李岱霖,劉洋,楊潔,洪和平,邱新標(biāo)

（1.廈門(mén)理工學(xué)院環(huán)境工程系,福建廈門(mén)361024；2.廈門(mén)美達(dá)斯環(huán)保工業(yè)有限公司,福建廈門(mén)361027）

隨著鋼鐵、冶金、水泥、化工等行業(yè)近年來(lái)迅猛發(fā)展,工業(yè)煙塵尾氣的排放量相應(yīng)俱增.懸浮顆粒物含量超標(biāo)引起的大氣環(huán)境污染將導(dǎo)致環(huán)境效應(yīng)、氣候效應(yīng)和健康效應(yīng)不同程度的惡化[1],我國(guó)“十一五”規(guī)劃綱要明確提出將微細(xì)顆粒物作為城市大氣污染物防治的重點(diǎn)[2].

在眾多除塵技術(shù)中,袋式除塵的突出特點(diǎn)是除塵效率高,實(shí)驗(yàn)室條件下凈化率高達(dá)99.999%,實(shí)際應(yīng)用中可達(dá)到99.9%,致使煙氣中粉塵排放濃度低至10 mg/Nm3以下,甚至達(dá)到2 mg/Nm3[3].此外,袋式除塵設(shè)備具有投資成本低、占地面積小、處理風(fēng)量大、運(yùn)行和維修操作簡(jiǎn)易方便等眾多優(yōu)勢(shì),得到工業(yè)煙塵尾氣治理行業(yè)的廣泛推崇,截至2009年,其應(yīng)用數(shù)量約占各類除塵器總量的60%以上[4].

過(guò)濾材料（濾料）是袋式除塵器的核心部件之一,其自身性能將直接影響實(shí)際除塵效率和除塵效果.聚丙烯纖維由丙烯單體經(jīng)分子間聚合而成,具有成本低、密度小、通透性高、拉伸強(qiáng)度大等優(yōu)勢(shì),成為一種常見(jiàn)的袋式除塵常溫濾料[5].在酸性尾氣工況條件下,聚丙烯可能由于酸性物質(zhì)（如：SOx和NOx）的腐蝕加劇老化、容易產(chǎn)生破損,縮短使用壽命.這一缺陷限制了其在除塵行業(yè)的應(yīng)用,一定程度上增加了袋式除塵運(yùn)行成本.針對(duì)上述使用現(xiàn)狀,選取廈門(mén)某企業(yè)自主生產(chǎn)的聚丙烯產(chǎn)品LB450（克重：450 g/m2）為研究對(duì)象,通過(guò)模擬不同工況使用條件,考察耐酸腐蝕性能,旨在為聚丙烯纖維表面改性研究提供實(shí)驗(yàn)線索,為濾料的合理選用提供理論指導(dǎo).

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 耐酸腐蝕實(shí)驗(yàn)

利用溶液腐蝕實(shí)驗(yàn)法,在酸度（H2SO4）和溫度實(shí)驗(yàn)水平下（見(jiàn)表1）,考察LB450經(jīng)歷60 h的老化過(guò)程.實(shí)驗(yàn)試樣的制備以《織物斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)的測(cè)定》（GB3923—1997）為標(biāo)準(zhǔn),采取平行剪裁法進(jìn)行.

表1 聚丙烯耐酸腐蝕實(shí)驗(yàn)因素水平Tab.1 Experimental factors and levels of polypropylene acid corrosion resistance

1.2 斷裂強(qiáng)力測(cè)試

斷裂強(qiáng)力指濾料發(fā)生斷裂時(shí)的應(yīng)力.由袋式除塵原理所致,濾料在使用過(guò)程中將持續(xù)受到高通量含塵尾氣的慣性碰撞和定期清灰引起的拉伸、扭曲、收縮、膨脹等機(jī)械磨損作用.對(duì)于腐蝕前后的濾料,可以借助斷裂強(qiáng)力指標(biāo)反映其耐久性,評(píng)價(jià)耐腐性能[6].LB450試樣的斷裂強(qiáng)力測(cè)試參照《織物斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)的測(cè)定》（GB 3923—1997）,在型號(hào)為YG026B的電子織物強(qiáng)力機(jī)上完成.為了直觀反映腐蝕樣的耐腐性能變化,本文根據(jù)（1）式計(jì)算了斷裂強(qiáng)力保持率（）,其中Fi和F0分別表示腐蝕和空白樣的斷裂強(qiáng)力.

1.3 紅外光譜測(cè)試

借助Nicolet380型紅外光譜儀,分別對(duì)LB450空白樣和腐蝕樣進(jìn)行了紅外光譜測(cè)試,從微觀分子組成水平考察聚丙烯的老化過(guò)程,對(duì)其耐腐性能變化規(guī)律做出較合理的解釋.

2 結(jié)果與分析

2.1 LB450的耐酸腐蝕性能

LB450的耐酸腐蝕性能結(jié)果見(jiàn)圖1.

圖1 LB450斷裂強(qiáng)力保持率隨酸度變化曲線Fig.1 Breaking strength retention changing curves of LB450 versus acidity

由圖1可知,40℃時(shí),隨著酸度的增加,LB450的經(jīng)、緯向λ保持在80%以上,表現(xiàn)出較好的耐酸腐蝕性能.60℃時(shí),隨著酸度的增加,LB450的經(jīng)、緯向λ均呈現(xiàn)較明顯的降低,到了80℃,該降低趨勢(shì)更加顯著,表明耐腐性能隨酸度和溫度的升高呈降低趨勢(shì),當(dāng)溫度高于60℃時(shí),即使在較低酸度條件下,LB450的耐腐性能不理想.

2.2 紅外光譜分析

圖2 LB450空白和腐蝕樣（80℃）的紅外譜圖Fig.2 Infrared spectrum images of the blank and corrosion samples（80℃）ofLB450

由圖2可知,隨著酸度的增加,LB450空白樣中,1640 cm-1附近的吸收峰逐漸減弱,酸度達(dá)到70%,該吸收峰幾乎消失；在腐蝕樣中,1710 cm-1附近產(chǎn)生了吸收峰,吸收強(qiáng)度逐漸增加.產(chǎn)生該現(xiàn)象的原因可能是：聚丙烯纖維中存在叔碳原子,由于甲基誘導(dǎo)效應(yīng)一定程度上增加了其反應(yīng)活性,使其容易被氧化[7]；此外,纖維中含有少量不飽和碳碳雙鍵（1640 cm-1）,被氧化的可能性有所提高[8].在較高溫度（80℃）下,隨著酸度的增加,H2SO4提供酸性介質(zhì)的同時(shí),表現(xiàn)出不同程度的氧化性,將長(zhǎng)期浸泡的LB450氧化成羰基類化合物,產(chǎn)生1710 cm-1附近的羰基碳氧伸縮振動(dòng)吸收峰[9].早期研究報(bào)道表明,聚丙烯氧化的主要產(chǎn)物包括醛、羧酸和酮類化合物[10],分子中均含有碳氧雙鍵,本文紅外測(cè)試結(jié)果有力支持了該結(jié)論.

LB450紅外譜圖很好的解釋了相應(yīng)條件下的耐腐性能變化規(guī)律.以80℃的經(jīng)向?yàn)槔?酸度30%時(shí),LB450的λ為73.52%,耐腐性能有所降低.相應(yīng)腐蝕樣的紅外譜圖顯示,1640 cm-1附近的吸收峰相較于空白樣有所減弱,在1710 cm-1附近產(chǎn)生了一個(gè)強(qiáng)度較小的吸收峰,表明該條件下LB450被部分氧化.隨著酸度的增加,λ呈現(xiàn)較為顯著的降低趨勢(shì),與之對(duì)應(yīng)的紅外譜圖顯示,1640 cm-1附近的吸收峰逐漸減弱,1710 cm-1附近的吸收峰強(qiáng)度逐漸增加,表明耐腐性能隨著氧化程度的加劇而減弱.

3 結(jié)論

利用溶液腐蝕實(shí)驗(yàn)法,在酸度和溫度實(shí)驗(yàn)水平下,考察了LB450的耐酸腐蝕性能,結(jié)果表明：溫度低于40℃,LB450適宜長(zhǎng)時(shí)間使用；否則,應(yīng)結(jié)合工況酸度進(jìn)行合理選用.LB450在硫氧化物含量較高的酸性尾氣中,耐腐性能降低的主要原因可能是發(fā)生了氧化作用.針對(duì)聚丙烯纖維的表面改性有待從提高其抗氧化性方面著手.

[1] Chan Y C,Simpson R W,Mctainsh G H,et al.Characterization of chemical species in PM2.5 and PM10 aerosols in Brisbane,Australia[J].Atmospheric Environment,1997,31：3773-3785.

[2] 王春燕.實(shí)現(xiàn)污染減排目標(biāo)的有力保障[J].中國(guó)石油和化工,2007（9）：17-19.

[3] 李然然,楊景玲.袋式除塵器在抗酸抗腐蝕性方面研究的現(xiàn)狀[C].全國(guó)袋式過(guò)濾技術(shù)研討會(huì)論文集,2005（12）.

[4] 中國(guó)環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)袋式除塵委員會(huì).我國(guó)袋式除塵行業(yè)2009年發(fā)展綜述[J].中國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè),2010（8）：11-17.

[5] 沈志明.丙綸非織造布的應(yīng)用前景[J].非織造布,2010,18（4）：18-20.

[6] 王玉華.兩種濾料耐腐蝕性研究[D].沈陽(yáng)：東北大學(xué),2005.

[7] Edward P J.Polypropylene Handbook：Polymerization,Characterization,Properties,Processing,Applications[M].Cincinnati（United States）：Hanser gardner publications,1996：114-123.

[8] 廖霞,唐人成.氧化處理對(duì)聚丙烯纖維可染性的影響[J].國(guó)外絲綢,2005（2）：1-3.

[9] 蔣先明,何偉平.簡(jiǎn)明紅外光譜識(shí)譜法[M].桂林：廣西師范大學(xué)出版社,1992.

[10] James C W,Chien B C R.Polymer Reactions.V.Kinetics of autoxidation of polypropylene[J].Journal of Polymer Science：Part A-1,1967,5：3091-3101.