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《华南理工大学》 2016年
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驻极体过滤材料对PM_(2.5)过滤性能的研究

唐敏  
【摘要】:近年来,我国多次遭遇大范围严重雾霾天气,PM2.5污染已经成为中国的一个严重问题。为了保护人体健康,使用暖通系统空气过滤器能够有效拦截进入室内环境的颗粒污染物。暖通过滤器的关键是过滤材料,在众多过滤材料中,驻极体过滤材料依靠纤维静电能显著提升过滤效率,被广泛地应用于暖通过滤系统。但是驻极体过滤材料在使用过程中存在过滤效率下降的问题,效率下降使得颗粒污染物更容易进入室内环境,威胁人体健康。为了改善驻极体过滤材料的使用可靠性,更有效地保护人体健康,就需要深入研究静电过滤作用的机理,提出更可靠的过滤解决方案。针对属于PM2.5范畴的细小颗粒还没有相关的过滤测试国际标准,ISO CEN/TC 195第6工作组正在制订相关标准。本研究参与了该工作组标准制订的项目,设计搭建了过滤性能的测试系统,与国际知名大学和科研机构进行了交流和数据对比。本文的过滤性能测试系统能够测试单分散颗粒物的初始过滤效率,产生接近大气环境PM2.5粒径分布的多分散颗粒物,测试容尘过程中的过滤效率和过滤阻力变化曲线。在测试系统的基础上,本文针对商业建筑暖通过滤系统用驻极体过滤材料的初始和容尘过滤性能进行了研究,建立了初始过滤效率和容尘过程中过滤效率的理论计算模型,通过使用颗粒带电来改善驻极体过滤材料容尘性能,提出了复合驻极体滤材和超细纤维层得到了新型过滤材料的思路。研究表明:(1)对于纤维带电强度较高的驻极体过滤材料,不同流速下的最易穿透粒径在15 nm至30 nm之间;纤维带电强度较低的驻极体过滤材料,在不同流速下过滤效率曲线都呈现为双峰分布。(2)结合经典单纤维过滤效率理论模型,推导出了针对驻极体过滤材料过滤效率的经验计算模型,此计算模型比较接近实验测试数据,相关性系数的平方R2接近1。(3)静电过滤的机理主要为镜像力、极化力和库仑力的作用,这三种作用力都存在粒径依赖性。镜像力和库仑力只能提升小颗粒的初始过滤效率,极化力只能提升大颗粒的初始过滤效率。(4)使用典型PM2.5粒径分布的多分散颗粒对驻极体过滤材料进行容尘测试时,过滤效率先出现显著下降,下降到一个最低值之后,过滤效率会逐渐上升。如果使颗粒物带电,容尘过程中对于50 nm、80 nm、100 nm、200 nm、300 nm和500 nm颗粒的最低过滤效率能够比电中和颗粒分别提高31.4%、27.1%、26.5%、22.2%、18.2%和11.9%,这对过滤性能是一个显著提升。(5)超细纤维与驻极体过滤材料的复合对过滤材料容尘过滤性能有提升作用。驻极体过滤材料对于50 nm、80 nm、100 nm、200 nm、300 nm和500 nm颗粒的最低过滤效率比初始过滤效率分别下降了46.0%、57.4%、58.4%、58.4%、54.8%和51.0%,而复合过滤材料的最低过滤效率比初始值分别只下降了5.1%、11.0%、14.4%、11.6%、5.7%和5.3%,远低于驻极体过滤材料的下降程度,这在性能上是一个很显著的提升。
【学位授予单位】:华南理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TU834;X513

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