高效过滤材料的现状及发展
1．前言
21世纪人类创造了前所未有的物质财富，加速推进了文明发展进程，但是同时又出现了环境污染生态破坏等重大问题，从而威胁全人类未来的生存和发展。作为****的发展中****，环境污染问题是本世纪我国**关注的焦点问题之一，这一问题解决的好坏直接影响我国是否可以走好可持续发展道路的决定性因素。
随着社会进步和人们生活水平的提高室内空气质量对人体健康的影响已经越来越受到注意、同时随着现代科学和现代工业的发展，特别是电子、精密机械、冶金、宇航、核能、化工等工业以及医疗、制药、食品等部门的发展，对工艺环境的洁净度也提出了更高的要求。这样过滤器尤其是高效空气粒子过滤器（HEPA）、超低穿透率空气过滤器（ULPA）越来越广泛的应用于各个领域。这使得空气过滤材料的研究和发展取得了极大的进步，但同时人们对空气过滤材料也提出了更高的要求。
2．高效过滤材料的研究现状
2.1 我国高效过滤材料现状
随着西方工业的发展，特别是合成纤维的出现，作为过滤烟尘的纤维过滤材料，不再靠单纯的纺织工艺提高滤料的性能，而是引入了物理和化学的加工、处理方法，使滤料的强度、耐热、耐腐、透气、阻燃等性能显著提高，价格更加低廉，品种日趋多样化。到20世纪80年代，欧美研制出一些性能更加优越的纤维滤料，如美国戈尔公司生产的聚四氟乙烯（特氟隆，PTFE）覆膜滤料能够高效地捕集亚微米粒子；由美国唐纳森公司研发的褶皱滤料过滤面积比普通滤料大许多倍，而今已经能够过滤数百摄氏度的高温烟气。纤维滤料发展到今天，不仅可以接近100%地过滤超细粒子，而且可以过滤高温甚至粘性较高或湿度较大的烟尘。
我国的高效过滤材料和袋式除尘技术是同步发展的。70年代开发了玻璃纤维机织滤料、208涤纶绒布、729聚酯机织滤料。80年代初，随着非织造布的发展，又研制成功了合成纤维针刺毡，使袋式除尘器的除尘效果提高了一个数量级；之后，又研制成功了芳砜纶针刺毡滤料，可耐温210℃，并应用于钢铁、有色、炭黑等工业的高温烟气处理；防静电、耐高温、抗腐蚀、防油防水等合成纤维针刺毡产品的开发和生产基本满足了除尘的需求。90年代后期，我国又开发了聚四氟乙烯微孔覆膜滤料，实现了表面过滤，达到高效低阻的效果。目前我国已能生产玻纤机织布、常温化纤针刺毡、防静电针刺毡、防油防水针刺毡、耐高温耐腐蚀针刺毡、驻极熔喷过滤材料、各种玻纤滤料及聚四氟乙烯覆膜滤料等。
但目前，我国高效过滤用纤维的研制仍处于发展阶段，多数依赖进口。例如目前用于高炉煤气净化的国产耐高温滤料品种较少，使用纤维的品种只集中在玻璃纤维和间位芳纶两种原料上。在我国水泥、电力、钢铁、垃圾焚烧等行业除尘应用的P84（聚酰亚胺）纤维全球只有奥地利的1家公司生产，价格昂贵。PPS（聚苯硫醚）纤维过去只有日本 2 家公司生产，2007年美国也有 1 家公司开始生产，2008国内现已能批量生产，使PPS纤维价格略有下降。PTFE纤维过去只有奥地利和日本的2家公司批量生产，价位很高，目前国内已有公司生产该产品，在垃圾焚烧炉袋式除尘器和火电厂燃煤锅炉袋式除尘器上都有应用，并取得了良好的业绩。高端滤料市场不管是火电厂用的PPS滤料，还是水泥厂用的P84滤料、玻纤覆膜滤料，垃圾焚烧炉用的P84滤料、PTFE滤料、玻纤覆膜滤料等附加值比较高的滤料，主要还是为美国和欧洲一些****的滤料公司所垄断，在新建的大型项目上更是如此。
2.2高效空气滤料的特点
1）过滤效率高，气流阻力低
2）材料均匀性好
3）具有较高的机械强度
4）具有良好的抗形变性能
5）具有防水、防火、防霉等特殊性能
与世界上先进的高效过滤材料相比，我国的过滤材料尽管在过滤效率和机械强度等指标上能够达到甚至超过它们的水平，但是在整体上还存在一定的差距，主要是材料均匀度差，抗形变能力普遍较差，防水、防火、防霉等特殊性能的研究还不够深入。这在很大程度上限制了我国滤料的发展水平，是亟待解决的问题。
2.3近年来新开发的滤料
近年来，高效空气滤料的发展很快，市场上不仅有国内开发的新滤料，也有国外进口的滤料，品种繁多，性能各异，主要有下述几大类型：
（1）高效高性能滤料
高效高性能滤料具有良好的物理、化学性能，收尘率高，粉尘剥离性能好，低压损，使用寿命长。主要品种有：
1）加厚型膨体玻纤布过滤材料。
2）各种耐高温纤维滤料：聚酰亚胺纤维（P84）、聚丙硫醚纤维（Ryton）、芳香族聚酰胺纤维（Nomex、Conex）、预氧化碳纤维等分别和玻纤混配复合，制成针刺过滤毡滤料。
3）覆膜滤料：表面经覆膜形成光滑面，其除尘机理为微孔筛滤，除尘效率高，对极细的粉尘也十分有效，粉尘剥离性能好，并且能够在高温下工作。
4）驻极熔喷非织造滤料：使用驻极熔喷非织造布制成的滤料具有过滤效率高、容尘量大、空气阻力小、空气过虑速高，过滤效率随时间衰减不明显及价格便宜等优点，这种材料在通风、空调和净化工程的应用中具有广阔的前景。另外，使用聚丙纶生产的熔喷滤料化学稳定性高，吸湿低。同时在需要深层过滤的需求下，熔喷非织造布因其纤维细，比表面积大，空隙率高以及优良的深层过滤效能等特点，被认为是****有前途的过滤材料。
（2）超高温滤料
采用此类滤料对工业生产中产生的各类高温烟气过滤不必预先冷却，但滤料价格昂贵，主要用于温度环境十分恶劣的场合，用量很少。超高温滤料有：
1）金属纤维针刺毡：可在300℃～600℃高温下使用，一般使用温度为450℃。这类纤维毡有不锈钢针刺毡等。
2）高硅氧滤料：这种滤料由一种特殊玻璃纤维制成，可在600℃高温中长期使用，****使用温度达800℃。
3）陶瓷纤维滤料：此类滤料可在760℃长期使用，****使用温度可达1000℃。
（3）触媒涂层滤料
触媒涂层滤料是在滤布表面涂复脱氮触媒，使滤料具有除尘与脱氮功能，若与碱性吸收剂并用，还可除去酸性气体，如二氧化硫、氮氧化物等。
2.4高效滤料的新加工工艺进展
（1）作为新一代高效滤料的覆膜滤料将在不断完善基础上获得更加广泛的应用
覆膜过滤技术即表面过滤技术，是在滤料表面构造一层微孔膜态物。它依赖于成型膜的致密度以及附着在膜表面的粉尘层过滤微米数量级及其以上粒径的颗粒物。该膜态物本身具有耐水、耐油、耐腐蚀、透气性好、透气量高、微粒过滤等物理特性，扩大了袋式除尘器的使用范围。覆膜滤料的微孔结构滤尘效率极高，比普通的滤料提高了一个数量级，可满足严格的排放要求，特别是对人体可吸入性粉尘（<5μm）同样有很好的过滤效果。
（2）各种复合滤料制造技术将有效地推动高效滤料的系列化和多功能化，适应不同工况需求
复合滤料是指采用两种以上方法制成或由两种以上材料复合而成的滤料，主要体现在以下方面：
1）纤维材料复合
主要是将化学纤维和玻璃纤维进行复合，并进行特殊的化学处理。发挥了两种或两种以上纤维的优点，克服了化学纤维不耐高温、玻璃纤维不耐折的缺点，是价廉物美的耐高温滤料新品种。复合滤料的开发立足于市场的需求，针对各行业的实际工况精心设计，满足客户的要求，弥补了合成纤维性能之间的空白，更适合我国的实际情况。
2）渐进式滤料
是指滤料在加工时根据具体工况的需要选择不同细度的纤维和各层面不同的针刺密度加工工艺，使滤料结构具有不同的密度梯度。迎尘面的超细纤维层主要起过滤作用，有少数超细颗粒会进入超细纤维层。但穿透这层纤维的颗粒很少在滤料深层停留，将会被气流带走，其清洁阻力比PPS覆膜滤料约低35%，因此可保证滤料的高过滤精度和低而稳定的压差。另外，其余层面采用较粗的纤维，并在保障强力剥离的情况下适当降低针刺密度，确保粉尘不进入滤料深层，具有高效的三维过滤效果。
3）预涂层处理
将配制好的粉剂用特殊工艺溶进已缝制好的滤袋滤料内部，再用粘结剂固定，使滤袋未使用前就已具有高效收尘的能力。经预涂层处理后的滤袋在使用前形成了稳定的粉尘初层，比自然形成的粉尘初层具有两方面的优越性：预涂层在形成粉尘初层方面，可以选择透气性好、不易结块的粉剂，甚至可以选用阻燃、抗静电粉剂，容尘量也可控制，并且比自然形成粉尘初层过程的时间短，克服了新滤料前期除尘效率不高的弊病；在粉尘初层稳定性方面，预涂层的粉剂经粘结剂固定，稳定性好，可以降低压力波动对稳定生产的不利影响。
（3）高效滤料将向非织造布过滤材料、复合膜技术的过滤材料发展，向采用高技术、高性能的玻璃纤维、聚四氟乙烯、芳香族聚酰胺纤维、碳纤维、金属纤维等材料开发多功能的滤料发展
国外对过滤材料的研究生产应用，已形成一个较完整的系统。每个滤布材料的性能（如透气性、强度、截留粒子能力等），都有一套完整的测试和试验手段，采用新材料开发的滤布不断增加。为了减少清灰阻力，国外已从织布类滤料开始向纤维栅类滤料过渡。纤维栅类滤料是将长纤维上下纵向布置形成一根根的栅栏，当一层栅栏过滤效果不理想时，再加上另一层栅栏，直至达到理想的过滤效果。为了减少粉尘泄漏、提高过滤性能、降低成本、延长使用寿命，可将细直径的玻璃纤维与耐高温的合成纤维优势互补，制成复合针刺毡滤料。
3.未来的发展趋势
（1）在世界范围内，玻璃纤维过滤材料在高效空气过滤材料中仍占据主导地位，但覆膜及驻极材料在某些方面已经取代了它。有人认为，一旦覆膜材料解决了低气流阻力下过滤性能差的问题，覆膜材料将取代玻纤过滤材料。
（2）耐高温过滤材料的发展将会加快。玻纤覆膜的过滤材料、P84纤维、PPS纤维、芳香族纤维、金属纤维、陶瓷纤维等高温过滤材料获得应用，新型金属和陶瓷烧结过滤材料也取得很大进展。
（3）世界范围内的恐怖事件，以及新型冠状病毒、SARS、禽流感、猪流感等突发性公共卫生事件的发生也给各国敲响了警钟，各国纷纷研究开发新型宽谱防护过滤材料，以确保对各种气溶胶（特别是生物气溶胶）的有效防护。
