掺杂到聚丙烯腈(PAN)溶液中,配制PAN质量分数为12%,PTFE质量分数分别为0、0.25%、0.50%、0.75%和1.00%的PAN/PTFE混合溶液,利用静电纺丝技术制备PAN/PTFE复合纳米纤维,利用扫描电镜、红外光谱仪、自动滤料测试仪等分析纳米纤维膜的结构特征和过滤性能。结果表明:PAN/PTFE复合纳米纤维具有PAN的特征吸收峰;相对于纯PAN纳米纤维膜,PAN/PTFE纳米纤维的直径略有增加,纤维膜的表面水接触角、透气率和拉伸强度增大,表面电压增加,且随着PTFE质量分数的增加呈现增加趋势;透湿量略有减小,随着PTFE质量分数的增加呈现下降趋势;抗污染能力增强;PAN/PTFE复合纳米纤维膜的过滤效率增加,在纺丝时间为30 min,纳米纤维膜的面密度为0.85 g/m^(2)左右时,过滤效率为92.10%~99.95%,阻力压降为48.1 Pa~95.7 Pa,PTFE质量分数为0.75%时,纤维膜的品质因子最高,为0.0794 Pa^(-1),过滤效率为99.95%,阻力压降为95.7 Pa。认为:驻极体PTFE的加入可以提高纳米纤维膜的过滤性能,制备的PAN/PTFE复合纳米纤维膜属于高效低阻滤膜,且具有一定的抗污染能力。

“煤灰纱”专用型驻极体空气过滤器的探讨

指出了目前治理“煤灰纱”存在的主要问题,分析了形成“煤灰纱”的颗粒物粒度。驻极体空气过滤材料具有优良的过滤性能,是治理“煤灰纱”的理想过滤材料。重点从滤料和过滤器结构两方面来设计“煤灰纱”专用型驻极体空气过滤器,同时也对该过滤器的清灰装置做了探讨。

聚丙烯非织造布的驻极体电荷存储特性和稳定性

在综述聚丙烯非织造布驻极体电荷存储特性和稳定性最新研究成果的基础上,结合聚合物驻极体材料中电荷存储的基本规律和聚丙烯非织造布的化学结构特点,分析聚丙烯非织造布驻极体电荷的存储特性和稳定性。指出当电流通过介质时空间电荷在晶粒的2个端面上的积聚、结晶区及结晶区和非结晶区之间产生的界面极化是聚丙烯非织造布驻极体电荷的2个主要来源,并就如何提高聚丙烯非织造布驻极体空气过滤材料的电荷稳定性提出了看法。

纳米电气石/聚丙烯驻极熔喷非织造布的研制

研制了一种纳米电气石改性驻极体熔喷聚丙烯非织造布母粒,并采用电晕放电法制备出纳米电气石/聚丙烯驻极熔喷非织造布。探讨了纳米电气石在聚丙烯树脂中的分散状况及改性母粒的流变性能,同时对非织造布力学性能、表面电荷密度和过滤性能进行了测试。结果表明:电气石能较好地分散在聚丙烯树脂中;加入特种电气石之后,纤网的机械性能有所下降;驻极体熔喷非织造布的驻极效果大大改善,其表面电荷密度、过滤性能均有明显提高。

纳秒级脉冲电压作用下聚丙烯膜反极性充电现象的研究

采用针-板电极系统,对无纺聚丙烯过滤膜纳秒级脉冲电压作用下电介质膜空间电荷形成过程进行研究。发现了聚丙烯膜积累的空间电荷与所加脉冲电压极性相反的聚合物膜反极性充电现象。正极性脉冲峰值越高越容易引起聚合物膜反极性充电。峰值足够高且脉宽足够窄的负极性脉冲也导致反极性充电。脉宽大于 200ns 的负极性脉冲作用下,聚合物膜充电过程为同极性充电,并且电荷积累量与脉冲峰值无关,随着脉宽的增大均趋于同一个稳定值。据此,文中提出了基于强场注入和反向注入两种充电过程并存的新理论模型,强调了针—板空气间隙固有放电特性对聚合物膜充电过程的影响。

溶剂溶胀对聚丙烯熔喷非织造布过滤性能的影响

通过跟踪测试表面电位和过滤效率,研究了聚丙烯熔喷非织造布驻极体空气过滤材料经不同溶剂浸泡后过滤性能的变化及其与驻极体电场的相关性.结果表明:聚丙烯熔喷非织造布的高过滤效率主要源于驻极体电场产生的静电效应,而过滤阻力的大小则由其本身的结构所决定;驻极体电场的稳定性依赖于溶剂的溶胀作用.根据Flory-Huggins的溶剂溶胀理论探讨了溶剂浸泡对材料电荷存储能力和过滤效率的影响规律.

聚丙烯熔喷驻极过滤材料表面静电势的研究

将未经过驻极处理的聚丙烯熔喷过滤材料进行电晕驻极处理,通过测定聚丙烯熔喷驻极滤料的过滤效率和表面静电势,分析滤料表面正负电荷的分布以及表面静电势与滤料过滤效率的关系。结果表明:滤料表面的静电势呈现随机的正负分布,并且随着滤料表面平均静电势的提高,滤料的过滤效率提高。

驻极体空气过滤器内气-固两相流动数值模拟技术的研究进展

随着计算机硬件的发展,基于颗粒尺度模拟微细颗粒在驻极体空气过滤器中的团聚和沉积变成可能。回顾了驻极体空气过滤器内气-固两相流动数值模拟技术的发展过程,概述了研究成果,指出了亟待解决的问题。

驻极体非织造布的研究进展

随着人们对环境质量的要求越来越高,驻极体非织造布过滤材料的研究倍受关注。简要介绍了驻极 体过滤材料的过滤及杀菌机理,重点阐述了驻极体的种类、驻极体过滤材料加工方法及其研究进展和 应用前景。

聚合物驻极体气体和空气滤材在环境净化工程中的应用研究与进展

综述了用于环境净化工程中的聚合物驻极体空气(气体)过滤器的滤材的基本性质,并讨论了它们的应用现状和发展。

聚丙烯驻极体过滤材料的充电工艺研究

针对充电工艺参数对聚丙烯无纺布驻极体过滤材料性能的影响,本研究分别以材料厚度、充电电压、充电时间和充电距离为变化参数,使用自行设计的电晕充电装置,测量聚丙烯无纺布表面电势的变化,探讨这些因素对表面电势、驻极的材料透气性以及过滤性能的影响。实验结果表明,充电电压对聚丙烯无纺布的表面电势影响最大,充电电压越高,充电效果越好;充电时间与充电距离对无纺布表面电势影响较小,但在单电荷针充电的情况下,充电距离越大,充电面积越大。因此,对聚丙烯滤材进行驻极处理,能够在不影响材料透气性的同时,有效增强材料过滤颗粒的性能。该研究为实际生产中工艺参数的设定及产品设计提供了参考。

驻极体滤料的空气湿度和静电效应影响机理研究

驻极体滤料越来越广泛的应用于空气净化领域,在防疫期间也起到了重要作用,但其空气湿度和静电效应影响机理研究不足.为此,通过构建亚微米颗粒过滤加载实验系统,研究空气湿度作用下初始状态、浸水处理、去静电处理、老化处理驻极体滤料过滤效率和压降的演变规律.结果表明:空气湿度变化甚至浸水处理不会改变驻极体滤料的初始过滤效率和压降;经去静电处理后驻极体滤料的压降不变,但对于粒径大于20 nm的颗粒,驻极体滤料的初始过滤效率大幅降低;真实环境中使用了5~7个月后的驻极体滤料,其单位面积加载质量和压降增长都较低,但过滤效率出现了显著下降,经去静电处理后过滤效率还会大幅下降,即使用5~7个月后驻极体滤料所带电荷仍未完全消失;加载相同质量颗粒条件下,实验室中加载滤料的过滤效率高于真实环境中加载滤料的过滤效率,这也表明驻极体滤料长时间暴露在真实环境中更易造成电荷衰减.