天然纳米纤维在空气过滤材料中的应用

胥绍华

(奥斯龙纸业 (滨州)有限公司,山东滨州,256600)

天然纳米纤维在空气过滤材料中的应用

胥绍华

(奥斯龙纸业 (滨州)有限公司,山东滨州,256600)

文章介绍了纳米纤维特性及其在空气过滤材料中的应用,通过实验证明,纳米纤维的加入,使空气过滤效率和容尘量有了大幅提高。

纳米纤维;过滤材料;过滤特性;应用

纳米技术是一种新型科技,从 20世纪 80年代诞生至今表现出了强有力的生命力,得到了飞跃发展。到 2005年为止,国内纳米技术应用发展势头较好的行业有精细化工、纺织、建筑、材料工业等,在过滤领域,纳米技术应用于复合型和功能性空气过滤材料,主要表现形式为纳米纤维和纳米微粒。

1 纳米纤维用于空气过滤材料中

纳米纤维过滤层质量轻、渗透性好、比表面积大、孔隙率高、内部孔隙的连通性好、容易与纳米级的化学物质或功能性物质相结合,很适合用作过滤材料。

由于纳米纤维具有较大的比表面积、表面能和表面张力,所以增加了空气中悬浮微小颗粒在其表面沉积的概率,从而提高了其过滤效率。与传统植物纤维相比较,空气过滤过程中在同等气压损失下,纳米纤维对于颗粒过滤的直接拦截效应和惯性冲击效应更为显著,有利于提高过滤效率,降低阻力,延长使用寿命。纳米纤维在空气颗粒过滤中的优势,使其将逐步取代传统植物纤维滤材应用于各种空气过滤装置中。

2 天然纳米纤维的微观结构与纤维分布

目前国内外现有的过滤材料只能净化直径≥10 μm的颗粒。但是,直径小于 10μm,特别是直径为1～2μm的颗粒对人体的危害最大,例如,二恶英这种致癌物往往会吸附在这些小颗粒上;另外,在超净水、超净油的制备方面也存在相同的问题。奥斯龙纸业 (滨州)有限公司生产的超净纳米过滤材料可以解决这些问题。

奥斯龙 (滨州)有限公司生产的 EFTecTM纤维(天然纳米纤维)是以木浆为原材料生产的原纤化纤维,纤维直径在 50～500 nm之间,纤维直径分布与微观结构见图1和图2。这些原纤化纳米纤维能够对空气中直径 1μm粉尘的过滤效率达 100%。

图1 EFTecTM纤维直径分布图

图2 EFTecTM纤维微观结构

3 天然纳米纤维滤材实验与分析

实验采用 1种现有的标准过滤材料和 3种奥斯龙(滨州)有限公司生产的过滤材料制作相同的空气滤清器,在相同的条件下进行测试。

3.1 4种过滤材料的物理性能

表1 4种滤材物理性能

3.2 实验

3.2.1 产品制备:将不同规格的植物纤维与纳米纤维按比例在水力碎浆机中混合、疏解后,经斜网成形器成形、干燥,用树脂浸渍经二次干燥得到纳米纤维滤纸。根据空气滤清器结构经滤芯褶叠生产线加工做成 Ф328 mm×400 mm筒状空气滤清器。

3.2.2 主要设备与检测仪器:HD-10厚度测试仪;YG461E/Ⅱ透气度仪;库尔特孔径仪;Palas空气滤清器测试仪。

3.2.3 实验条件

(1)符合标准 ISO5011标准;

(2)测试:空气过滤器对颗粒的过滤效率、容尘量和阻力;

(3)发生颗粒:AC细尘及碳黑;(4)发生原理:粉尘扩散;

(5)气溶胶物质:非黏性干粉;

(6)粒径范围:0.1～200μm;

(7)发尘速率:10～530 g/h;

(8)气体流量:0.5～2.5 m3/h;

(9)压缩空气要求:最大 600 kPa。

3.3 实验结果

通过实验数据统计,绘出过滤材料的阻力与穿透率和容尘量的变化关系曲线,见图3、图4。

从图3、图4可看出,与标准过滤材料相比,添加了纳米纤维过滤材料,其标准穿透率大幅降低,即过滤效率提高;容尘量也大幅提高,说明纳米纤维具有优良的过滤与吸附性能。

4 结 论

本实验通过添加天然纳米纤维制备了几种空气过滤材料并对其进行性能测试,结果表明,天然纳米纤维能够提高过滤材料的效率和容尘量,降低进气阻力,延长使用寿命,是一种高效率、高容尘量的过滤材料,为生产高精度过滤材料奠定了技术基础。

[1] High efficiency and high capacity filter media United States Patent,5714067[P].1998.

[2] 梁 川,熊顺举,赵 璜.高精度油滤纸的研制[J].中国造纸,1998,17(9):12.

Application of Natural Nano-fibers in A ir FilterMaterial

XU Shao-hua
(Ahlstrom B inzhou m ill,B inzhou,Shandong Province,256600)

The property of nano-fibers and its application in air filter material were introduced.Taking several filter materials containing nano-fibers for example,the function of nano-fibers in air filtermaterialwas illustrated.

nano-fibers;air filtermaterial

TS761.2

A

0254-508X(2011)06-0075-02

(E-mail:xshpaper@163.com)

胥绍华先生,工程师;主要从事特种纸的开发与生产工作。

2011-01-25(修改稿)

(责任编辑:常 青)