纤维束对可吸入颗粒物净化性能及机理研究

摘要

空气中的可吸入颗粒物对环境和人体具有较大的危害，如何更有效地去除空气中的细颗粒物成为研究的热点。作为一种非编织型纤维过滤单元，纤维束过滤器能够依靠摩擦静电捕集作用，实现微细粒颗粒物的分离净化，而且具有压降小、清灰方便、可循环使用等特点,在可吸入颗粒物的过滤净化中具有巨大的应用潜力。为了系统研究纤维束过滤器对可吸入颗粒物的净化效果，本文以城市路面扬尘颗粒物为主要研究对象,考察了纤维种类、入口颗粒物浓度、过滤风速及填充率对纤维束过滤器的除尘性能的影响。
　　对聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维及玻璃纤维三种纤维束过滤器除尘性能的对比研究表明，三种纤维束过滤器的压降均较低，相对而言，聚丙烯腈纤维束的除尘效率和积尘量最高。三种纤维束过滤器的过滤品质因数大小顺序为:聚丙烯腈纤维束>玻璃纤维束>聚丙烯纤维束。
　　采用聚丙烯腈纤维过滤器，考查了入口颗粒物浓度、过滤风速、纤维束填充率对过滤性能的影响。结果表明，随入口颗粒物浓度的增大，过滤器的除尘效率有所降低，积尘量逐渐增大，但压降变化不大。当风速从0.5m/s增加到2.0m/s时，除尘效率在1.0m/s时达到最大值，系统压降随着过滤风速的增大而有所增加，积尘量在风速为1.5m/s时达到最大值。随着纤维束填充率的增大，过滤器的除尘效率随之增大，压降也相应的提高，纤维束单位体积的积尘量则有所降低。在入口颗粒物浓度0.58g/m3、过滤风速为1.0m/s、填充率为1.06%的条件下，随着过滤时间的延长，聚丙烯腈纤维束过滤器的除尘效率为72~86%、压降为20~25Pa、最大积尘量可达到3.2g/cm3。
　　聚丙烯腈纤维束对路面扬尘和粉煤灰等非导体颗粒物的除尘效率较高，对铁精矿导体颗粒物的除尘效率相对较低，因此，聚丙烯腈纤维束更适合去除非导体颗粒物。纤维束对大于10μm和0~1μm以上颗粒物的去除效率相对较低，一般在57~68%；纤维束对1~10μm去除效率较高，可达到71~85%。不同清灰方式对纤维束的除尘性能结果为：强风系统不适合本实验中纤维束的清灰，在自来水+洗涤剂系统下，清洗次数对除尘效率未产生明显的影响，纤维束可以多次重复使用。
　　通过对纤维束过滤器与市售高效滤网过滤性能和实际运行对比试验研究表明，纤维束的除尘效率低于市售高效滤网，但压降远小于高效滤网、单位质量积尘量明显高于高效滤网，纤维束具有低压降高积尘量的特性。
　　在实验研究的基础上，建立了纤维束表面电荷密度同积尘量之间的关系，阐明了纤维束除尘机理，研究结果将为纤维束除尘器在空气净化领域的推广提供理论指导。

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摘要

ABSTRACT

Contents

1 绪论

1.1 选题背景

1.2 净化技术发展概况

1.2.1 静电式净化技术

1.2.2 过滤式净化技术

1.2.3 纤维束除尘技术

1.2.4 净化技术存在的问题及展望

1.3 主要研究内容

2 实验部分

2.1 实验原料

2.1.1 目标污染物的筛选和制备

2.1.2 粉煤灰

2.1.3 铁精矿

2.1.4 纤维束

2.2 实验装置及设备

2.2.1 实验装置

2.2.2 实验设备

2.3 试验方法

2.3.1 过滤风速的测定

2.3.2 除尘效率的测定

2.3.3 积尘量的测定[90]

2.3.4 压降的测定

2.3.5 填充率的测定

2.3.6 电荷密度的测定[87]

2.3.7 过滤品质因数的计算

2.3.8 各粒径除尘效率计算

2.3.11 介电常数测试

2.3.12 电子探针测试

3 纤维束除尘性能影响因素研究

3.1 纤维种类对除尘性能的影响

3.1.1 纤维种类对纤维束除尘效率的影响

3.1.2 纤维种类对压降的影响

3.1.3 纤维种类对积尘量的影响

3.1.4 不同纤维束的过滤品质因数

3.2 入口颗粒物浓度对除尘性能的影响

3.2.1 入口颗粒物浓度对纤维束除尘效率的影响

3.2.2 入口颗粒物浓度对纤维束压降的影响

3.2.3 入口颗粒物浓度对纤维束积尘量的影响

3.3 过滤风速对除尘性能

3.3.1 过滤风速对纤维束除尘效率的影响

3.3.2 过滤风速对纤维束压降的影响

3.3.3 过滤风速对纤维束积尘量的影响

3.4 填充率对除尘性能的影响

3.4.1 填充率对除尘效率的影响

3.4.2 填充率对压降的影响

3.4.3 填充率对纤维束积尘量的影响

3.4.4 聚丙烯腈纤维束最大积尘量的测定

3.5 本章小结

4 纤维束除尘机理的研究

4.1 纤维束表面摩擦带电机理

4.1.1 纤维束的结构及除尘机理

4.1.2 纤维束表面电荷产生方式

4.2 纤维束阻隔拦截机理

4.3 纤维束表面电荷密度的测定

4.3.1 不同种类纤维束电荷密度的测定

4.3.2 不同浓度下聚丙烯腈纤维束电荷密度的测定

4.3.3 不同过滤风速下聚丙烯腈纤维束电荷密度的测定

4.3.4 不同填充率下纤维束电荷密度的测定

4.4 本章小结

5 纤维束过滤器的应用性能研究

5.1 颗粒物粒径对纤维束除尘效率的影响

5.2 纤维束过滤器和编织过滤网性能对比实验

5.2.1 除尘效率的测定

5.2.2 压降的测定

5.2.3 纤维束与过滤网的积尘量对比

5.3 纤维束在空气净化器中应用对比试验

5.4 纤维束的清灰方式及循环使用性能

5.4.1 不同清灰方式对纤维束除尘效率的影响

5.4.2 不同清灰次数对纤维束除尘效率的影响

5.5 本章小结

6 结论

6.1 主要结论

6.2 主要创新点

参考文献

攻读学位期间发表的成果

致谢