陶瓷纖維過濾器的應(yīng)用

1、陶瓷纖維過濾器的應(yīng)用胡動力曾令可劉平安稅安澤劉艷春(華南理工大學(xué)材料學(xué)院廣州510640)摘要陶瓷纖維由于其纖細(xì)的形態(tài)良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性在現(xiàn)代工業(yè)中作為過濾材料得到了廣泛的應(yīng)用。筆者綜述了陶瓷纖維過濾材料的發(fā)展?fàn)顩r應(yīng)用和發(fā)展方向。關(guān)鍵詞陶瓷纖維過濾空氣凈化高溫?zé)煔饣み^濾TheApplicationofCeramicFiberFilterHuDongliZengLingkeLiuPinganShuiAnzheLiuYanchun

2、(MaterialCollegeSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou510640)Abstract:Ceramicfiberiswidelyappliedinmodernindustrybecauseofitsaceroseshapegoodthermalstabilitychemicalstabilityasafiltermaterial.Thedevelopmentapplication

3、ofceramicfiberfilterdirectionofdevelopmentarereviewedinthispaper.Keywds:CeramicFiberFiltrationAirPurificationHotgasChemicalfiltration陶瓷纖維過濾技術(shù)是近年來發(fā)展較快的過濾技術(shù)之一。與傳統(tǒng)粒狀濾料相比纖維過濾材料的比表面積較大有更大的界面吸附并能截留懸浮物過濾效果好。相比于泡沫陶瓷它具有更小的孔徑更高的過濾

4、精度。相對于有機(jī)纖維過濾器陶瓷纖維具有良好的熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性和抗熱震性。陶瓷纖維具有的優(yōu)良性能使得其在空氣凈化、高溫?zé)煔膺^濾、化工過濾、柴油機(jī)尾氣微粒捕集、金屬液過濾等方面得到了廣泛的應(yīng)用。1陶瓷纖維過濾器的分類陶瓷纖維過濾器可以分為:陶瓷纖維復(fù)合膜材料、陶瓷纖維紙、陶瓷纖維網(wǎng)(布)、陶瓷纖維過濾體。1.1陶瓷纖維復(fù)合膜材料陶瓷纖維復(fù)合膜材料是在多孔陶瓷支撐體表面復(fù)合一層含有陶瓷纖維的膜材料。在膜層成形過程中陶瓷纖維在支撐體表面迅速

5、架橋使料漿迅速在支撐體表面形成膜層而不會進(jìn)入到支撐體內(nèi)部從而避免了堵塞支撐體內(nèi)部孔洞。通過纖維與支撐體表面顆粒接觸可以使膜層更加穩(wěn)定。陶瓷纖維復(fù)合膜材料兼顧了多孔陶瓷、微孔陶瓷膜、纖維過濾材料的優(yōu)點是目前發(fā)展較快的一種高性能過濾材料在許多領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。薛友祥等[1]以含鋯硅酸鋁纖維耐火骨料及陶瓷粘結(jié)劑為原料制備膜材料選用剛玉和陶瓷高溫結(jié)合劑制備支撐體使用真空抽濾法將膜層材料覆蓋在多孔支撐體表面制備出性能良好的陶瓷纖維復(fù)合膜材料。

6、1.2陶瓷纖維紙?zhí)沾衫w維紙是將陶瓷纖維及結(jié)合劑、添加劑等仿照造紙工藝經(jīng)過制漿、成形、固化干燥等自動化、連續(xù)化工序而最終制成。產(chǎn)品顏色潔白質(zhì)地柔韌平整度好機(jī)加工性能優(yōu)良。陶瓷纖維過濾紙是一種高效過濾材料。該濾材具有流阻低、過濾效率高、導(dǎo)熱系數(shù)低、耐高溫、抗腐蝕、無毒、化學(xué)性能穩(wěn)定等優(yōu)點。在大規(guī)模集成電路、儀器儀表、醫(yī)藥制劑、生物工程、超凈工作室的空氣凈化等方面得到了廣泛的應(yīng)用。康定學(xué)[2]利用超細(xì)玻璃纖維和陶瓷纖維為原料多元無機(jī)酸作分散劑

7、酚醛樹脂、丙烯酸樹脂、醋酸乙烯酯、乙烯共聚物作增強劑硅油作防水劑在600?長網(wǎng)特種濾紙機(jī)上生產(chǎn)出超細(xì)微?？諝膺^濾紙。1.3陶瓷纖維網(wǎng)(布)陶瓷纖維網(wǎng)(布)是一種陶瓷纖維紡織品采用甩絲棉紗線和增強絲經(jīng)過紡紗編織而成。陶瓷纖維紡織品的熱傳導(dǎo)率低耐化學(xué)腐蝕耐高溫主要用于金屬液體的過濾。從而降低熔渣含量改善切削性能提高52007.No.9陶瓷過濾紙的研制成功和開發(fā)利用對其集成電路、自動化儀表和航天航空等尖端技術(shù)的飛躍發(fā)展提供了關(guān)鍵的空氣過濾材料

8、。這種材料的特點是:①過濾捕集的塵埃是超細(xì)微粒粒徑小于0.1μm②過濾效率特別高在800?Πh風(fēng)量下對粒徑0.1μm大小的塵埃過濾效率高達(dá)99.9995%以上③阻力比較低在800?Πh風(fēng)量下空氣流阻力不大于250Pa④抗水性能好不僅能過濾常規(guī)空氣也能過濾含濕空氣抗水性不低于2500Pa⑤強度較高挺度也很好。康定學(xué)[8]利用陶瓷纖維和玻璃纖維為主要原料制備陶瓷纖維紙試驗樣品送重慶無線電專用設(shè)備廠做成過濾器其規(guī)格是GB01型(484?484

9、?220?)用鈉焰法測得的過濾效率已達(dá)到99.998%(空氣流阻力205.8Pa額定風(fēng)量1000?Πh鈉焰噴霧粒徑≤0.5μm)。2.2高溫?zé)煔膺^濾在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中高溫氣體凈化技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛如高溫煤氣石化和化工工業(yè)的高溫反應(yīng)氣體冶金工業(yè)高爐與轉(zhuǎn)爐高溫?zé)煔夤杷猁}工業(yè)的高溫?zé)煔忮仩t、焚燒爐的高溫廢氣等。高溫過濾材料是高溫氣體過濾除塵技術(shù)的核心。由于工作溫度高、氣體腐蝕性強等特點對高溫氣體除塵用過濾材料有很高的要求。過濾材料必須滿

10、足:①耐高溫耐化學(xué)腐蝕②高的過濾精度和低的氣流阻力③過濾效率高可再生性好④抗熱震性好使用壽命長等要求。陶瓷纖維具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性它的工作溫度可高達(dá)1000℃以上并且在氧化還原等高溫環(huán)境下具有很好的抗腐蝕性。因此陶瓷纖維在高溫氣體過濾方面具有獨特的優(yōu)勢。德國Schumacher公司采用真空抽濾法以SiC和硅酸鋁纖維為主要原料生產(chǎn)的Cerafill2H10陶瓷纖維過濾材料其孔隙率達(dá)90%可在950℃下長期使用其氣流阻力僅為一般陶

11、瓷過濾器的30%～50%。美國3M公司采用化學(xué)氣相沉積法生產(chǎn)的CVISiC組合式陶瓷過濾元件由SiC層、碳纖維層及硅酸鋁纖維組成[9～10]具有良好的過濾性能。2.3化工過濾由于陶瓷纖維過濾器具有耐高溫、耐有機(jī)溶劑和強酸堿腐蝕等特點在化工生產(chǎn)中能充分發(fā)揮其特性有著廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。其應(yīng)用包括:①化工生產(chǎn)中在高溫情況下溶液的過濾②化工行業(yè)中各種強酸、強堿液體的過濾如各種電解液處理、純堿過濾、硫酸過濾等③石油工業(yè)中含油廢水的處理柴油、汽油、航

12、空煤油過濾等④制藥行業(yè)中各種藥品的過濾和分離如青霉素等過濾以及醫(yī)藥中間體的過濾⑤飲料、食品、釀造行業(yè)中的過濾除菌如啤酒的釀造、純凈水的生產(chǎn)。李金成[11]報道了一種高耐酸陶瓷紙主要成分為占總重量45%～95%的硅酸鋁陶瓷纖維和5%～15%的有機(jī)結(jié)合劑可以作為酸性溶液的過濾材料。2.4柴油機(jī)尾氣微粒捕集柴油發(fā)動機(jī)因熱效率高燃油消耗率低而廣泛應(yīng)用于國民生活中。然而柴油機(jī)微粒的排放量一般要比汽油機(jī)大幾十倍從而限制了柴油機(jī)的應(yīng)用。如何有效控制柴

13、油機(jī)的有害氣體排放一直是人們普遍關(guān)心的問題。陶瓷纖維過濾器具有高的使用溫度可以用于捕集柴油機(jī)尾氣微粒。陶瓷纖維氈比表面積大過濾效率可高達(dá)95%。但是其強度低容易損壞。NHKSpring公司發(fā)明了一種新型過濾材料這種過濾體的單元由疊層金屬纖維氈和氧化鋁纖維氈組成。從進(jìn)氣口到出氣口疊層纖維氈的孔徑越來越細(xì)保證了微粒的均勻捕獲過濾效率可達(dá)80%～90%同時還能起到消聲器的作用[12]。文獻(xiàn)[13]報道了一種柴油機(jī)微粒捕集器。用特殊的纏繞技術(shù)將

14、陶瓷纖維在一個有電阻的金屬加熱管上纏繞出菱形結(jié)構(gòu)加熱管的一端開放另一端封閉以阻止尾氣流出這樣就可強制尾氣穿過加熱器進(jìn)入陶瓷纖維微粒被捕集在陶瓷纖維中凈化過的尾氣可從陶瓷纖維中逸出。采用12V的直流電源10min就可以再生完畢過濾效率可達(dá)到65%～95%。2.5金屬液過濾在冶金工業(yè)中鑄件里的非金屬夾雜物一直是鑄造產(chǎn)品中遇到的最普遍的鑄造缺陷之一。采用過濾器凈化金屬液可以降低60%～80%熔渣或夾雜物引起的廢品率改善成品的切削性能提高其力學(xué)