楊俊秋 ，周飛，崔西武，胡學(xué)梅，余靖華，王世山

（1. 武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北武漢， 430050）

（2. 武漢市工程塑料有限公司，湖北武漢， 430050）

1.前言

2013年12月以來，環(huán)境保護(hù)部的數(shù)據(jù)顯示，已陸續(xù)有25個(gè)省份、100多座大中城市不同程度出現(xiàn)霧霾天氣，覆蓋了中國將近一半的國土，面對來勢洶洶的霧霾，各地紛紛拉響應(yīng)急響應(yīng)。包括高速封路，機(jī)場“停擺”，工地停工，學(xué)校停課，大氣污染已經(jīng)成為嚴(yán)重影響民眾正常生產(chǎn)生活和身體健康的重要民生問題，采取有效措施治理大氣污染刻不容緩。專家分析稱，空氣質(zhì)量達(dá)到重污染的狀況，首要污染物為細(xì)顆粒物（PM2.5）,天氣因素是觸發(fā)和加劇霧霾影響的直接因素，但根本因素是持續(xù)的污染物排放，主要大氣污染排放總量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了環(huán)境容量［1］。

圖1 ePTFE微孔薄膜制備工藝

2.PM2.5的危害及主要來源

PM2.5是指大氣中直徑小于或等于2.5μm的固體顆粒物，也稱為可入肺顆粒物，它的直徑大小還不足人的頭發(fā)細(xì)度的1/20。雖然PM2.5的含量在大氣成分中所占的比例并不大，但它對空氣質(zhì)量和大氣能見度等方面具有重大的影響。據(jù)衛(wèi)生部門介紹，由PM2.5而造成的霧霾天氣對人類健康的危害甚至要比沙塵暴還要大。粒徑在10μm以上的固體顆粒物，會(huì)被擋在人的鼻子外面；粒徑在2.5 ～10μm之間的顆粒物，能夠順利進(jìn)入上呼吸道，但部分可通過痰液等排出體外；而粒徑在2.5μm以下的固體顆粒，能很順利地進(jìn)入支氣管，進(jìn)一步被吸入人體肺部，從而干擾肺部的氣體交換。與其它大粒徑的固體顆粒相比，PM2.5具有粒徑小、比表面積大、含有大量重金屬等有毒物質(zhì)且在空氣中沉積時(shí)間長等特點(diǎn)，因此，無論是對人類的身體健康還是環(huán)境質(zhì)量等都有很大的危害性。PM2.5來源非常廣泛、成分也相對復(fù)雜，燃煤鍋爐、汽車尾氣、揚(yáng)塵等是PM2.5含量高的主要元兇，主要源頭包括燃煤電廠、工業(yè)生產(chǎn)、人類日常生活排放的廢氣、汽車尾氣、垃圾焚燒、化石燃料燃燒等。另外，一些排放出的氣體通過發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)也會(huì)轉(zhuǎn)化成PM2.5［2］。

3.ePTFE薄膜在過濾PM2.5中的優(yōu)勢

3.1 PTFE（聚四氟乙烯）特性

PTFE（聚四氟乙烯）俗稱“塑料王”，是由TFE（四氟乙烯）單體經(jīng)聚合而成的具有特殊性能的含氟高聚物高分子材料，具有優(yōu)良的耐高低溫性、在-200~250℃可長期使用；耐腐蝕性極強(qiáng)，除熔融金屬鈉和液氟外，PTFE能耐其它一切化學(xué)藥品，甚至在王水中煮沸也不起變化；電絕緣性能、密封性能等極佳，已廣泛應(yīng)用于電信電纜、密封、航空航天以及環(huán)保等領(lǐng)域。

3.2 ePTFE（expanded PTFE）微孔薄膜

圖2 ePTFE微孔薄膜的微觀結(jié)構(gòu)

ePTFE微孔薄膜是以PTFE為原材料，通過一定的工藝膨化為一種具有多微孔性低密度的薄膜，它具有PTFE所固有的性能，如光滑的表面、極好的化學(xué)穩(wěn)定性、極低的摩擦系數(shù)、耐高低溫和耐老化等優(yōu)良性能。ePTFE微孔薄膜是一種理想的過濾材料，孔徑一般在0.5μm～3μm之間，最小孔徑可以達(dá)到0.02μm。ePTFE薄膜是由許多非常細(xì)小的纖維組成的，纖維之間的孔隙在μm級(jí)，孔隙率可高達(dá)90%，可用作高溫過濾材料，除塵凈化率可達(dá)99.99%，是過濾微顆粒物、凈化空氣的理想材料。ePTFE微孔薄膜具有雙向拉伸的微孔結(jié)構(gòu)，橫向拉伸的均勻性是決定微孔膜孔徑均勻性的關(guān)鍵，也是決定凈化率高低，能否實(shí)現(xiàn)過濾達(dá)標(biāo)排放的關(guān)鍵。

ePTFE微孔膜的常規(guī)制備方法是：將PTFE分散樹脂與液體助擠劑混合，通過壓延法將混合物制成薄片，再用機(jī)器將薄片雙向拉伸，從而制得PTFE微孔膜，工藝流程見圖1。

聚四氟乙烯微孔膜是在不添加任何其它材料，經(jīng)機(jī)械拉伸使其纖維膨化制得。在實(shí)際生產(chǎn)中可根據(jù)樹脂牌號(hào)、設(shè)備及使用要求，合理選用各生產(chǎn)工藝參數(shù)，利用不同工藝控制，得到不同孔徑大小及孔隙率的微孔膜，從而滿足不同的使用要求。圖2為ePTFE微孔薄膜的微觀結(jié)構(gòu)［3］。

3.3 ePTFE薄膜復(fù)合濾料

（1）濾料的組成

ePTFE薄膜復(fù)合濾料，是以PTFE為原料, 通過膨化處理得到一種多微孔的薄膜，然后將薄膜以熱熔或膠粘等特殊工藝復(fù)合在織造物或紙質(zhì)基布上，得到微孔薄膜復(fù)合濾料。在ePTFE薄膜復(fù)合濾料中，ePTFE薄膜主要起過濾作用，而作為基布的傳統(tǒng)濾料只起支撐作用。不同的基布與ePTFE薄膜復(fù)合可制成不同條件下使用的復(fù)合濾料。

ePTFE薄膜復(fù)合濾料具有PTFE所固有的優(yōu)良性能，同時(shí)還具有多微孔性、高透氣性和疏水性等良好性能，此外，實(shí)踐表明，ePTFE薄膜復(fù)合濾料還具有十分高的過濾精度和過濾效率，而阻力增長卻相當(dāng)緩慢，故其得到了廣泛關(guān)注，并在近年大量應(yīng)用于袋式除塵中。

（2）過濾機(jī)理

傳統(tǒng)的濾料如針刺氈、編織濾料等，其過濾機(jī)理實(shí)質(zhì)是一種“深層過濾”技術(shù)，即通過濾料纖維捕集作用，首先在濾料表面形成“一次粉塵層”（即“粉餅”），然后通過這層粉餅來過濾后續(xù)的粉塵。此類傳統(tǒng)濾料在使用初期，由于濾料本身的孔隙較大，部分粉塵會(huì)穿過濾料。只有當(dāng)“粉餅”形成以后，過濾的效果才顯現(xiàn)出來。但是，當(dāng)濾料纖維繼續(xù)捕集，濾料表面的粉塵會(huì)慢慢滲入到濾料中，進(jìn)一步將使濾料孔隙堵塞，導(dǎo)致過濾設(shè)備運(yùn)行阻力不斷增加，最終喪失過濾功能。

ePTFE微孔薄膜復(fù)合濾料是在普通濾料表面加上一層PTFE薄膜而形成的一種新型復(fù)合濾料，具有十分獨(dú)特的交叉微孔特性，ePTFE微孔薄膜相當(dāng)于起到了“粉餅”的作用，物料交換是在濾料表面進(jìn)行的，使用之初即可以進(jìn)行有效的過濾。ePTFE微孔薄膜復(fù)合濾料表面的薄膜特有的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，能有效將粉塵阻擋于門外，且孔隙再無堵塞之憂，該過濾方式稱為“表面過濾”［4］。數(shù)據(jù)顯示，ePTFE薄膜復(fù)合濾料可實(shí)現(xiàn)接近零排放，同時(shí)由于ePTFE薄膜具有不粘性、摩擦系數(shù)小的特點(diǎn)，粉塵會(huì)自動(dòng)脫落，使得設(shè)備阻力長期穩(wěn)定，因此是理想的過濾材料。

（3） ePTFE薄膜復(fù)合濾料的優(yōu)點(diǎn)

與傳統(tǒng)濾料相比，ePTFE薄膜復(fù)合濾料具有諸多優(yōu)點(diǎn)：

一是除塵效率高。ePTFE薄膜像一層人工合成的粉塵層，實(shí)現(xiàn)了“表面過濾”，使濾料的除塵效率可達(dá)到99.9%，接近于“零排放”的水平。尤其是對于超細(xì)粉塵可達(dá)到極高的過濾效率，而傳統(tǒng)的過濾材料的分級(jí)除塵效率則低得多。

二是運(yùn)行阻力低。由于ePTFE薄膜表面的光滑性，粉塵極易脫落，即便是潮濕的超細(xì)粉塵也不會(huì)粘附，因此，用ePTFE薄膜復(fù)合濾料的設(shè)備始終能在低阻力下平穩(wěn)運(yùn)行。

三是過濾風(fēng)速大。ePTFE薄膜復(fù)合濾料相對于傳統(tǒng)濾料而言過濾阻力低，換言之則可提高過濾風(fēng)速，從而使除塵裝置結(jié)構(gòu)更加緊湊，鋼耗量大為減少，提高設(shè)備集塵能力。

四是清灰性能好。ePTFE復(fù)合濾料具有表面光滑且非親水性，所以在清灰時(shí)粉塵極易脫落 。同時(shí)由于清灰壓力強(qiáng)度較低，粉塵與濾料之間摩擦小，濾料的使用壽命較長。

五是適用范圍廣。ePTFE微孔薄膜與各種不同材質(zhì)的基布復(fù)合后，仍然具有耐高溫、耐高濕、耐酸堿、易剝離的特性，適用于各種工業(yè)粉塵治理、煙氣凈化、物料回收和空氣凈化。

六是經(jīng)濟(jì)效益好。使用ePTFE復(fù)合濾料，降低了電能的消耗以及超標(biāo)排放帶來的經(jīng)濟(jì)損失；同時(shí)，提高了產(chǎn)品的回收率，降低了產(chǎn)品的損耗；此外，由于ePTFE復(fù)合濾料的過濾風(fēng)速大，可以減小除塵器的投入，因而減小了除塵設(shè)備的投資費(fèi)用。因此，ePTFE復(fù)合濾料的應(yīng)用使經(jīng)濟(jì)效益大幅提高［5］。

4.ePTFE復(fù)合濾袋在環(huán)保領(lǐng)域的主要應(yīng)用

在環(huán)保領(lǐng)域，ePTFE復(fù)合濾料可廣泛應(yīng)用于袋式除塵器，在防治煙塵特別是超細(xì)粉塵

PM2.5對大氣的污染等方面獲得大有可為。

4.1. 在濾料除塵領(lǐng)域

燃煤電廠領(lǐng)域，燃煤發(fā)電廠在我國普遍存在，煤炭燃燒過程會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化硫、氮氧化物及可吸入顆粒物PM2.5。由于ePTFE具有的優(yōu)良特性，在高溫環(huán)境中使用ePTFE膜和玻璃纖維針刺氈復(fù)合濾料制成的袋式除塵器，可極大降低電廠煙塵的排放。ePTFE膜與玻璃纖維針刺氈復(fù)合濾材是公認(rèn)的能過濾可吸入顆粒物的最有效材料。

在垃圾焚燒治理方面，ePTFE復(fù)合濾袋的應(yīng)用效果十分顯著。垃圾焚燒過程中會(huì)產(chǎn)生大量的污染物，這些污染物具有以下特點(diǎn)：煙氣中存在顆粒物、重金屬、酸性氣體和有機(jī)劇毒性污染物；煙氣含濕量高、露點(diǎn)溫度高、過濾器易結(jié)露；高低溫?zé)煔饨换ゴ嬖?；脫酸處理產(chǎn)生的顆粒物易吸潮導(dǎo)致清灰困難和管道堵塞；煙氣腐蝕性強(qiáng)。以ePTFE微孔膜覆膜后的濾袋，在垃圾焚燒發(fā)電廠的煙氣凈化中可以取得良好的效果。

4.2 在水泥行業(yè)領(lǐng)域

隨著我國節(jié)能減排要求的越來越嚴(yán)格，水泥工業(yè)領(lǐng)域傳統(tǒng)使用的電除塵器已經(jīng)不能滿足國家新的排放標(biāo)準(zhǔn)。在水泥生產(chǎn)工藝流程中，使用傳統(tǒng)的針刺氈和編織濾料難以滿足減排的標(biāo)準(zhǔn)，而表面復(fù)合有ePTFE薄膜濾料制成的袋式除塵器，在減少大氣污染物排放的同時(shí)，還可回收水泥粉末、提高產(chǎn)量、降低生產(chǎn)原料損耗和節(jié)約能源。

4.3 在實(shí)驗(yàn)室凈化領(lǐng)域

在食品、生物、醫(yī)藥、醫(yī)療行業(yè)中對空氣潔凈度級(jí)別較高的潔凈室領(lǐng)域，ePTFE覆膜濾料過濾器具有抗腐蝕好、穩(wěn)定性好、相同的阻力條件下流量大等特點(diǎn)，能夠滿足高效空氣過濾的要求，ePTFE覆膜濾料能在這些行業(yè)中發(fā)揮更大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)潛力和應(yīng)用價(jià)值［6］。

5.結(jié)束語

雖然ePTFE薄膜復(fù)合濾料在過濾PM2.5中的優(yōu)勢顯著、產(chǎn)業(yè)前景廣闊，目前我國生產(chǎn)ePTFE薄膜的企業(yè)也很多，但大多工藝單一、設(shè)備較簡陋、自動(dòng)化程度低、規(guī)模較小、檢測手段不完備，產(chǎn)品合格率不高、孔徑尺寸不夠均勻、成本較高，若用進(jìn)口膜成本更高，使得在過濾PM2.5細(xì)顆粒物行業(yè)應(yīng)用推廣受限。隨著人們對空氣質(zhì)量的密切關(guān)注，國家環(huán)保部門對大氣污染物排放制定了越來越嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，相關(guān)部門及企業(yè)正投入大量的人力物力進(jìn)行研究實(shí)驗(yàn)，本課題組采取校企合作方式，目前正從理論及加工中不斷研究、探討、實(shí)驗(yàn)成型工藝及加工設(shè)備、完善檢測方式，力爭使產(chǎn)品孔徑更均勻、合格率更高，努力提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本，使ePTFE薄膜復(fù)合濾料在過濾PM2.5領(lǐng)域中應(yīng)用更加廣泛、效果更好。

［1］金琴芳等.淺談PM2．5的防治對策建議［J］.污染防治技術(shù)，2013（6）：88-90

［2］趙傳陽等.粉塵PM2．5及其對人體的危害［J］.制冷與空調(diào)，2013（8）：403-406

［3］侯成成等.PTFE覆膜濾袋在控制PM2.5中的應(yīng)用［J］.新材料產(chǎn)業(yè)2013（07）：43-48

［4］吳利瑞等.EPTFE薄膜復(fù)合濾料的性能及應(yīng)用［J］.空調(diào)暖通技術(shù)2001（1）26-29頁

［5］王冬梅等. 高溫過濾材料的應(yīng)用及發(fā)展趨勢［J］.中國環(huán)保產(chǎn)業(yè) ，2009（6）：24-29.

［6］陳虧等. 玻璃纖維／PTFE 高溫?zé)釅焊材V料的發(fā)展現(xiàn)狀［J］. 產(chǎn)業(yè)用紡織品，2010（ 2） : 1-5