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华南理工大学孙召霞:原纤化纤维用于开发可在高油性气溶胶浓度下使用的双层空气过滤器及其性能研究

学术动态    2022-06-09 15:46

DOI: 10.1016/j.seppur.2022.121263

 

目前,双层结构纳米纤维复合过滤器的应用面临以下两大挑战:(1)它们在重复空气净化过程中容易变质;(2)在高油性气溶胶浓度条件下的使用寿命仅为纯固体颗粒条件下的一半。在这项研究中,使用原纤化纤维制备稳健的双层结构空气过滤器。研究了过滤器中原纤化纤维含量对其性能的影响。将其性能与一种具有类似初始过滤效率的商用静电纺丝纳米纤维复合过滤器进行了比较。与商用过滤器相比,它们的使用时间更长,这有助于延长净化循环的持续时间,降低净化循环的残余压降。此外,所制备的过滤器比商用过滤器更稳健。它们对不同DEHS含量的癸二酸二异辛酯(DEHS)-A2粉尘混合物的容尘量是市售过滤器的1.6至5.1倍。本研究表明,原纤化纤维可用于开发稳健、可重复使用且使用寿命长的过滤器,尤其是在含有大量油性气溶胶的恶劣条件下使用。

 

图1.MFT过滤器的制造示意图。

 

图2.具有不同原纤化纤维含量的复合过滤器的性能。(a)SEM图像,(b)初始过滤效率和压降,(c)复合过滤器的品质因数。

 

图3.两种过滤器的性能。(a,b)MFT过滤器表面和横截面的SEM图像,(c,d)商用过滤器表面和横截面的SEM图像,(e)在5cm/s下两种过滤器对不同直径NaCl颗粒的过滤效率曲线,(f)不同速度下过滤器的压降。

 

图4.(a)MFT过滤器和(b)商用过滤器的速度场模拟,(c,d)MFT过滤器和(e,f)商用过滤器中的模拟颗粒沉积行为。

 

图5.两种过滤器的循环性能。(a)每个净化循环后两种过滤器的压降转变,(b)持续时间和残余压降,(c)十次净化循环期间的除尘率,(d)过滤效率(0.26μmNaCl,5.3cm/s,再生(e)MFT过滤器和(f)商用过滤器的SEM图像。插图显示了过滤器的横截面。

 

图6.两种过滤器对具有不同DEHS含量的DEHS-A2混合颗粒的使用性能(@11.1cm/s)。(a)不同DEHS含量的混合颗粒的粒径分布,(b)MFT过滤器的压降演变曲线以及(c)不同阶段压降分析方法的示例,(d)商用过滤器的压降演变曲线,(e)不同阶段的压降斜率和压降增加至堵塞点的时间,(f)两种过滤器的容尘量。

 

图7.不同DEHS含量的DEHS-A2粉尘混合物负载MFT过滤器中的混合物颗粒分布:(a,b)纯A2,(c,d)20%DEHS,(e,f)40%DEHS,(g,h)60%DEHS,(i,j)80%DEHS,(k,l)纯DEHS。