基于海洋悬浮物颗粒梯度分布的自清洁式过滤技术与材料研发

摘要

随着海洋基建工程日益增多，施工过程中引起悬浮物扩散问题，已严重影响了海洋生态环境，并给水生动植物的生存造成了严重威胁，为此，研究防悬浮物扩散污染问题及保护海洋生态环境尤为必要。本课题在借鉴国内外学者对过滤材料研究的基础上，分析现有过滤材料的优缺点，结合过滤材料的应用场所，设计满足过滤性能要求及能实现自清洁作用的非织造过滤材料，此材料对解决悬浮物污染问题具有重要作用和意义，并为保证海洋基建施工区顺利开展提供帮助。
　　本论文结合前期相关研究成果，研究分析了非织造过滤材料的过滤理论及研究现状，利用现代测试方法分析了海洋悬浮物成份、分布规律及运动特点等，分析结果表明:悬浮物主要分为粘性和无粘性泥沙两类，泥沙粒径范围大约是4-200μm，其中，粒径为4-20μm约占60％，20μm以上的约占40％，泥沙流速大约为4.2-6.5m/s。
　　本文结合使用场所及过滤性能要求，对纤维材料进行选择和加工。以涤纶纤维为原材料，长度为38mm，并分析了针刺深度和针刺密度等工艺参数对材料力学性能、透气性和孔径大小的影响，并确定了最佳针刺工艺参数，预针刺深度为13mm，主针刺深度为12.1mm，预针刺密度为60刺/cm2，主针刺密度为240刺/cm2。最后，将针刺材料进行热定型、烧毛及轧光等表面光洁整理，其中后整理工艺参数为:热定型温度为200℃，输出速度4.5m/s。
　　本文对整理前后两种产品的机械性能和过滤性能进行测试分析。实验结果表明:前后者材料的容污量分别为自身重量的0.54和0.2517倍，二者经微动力反冲洗后，其容污量分别减小到自身重量的0.216倍和0.0687倍，而后者的过速度比前者高了0.52cm/s，这可以反映出经过后整理的非织造材料，其过滤性能得到了很大改善，并实现了材料的自清洁作用。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 国内外拦污方法与材料

1．3 研究目标与主要内容

第二章 过滤理论与技术

2．1 过滤理论

2．1．1 过滤机理及应用领域

2．1．2 基本过滤过程

2．2 纤维材料几种过滤机制

2．3 纤维过滤材料

2．3．1 纤维过滤材料研究现状

2．3．2 纤维过滤材料数学模型

第三章 纤维过滤材料加工技术与过滤性能

3．1 非织造过滤材料

3．2 非织造加工工艺及过滤性能

3．3 表层过滤及后整理技术

3．3．1 轧光整理

3．3．2 烧毛整理

3．3．3 热定型

第四章 海洋基建工程中产生悬浮物分析

4．1 悬浮物成份和几何结构测试与分析

4．2 试验仪器与设备

4．3 现场测试及取样

4．3．1 室内试验和固体含量试验

4．3．2 泥沙大小及分布规律

4．4 泥沙参数

4．5 泥沙扩散规律

4．6 实验结论

第五章 过滤材料的设计与开发

5．1 非织造过滤材料结构的设计和研发

5．1．1 材料的结构设计

5．1．2 非织造过滤材料的特点

5．1．3 非织造过滤材料的性能要求

5．1．4 非织造过滤材料的设计

5．2 过滤材料的性能表征

5．3 原材料的选择与加工

5．3．1 原料选择

5．3．2 纤维原料选择

5．3．3 纤维及材料规格

5．3．4 中央基布的选择

5．4 非织造材料的加工

第六章 过滤材料工艺优化与性能验证分析

6．1 工艺参数对产品性能的影响

6．2 针刺深度

6．2．1 针刺深度对材料强力性能影响

6．2．2 针刺深度对材料透气性和孔径大小影响

6．2．3 针刺深度对材料厚度影响

6．3 针刺密度

6．3．1 针刺密度对材料强力和透气性能影响

6．3．2 针刺密度对孔径大小影响

6．3．3 针刺密度对材料厚度影响

6．4 热定型、轧光及烧毛等后整理加工

6．5 过滤材料的性能测试

6．5．1 试验仪器与设备

6．5．2 非织造过滤材料测试指标

6．5．3 非织材料过滤材料的微观结构

6．5．4 非织造材料强力、孔径、透气性能测试

6．6 实验测试

6．7 材料过滤微观结构

6．8 现场实验与验证

第七章 结论

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

致谢