【摘要】：當(dāng)前鋼鐵工業(yè)顆粒物排放污染問題依然很嚴(yán)峻,給環(huán)境治理帶來了重大挑戰(zhàn)。而鋼鐵工業(yè)顆粒物排放控制的重點(diǎn)之一在于生產(chǎn)過程中微細(xì)顆粒物的控制,尤其是在原料處理過程中排放的鐵磁性顆粒物,傳統(tǒng)的濾料除塵及覆膜技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)微細(xì)顆粒物的高效捕集,但目前國內(nèi)用于除塵過濾的聚苯硫醚(PPS)、聚四氟乙烯(PTFE)、芳綸等纖維濾料耐溫性能差、產(chǎn)量有限、價(jià)格昂貴,基本依賴于國外進(jìn)口,很難在實(shí)際應(yīng)用過程中大規(guī)模推廣。而聚酰亞胺濾料具有優(yōu)異的耐高溫性能及良好的耐腐蝕性能,在除塵過程中顆粒物在其表面具有非常好的沉積效果,在高溫含塵氣體凈化領(lǐng)域具有極大的應(yīng)用潛力;另一方面,聚酰亞胺濾料對(duì)于粒徑非常小的鐵磁性顆粒物的捕集能力有限,因此,嘗試開發(fā)新型耐溫耐腐蝕磁性功能濾料,對(duì)于鋼鐵工業(yè)的磁性顆粒物脫除具有重要意義。但高性能的磁性聚酰亞胺濾料的制備,仍處于極具挑戰(zhàn)性的開發(fā)階段。本文嘗試以聚酰亞胺濾料負(fù)載鐵酸鈷納米粒子,通過共沉淀法制備磁性聚酰亞胺濾料。為驗(yàn)證納米鐵酸鈷在聚酰亞胺濾料表面優(yōu)異的沉積負(fù)載性能,同樣以共沉淀法制備了磁性PTFE濾料、磁性PPS濾料、磁性玻纖濾料、磁性芳綸濾料,通過掃描電鏡(SEM)、X射線衍射(XRD)、傅里葉紅外光譜(FTIR)、振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)(VSM)等表征分析其負(fù)載的鐵酸鈷納米分布、濾料表面與鐵酸鈷納米的相互作用機(jī)理、鐵酸鈷負(fù)載均勻性,引起的濾料磁學(xué)性能的差異;通過共沉淀法與浸漬法制備的磁性聚酰亞胺濾料性能對(duì)比分析發(fā)現(xiàn),浸漬法突破聚酰亞胺濾料最高承受溫度260℃的限制,獲得了鐵酸鈷結(jié)晶度更高的磁性聚酰亞胺濾料,故浸漬法在制備磁性聚酰亞胺濾料時(shí)能達(dá)到更高的矯頑力和剩余磁化強(qiáng)度;在浸漬法制備磁性聚酰亞胺濾料的基礎(chǔ)上,考察磁性聚酰亞胺濾料制備過程中,不同制備條件對(duì)磁性聚酰亞胺濾料磁滯回線的影響;探討了無磁性聚酰亞胺濾料和磁性聚酰亞胺濾料在力學(xué)性能、耐溫性能、耐酸堿性能等方面的差異,測(cè)試了無磁性聚酰亞胺濾料和磁性聚酰亞胺濾料在捕集細(xì)顆粒物過濾性能方面的差異。具體研究工作如下:首先采用共沉淀法制備負(fù)載鐵酸鈷的磁性聚酰亞胺濾料,通過SEM、XRD、FTIR及VSM等測(cè)試手段,對(duì)比磁性PTFE濾料、磁性PPS濾料、磁性玻纖濾料、磁性芳綸濾料四種磁性濾料,考察負(fù)載的磁性鐵酸鈷納米粒子在聚酰亞胺濾料上的分布特征、結(jié)晶程度、表面官能團(tuán)等,探討聚酰亞胺濾料表面與鐵酸鈷納米粒子間的相互作用機(jī)理,以及磁性聚酰亞胺濾料、磁性PTFE濾料、磁性PPS濾料、磁性玻纖濾料、磁性芳綸濾料的剩余磁化強(qiáng)度、矯頑力的差異。共沉淀法制備磁性聚酰亞胺濾料是在90°C水浴環(huán)境下,鐵酸鈷納米沉淀至聚酰亞胺濾料表面形成的。已負(fù)載納米鐵酸鈷的烘焙溫度受到聚酰亞胺濾料可承受最高溫度的限制,而獲得結(jié)晶度更好的鐵酸鈷納米需經(jīng)過800℃以上的高溫焙燒;浸漬法可單獨(dú)制備鐵酸鈷納米,并進(jìn)行濾料負(fù)載,通過對(duì)比分析浸漬法和共沉淀法制備的磁性聚酰亞胺濾料。結(jié)果表明:聚酰亞胺濾料能提供較大附著表面積,同時(shí)由于自身C=O雙鍵較強(qiáng)的極性使得負(fù)載鐵酸鈷納米粒子更具優(yōu)勢(shì)。研究表明:浸漬法克服了聚酰亞胺濾料可承受高溫的限制,獲得鐵酸鈷納米結(jié)晶度更高的磁性聚酰亞胺濾料。其次,在浸漬法制備磁性聚酰亞胺濾料的基礎(chǔ)上,考察磁性聚酰亞胺濾料制備過程中的濾料預(yù)處理?xiàng)l件、攪拌轉(zhuǎn)數(shù)、鐵酸鈷摩爾濃度、反應(yīng)時(shí)間對(duì)鐵酸鈷在聚酰亞胺濾料上負(fù)載的影響,結(jié)果表明:改性濾料用鹽酸會(huì)因殘留的H~+導(dǎo)致濾料纖維表面羰基和鐵酸鈷表面羥基無法形成O-C=O的p-л共軛,宜用10%鹽酸浸漬達(dá)到去除濾料表面雜質(zhì)的目的;攪拌轉(zhuǎn)數(shù)的提高會(huì)增加流體紊流度,提高鐵酸鈷納米與濾料碰撞吸附的幾率,但轉(zhuǎn)數(shù)超過200r/min時(shí),負(fù)載的鐵酸鈷納米會(huì)因過高轉(zhuǎn)速導(dǎo)致其在濾料表面負(fù)載的不均勻;鐵酸鈷摩爾濃度從0.05mol/L增加到0.1mol/L的過程中,濾料的剩余磁化強(qiáng)度由3.41emu/g增加到3.73emu/g;在鐵酸鈷摩爾濃度超過0.1mol/L時(shí),濾料纖維表面的鐵酸鈷納米負(fù)載的極不均勻。隨著攪拌時(shí)間由0.5h增加到2h,磁性濾料的剩余磁化強(qiáng)度由2.9emu/g提高到3.95emu/g,在攪拌時(shí)間增加至2.5h時(shí),磁性濾料的剩余磁化強(qiáng)度出現(xiàn)小幅下降,從3.95emu/g降至3.91emu/g。最后,將磁性聚酰亞胺濾料放入超高電壓、超大電容量充磁電源裝置EX 4000V,通電后產(chǎn)生磁場(chǎng),使濾料表面磁性鐵酸鈷磁化得到充磁聚酰亞胺濾料。通過濾料可靠性試驗(yàn)和捕集細(xì)顆粒物過濾性能實(shí)驗(yàn)分析,對(duì)比無磁性聚酰亞胺濾料與磁性聚酰亞胺濾料在強(qiáng)力方面的可靠性性能差異,同時(shí)對(duì)比無磁性聚酰亞胺濾料、改性聚酰亞胺濾料、磁性聚酰亞胺濾料、充磁聚酰亞胺濾料四種濾料在捕集細(xì)顆粒物過濾性能方面的差異。結(jié)果表明:磁性聚酰亞胺濾料相較于無磁性聚酰亞胺濾料,磁性聚酰亞胺濾料的經(jīng)緯向強(qiáng)度、耐溫平均保持率、耐酸斷裂強(qiáng)度保持率上下變化幅度不超過5%,但是無磁性和磁性聚酰亞胺濾料均不具備良好的耐堿腐蝕性。在過濾風(fēng)速為1m/min、粉塵初始濃度為70mg/m~3的條件下,進(jìn)行靜態(tài)除塵分級(jí)過濾效率實(shí)驗(yàn)測(cè)試。在氣溶膠細(xì)顆粒粒徑小于2μm的范圍,隨著氣溶膠細(xì)顆粒粒徑越小,充磁聚酰亞胺濾料的過濾效率相比于無磁性、磁性聚酰亞胺濾料提高了近20%。磁性聚酰亞胺濾料因負(fù)載的鐵酸鈷而阻力略微增大,在過濾風(fēng)速為1.5m/min時(shí),磁性聚酰亞胺濾料相比于無磁性聚酰亞胺濾料,阻力增長了3Pa。隨著過濾風(fēng)速由0.5m/min提高到2.5m/min,阻力增長率由100%下降到29%。
【圖文】：

1-纖網(wǎng); 2-輸送簾; 3-壓布輥; 4-針板;5-刺針; 6-剝網(wǎng)板; 7-拖網(wǎng)板; 8-牽拉輥圖圖1-3 針刺濾料生產(chǎn)工藝流程[25]Fig.1-3 Production process of acupuncture filter（3）水刺濾料在 1980 年代左右水刺濾料開始在工業(yè)應(yīng)用方面嶄露頭角，，水刺濾料成品之后看起來幾乎沒有針孔，其表面的平整度、光滑度都要比比針刺濾料的表面要高。同時(shí)具有工藝流程簡(jiǎn)單、沒有污染、纖維在穿插過程中不易損傷等優(yōu)點(diǎn)[26, 27]。水刺氈濾料的生產(chǎn)工藝流程如下圖 1-4 所示。開棉分切卷繞熱風(fēng)干燥給棉梳理輸送預(yù)濕水刺I脫水水刺II圖1-4 水刺濾料生產(chǎn)工藝流程[28]Fig. 1-4 Production process of spunlace filter

纖維過濾機(jī)理[35]
【學(xué)位授予單位】：東華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TQ317;X757

【參考文獻(xiàn)】

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8 陳U

本文編號(hào)：2597991