陶瓷纖維過(guò)濾器的應(yīng)用

1、陶瓷纖維過(guò)濾器的應(yīng)用胡動(dòng)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(guò)濾材料得到了廣泛的應(yīng)用。筆者綜述了陶瓷纖維過(guò)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(guò)濾空氣凈化高溫?zé)煔饣み^(guò)濾TheApplicationofCeramicFiberFilterHuDongliZengLingkeLiuPinganShuiAnzheLiuYanchun

2、(MaterialCollegeSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou510640)Abstract:Ceramicfiberiswidelyappliedinmodernindustrybecauseofitsaceroseshapegoodthermalstabilitychemicalstabilityasafiltermaterial.Thedevelopmentapplication

3、ofceramicfiberfilterdirectionofdevelopmentarereviewedinthispaper.Keywds:CeramicFiberFiltrationAirPurificationHotgasChemicalfiltration陶瓷纖維過(guò)濾技術(shù)是近年來(lái)發(fā)展較快的過(guò)濾技術(shù)之一。與傳統(tǒng)粒狀濾料相比纖維過(guò)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(guò)濾效果好。相比于泡沫陶瓷它具有更小的孔徑更高的過(guò)濾

4、精度。相對(duì)于有機(jī)纖維過(guò)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^(guò)濾、化工過(guò)濾、柴油機(jī)尾氣微粒捕集、金屬液過(guò)濾等方面得到了廣泛的應(yīng)用。1陶瓷纖維過(guò)濾器的分類陶瓷纖維過(guò)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(guò)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(guò)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(huì)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(guò)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(guò)濾材料的優(yōu)點(diǎn)是目前發(fā)展較快的一種高性能過(guò)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(guò)制漿、成形、固化干燥等自動(dòng)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(guò)濾紙是一種高效過(guò)濾材料。該濾材具有流阻低、過(guò)濾效率高、導(dǎo)熱系數(shù)低、耐高溫、抗腐蝕、無(wú)毒、化學(xué)性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。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?？刀▽W(xué)[2]利用超細(xì)玻璃纖維和陶瓷纖維為原料多元無(wú)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(qiáng)劑硅油作防水劑在600?長(zhǎng)網(wǎng)特種濾紙機(jī)上生產(chǎn)出超細(xì)微?？諝膺^(guò)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(qiáng)絲經(jīng)過(guò)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(guò)濾。從而降低熔渣含量改善切削性能提高52007.No.9陶瓷過(guò)濾紙的研制成功和開發(fā)利用對(duì)其集成電路、自動(dòng)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(guò)濾材料

8、。這種材料的特點(diǎn)是:①過(guò)濾捕集的塵埃是超細(xì)微粒粒徑小于0.1μm②過(guò)濾效率特別高在800?Πh風(fēng)量下對(duì)粒徑0.1μm大小的塵埃過(guò)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(guò)濾常規(guī)空氣也能過(guò)濾含濕空氣抗水性不低于2500Pa⑤強(qiáng)度較高挺度也很好?？刀▽W(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?jiān)囼?yàn)樣品送重慶無(wú)線電專用設(shè)備廠做成過(guò)濾器其規(guī)格是GB01型(484?484

9、?220?)用鈉焰法測(cè)得的過(guò)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^(guò)濾在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過(guò)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(guò)濾材料是高溫氣體過(guò)濾除塵技術(shù)的核心。由于工作溫度高、氣體腐蝕性強(qiáng)等特點(diǎn)對(duì)高溫氣體除塵用過(guò)濾材料有很高的要求。過(guò)濾材料必須滿

10、足:①耐高溫耐化學(xué)腐蝕②高的過(guò)濾精度和低的氣流阻力③過(guò)濾效率高可再生性好④抗熱震性好使用壽命長(zhǎng)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(guò)濾方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。德國(guó)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(guò)濾材料其孔隙率達(dá)90%可在950℃下長(zhǎng)期使用其氣流阻力僅為一般陶

11、瓷過(guò)濾器的30%～50%。美國(guó)3M公司采用化學(xué)氣相沉積法生產(chǎn)的CVISiC組合式陶瓷過(guò)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(guò)濾性能。2.3化工過(guò)濾由于陶瓷纖維過(guò)濾器具有耐高溫、耐有機(jī)溶劑和強(qiáng)酸堿腐蝕等特點(diǎn)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(guò)濾②化工行業(yè)中各種強(qiáng)酸、強(qiáng)堿液體的過(guò)濾如各種電解液處理、純堿過(guò)濾、硫酸過(guò)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(guò)濾等④制藥行業(yè)中各種藥品的過(guò)濾和分離如青霉素等過(guò)濾以及醫(yī)藥中間體的過(guò)濾⑤飲料、食品、釀造行業(yè)中的過(guò)濾除菌如啤酒的釀造、純凈水的生產(chǎn)。李金成[11]報(bào)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(guò)濾材料。2.4柴油機(jī)尾氣微粒捕集柴油發(fā)動(dòng)機(jī)因熱效率高燃油消耗率低而廣泛應(yīng)用于國(guó)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(wèn)題。陶瓷纖維過(guò)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(guò)濾效率可高達(dá)95%。但是其強(qiáng)度低容易損壞。NHKSpring公司發(fā)明了一種新型過(guò)濾材料這種過(guò)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(lái)越細(xì)保證了微粒的均勻捕獲過(guò)濾效率可達(dá)80%～90%同時(shí)還能起到消聲器的作用[12]。文獻(xiàn)[13]報(bào)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(gè)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(qiáng)制尾氣穿過(guò)加熱器進(jìn)入陶瓷纖維微粒被捕集在陶瓷纖維中凈化過(guò)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(guò)濾效率可達(dá)到65%～95%。2.5金屬液過(guò)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(guò)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)