過濾與分離技術的新進展

過濾與分離技術的新進展

在過去的20年里，過濾和分離技術取得了很大進步。在全球經濟處于蕩動停滯的形勢下,過濾與分離工業(yè)每年仍以2%～6%的速率增長,一些應用領域的增速高達10%。而合成纖維作為過濾與分離技術的核心材料即過濾介質取得了市場的普遍認可。2007/INDA信息顯示美國用于過濾/分離的非織造布銷售額達7.35億美元,成為北美地區(qū)非織造布最大的消費領域。目前,過濾與分離工業(yè)孕育著持續(xù)增長的機遇,這主要是基于對未來市場供求關系的研究與分析即傳統(tǒng)工業(yè)的發(fā)展,多是圍繞著市場需求而改進產品的品質,并意欲在生產活動前防止出現污染環(huán)境事件的發(fā)生。近年來各國政府與地方,相關法律與規(guī)章制定和執(zhí)行的進程加速。一些傳統(tǒng)工業(yè)領域,包括某些發(fā)展中國家,生態(tài)環(huán)境法規(guī)也正成為工業(yè)發(fā)展的重要準繩,這亦形成過濾工業(yè)發(fā)展的利好條件。一般說來,過濾與分離工業(yè)生產周期較長,多在10～20年或更長。新產品開發(fā)需要和用戶保持密切的合作關系,特別是高性能產品的研發(fā)更需要這樣做。依據目前過濾與分離工業(yè)市場現狀,大致可分為近30個市場分支。通常,液相過濾較之于空氣/氣體過濾有更高的效益。近十年間,經營狀況較好的過濾與分離企業(yè),獲取的EBITDA稅前利潤,甚至達到已經過去的十年間年平均值的倍1兩相過濾體系的滲流機理非均相過濾即液/固相,氣/固相的兩相體系中,以滲流方式穿過多孔物質的孔隙,而固體顆粒被截留于過濾介質一側,或阻擬于介質的孔隙內部。1.1pp織物材料聚丙烯纖維(PP)是用途廣泛的過濾介質材料,具有優(yōu)良的耐酸耐堿及耐溶劑性能。目前PP纖維制品占據著紡絲成網非織造產品的80%市場份額。PP單絲、復絲機織物、熔噴法非織造布(MB)、紡粘非織造布(SB)、空氣粘合織物以及噴紡紗(Sprayspun)等廣泛用于冷態(tài)過濾、油漆噴涂間、噴霧過濾、螺旋成型濾芯、脫水輸送帶以及專門用途的MB織物真空清潔袋德國Reimotec公司Υ0.15～1.0mm,Υ1.0～2.0mm單絲機織物,意大利Sima公司商品名“Technofil”PP167-1100dtex單絲織物已廣泛用于過濾操作。PP短纖維濕法非織造布作為膜材基布,用在可清洗RO/UF膜螺旋成型組件。PP短纖維織物也是廣泛使用在HVAC空氣過濾器的重要介質材料。MB產品可以制作各種細度的過濾介質。在液相過濾中,已在飲料和食品加工過濾、廢水過濾、化學加工過濾以及油漆及乳膠過濾等方面使用,主要是面罩、過濾柵板、空調系統(tǒng)和車間凈化。MB過濾介質可以加工成袋狀,柵板狀或過濾柱芯型。通常MB網材要與其他材料復合,如與PP紡粘非織造布,形成多層結構的過濾制品,復合濾材具有更好的使用性能。在空氣過濾操作中,MB過濾介質性能受MB成型條件的影響,即PP樹酯的MFI規(guī)格選擇,MB成型工藝,復合層材料的選擇及復合結構等,都會影響PP過濾介質的空氣透過效率和孔隙尺寸。1.2pet纖維針刺非織造布在空氣過濾領域的使用PET單絲機織物用于市政污水設施脫水處理。Sefar過濾設備公司提供的PET單絲織物,可用于血液過濾。日本帝人公司濾料用PET單絲,直徑Υ0.2～0.9mm,其919R為高模低收縮型單絲,在采礦業(yè)、食品工業(yè)的廢水處理中使用。帝人公司Elas-Ter單絲具有自潔功能。聚酯與共聚酯纖維的濕法非織造布用作膜材的支撐材料,也可做粘合纖維組份,用于制取玻璃纖維或纖維素纖維的粘合織物,在特定的過濾工藝中使用。PET非織造布已用于泳池過濾,并已廣泛用做折槢型分離裝置和液態(tài)物料微孔過濾膜的支撐材料。美國南卡州立大學采用海島型雙組份紡粘法制得微細旦纖維網,經水刺粘合處理,產品主要用于液相精密過濾。德國Saxonian紡織研究所采用裂片型雙組份紡粘法制得微細旦纖維網,裂片數16,單絲纖度達0.1dtex,纖維網具有十分大的比表面,可用做精密過濾介質。在空氣過濾方面,PET纖維針刺非織造氈占據著極為重要的位置。集塵和灰塵捕集裝置在糧倉、水泥生產、高嶺土加工、鑄造車間以及磨削加工工業(yè)方面有很大的市場。Donaldson公司使用美國PGI公司聚酯紡粘非織造網材,經過水刺工藝處理的產品即“Durolife”用于空氣過濾。西班牙Logrotex公司“Legiotex”非織造工業(yè)氈是專門用于過濾的抗酶菌過濾材料。該產品由多種纖維材料組合,對人健康無傷害,并可依據產品要求改變產品的孔隙尺寸。使用中具有阻止生物膜形成的功能,對水、溫度和化學制劑穩(wěn)定歐洲最大的聚酯企業(yè)之一的Advansa公司使用聚酯短切纖維,濕法成型非織造布產品用在過濾操作。使用的1.7dtex短切纖維,強力4.5～5.2cN/dtex,伸長18%～40%,192℃熱空氣下干熱收縮2%～7%。目前PET短切纖維纖度趨于細旦化,0.35～0.5dtex已在實驗中。1.3pvdf-roxsons過濾介質在過濾工業(yè)領域,含氟聚合物纖維的使用量增長最快,并展現出十分好的應用前景。這主要是基于含氟聚合物具有的化學惰性和耐高溫性能。含氟聚合物纖維材料是電子工業(yè)使用最多的過濾介質之一。用于酸和腐蝕性化學制劑處理,諸如酸洗設備的壓墊和微型芯墊等。E-CTFE(三氟氯乙烯—乙烯共聚物)聚合物的熔噴非織造布作為過濾介質具有特別性能,即過濾操作中,可以攜帶某種難于反應的液體,使其能夠經受住超純水的臭氧化處理,進而制得醫(yī)療用非蛋白結合水過濾介質組裝經常使用PTFE和PVDF微孔膜和PFA(四氟乙烯—全氟烷基乙烯基醚共聚物)為支撐織物。PVDF超級過濾膜,可用于分離化學凝聚體。奧地利Lenzing公司開發(fā)的PT-FE纖維,商品名“Profilen”其中短纖維和機織紗作為過濾介質已廣泛用于過濾與分離操作。“Profilen”針刺過濾氈十分易于清洗,制品不易變形,具有高過濾效率和極高的性價比。100%的Profilen過濾氈多使用針刺后處理工藝,而采用水刺工藝的過濾氈產品,其過濾效率,即凈化空氣的灰塵含量明顯下降,屏蔽灰塵顆粒尺寸也有明顯變化。實驗結果顯示,采用水刺處理的Profilen過濾氈,凈化灰塵含量,由針刺氈的4mg/m表1為PTFE氈制得的過濾袋使用性能“Profilen”產品規(guī)格主要有織造用紗、縫線、短纖維、裂膜纖維及細旦紗,前三種產品主要用于過濾與分離操作。作為過濾介質材料,“Profilen”可在280℃的條件下連續(xù)運轉,瞬時溫度可達300℃。PTFE纖維呈自然白色,密度2.17,平均纖度2.7dtex,一般纖度范圍在0.5～5dtex。比利時Luxlon公司開發(fā)的商品名“FluoroLarbons”的單絲系列,使用PVDF,ECTFE,ETFE(四氟乙烯—乙烯共聚物)為原料,紡制過濾用單絲,具有優(yōu)良的耐化學性,抗UV性能,其正常的使用溫度條件在180～220℃。近年來,PVDF纖維的獨特的耐化學藥品性能,壓電和熱電性能,引起了產業(yè)用紡織品廠家關注。PVDF纖維有十分低的降解性能,目前使用PVDF為原料,制得的單絲、中空纖維以及熔噴法非織造布產品,在過濾與分離工業(yè)操作中得以使用。特別是PVDF靜電紡非織造布產品,大大提升PVDF過濾介質的品質。1.4pps過濾介質材料德國Ticona公司認為,高性能工程聚合物具有比較寬的熔融粘度范圍,可以加工成各種各樣產品諸如復絲、單絲、短纖維、紡粘及熔噴法非織造布等。這些產品在建筑、醫(yī)用等領域有巨大的應用空間,而在過濾分離工業(yè)中使用最為引人關注,部分高性能聚合物纖維濾材如表2所示。PES(聚醚砜)聚合物,具有替代纖維素醋酸酯、PA或在一定程度上替代PVDF作為RO/UF膜材聚合物。業(yè)內人士十分看好PES在水過濾、折槢形式分離器、過濾介質芯及分離用途的輸送帶領域的應用前景。近年來,PPS與間位芳香聚酰胺纖維都用于袋式過濾器,其優(yōu)良的耐熱性能已經取得了市場的普遍認可。Doilen公司使用Ticona公司的PPS樹酯,開發(fā)了高性能PPS長絲系列,其商品名為“Diofort”,產品即D100T和D200T系列,1100dtex/550f。產品廣泛用于垃圾焚燒工廠,鋼鐵企業(yè)和水利裝備制造企業(yè)的粉塵過濾德國Nexis公司生產的專門用于過濾介質的PPS短纖維,其商品名為“Nexylene”,有S902型產品系列,纖密度/切斷長度為1.3dtex/60mm、2.0dtex/60mm,強度38cN/tex、伸長40%,卷曲度14%～16%,卷曲數9～10個/25cm、熱空氣收縮率5%?！癗exylene”產品主要以短纖維梳理型非織造布形式使用。表3為PPS過濾介質試樣技術特征“Nexylene”在高溫氣體過濾操作中,顯示出優(yōu)良的使用性能。當于180℃工作條件下,歷經50天連續(xù)運轉后,過濾介質的強度保持率在82%～84%。同樣運轉時間時,在200℃工作條件下,強度保持率在70%～71%。于220℃工作條件下,強度保持率在50%,比間位芳香聚酰胺纖維濾材要優(yōu)越。其他的工程聚合物中諸如PEI(聚醚酰亞胺)、PEEK(聚醚醚酮)和液晶聚合物(LCP)纖維材料,在過濾與分離領域也取得了消費者認可如Zyex公司生產的PEEK是一種耐高溫聚合物,其使用溫度可以在-65～260℃。直徑Υ0.15mmPEEK單絲機織網材,用于航空與汽車燃油系統(tǒng)過濾。直徑Υ0.15mm,Υ0.30mmPEEK單絲濾袋用于制藥工業(yè),粉沫漿液脫水或熱粘合介質過濾。隨著生物技術的進步,生物聚合物將會在過濾工業(yè)領域占有非常重要位置。目前PLA纖維作為可持續(xù)利用,可混用或可焚燒的過濾介質材料正進入消費市場。德國STFI研究所使用回用PLA-R和NatureWorks公司樹酯PLA-NW,成功紡制90～250g/m美國Tennessee大學使用75%PLA/25%PP,25%PLA/75%PP,50%PLA/50%PP,生物聚合物混合原料,在Reicofil熔噴設備上,實現了雙組份MB紡絲成網。纖維網單絲直徑2μm,產品專門用做微濾介質材料。德國AMI公司與STFI紡織技術研究所合作開發(fā)的蜜胺(Melamine)改性熔噴法非織造產品,商品名“Hipefibers”。產品適宜制作過濾與分離介質,其技術特征如下(1)MB纖維網單絲1μm;(2)MB纖維網具有自粘合性能,微孔結構;(3)具有非常高的比表面;(4)阻燃性能好,LOI達32。熱分解溫度400℃,使用溫度200℃。處于火焰條件下,纖維不收縮,不熔融,不熔滴;(5)優(yōu)良的熱尺寸穩(wěn)定性;(6)無毒,無刺激味。用作過濾介質材料的“Hipefibers”面密度在35～250g/m1.5納米纖維濾材聚合物納米纖維濾材成功用于各種形式的過濾與分離操作中。從動力機械空氣清潔器,小型車輛過濾器到工業(yè)生產中的自動清潔系統(tǒng)。由于聚合物納米纖維,具有亞微米-納米尺度的直徑,有良好的復合加工性能,使得聚合物納米纖維濾材,能夠在過濾系統(tǒng)最小壓力降的情況下,取得高過濾效率效果。納米級纖維網材多層復合制品,在過濾分離領域的應用正以超過人們預想的速度拓展。在靜態(tài)和自清潔過濾操作中,聚合物納米纖維過濾介質性能表明,較之于常規(guī)的過濾材料壽命要長。使用納米纖維濾材,可以給操作人員連續(xù)調整過濾工藝過程提供可能,使過濾效率、壓力降和過濾介質使用壽命三大參數趨于最優(yōu)。即過濾工藝能夠在最小的壓力降下,維持最佳過濾效率和介質的使用壽命。Donaldson公司第一次使用聚合物納米纖維作為過濾介質。并開發(fā)了靜電紡絲納米纖維過濾部件,是使用聚合物納米纖維濾材最多的廠家,諸如Ultra-web濾材用于灰塵捕集;Spider-web過濾介質用在石油透平的空氣過濾;EnduranceTM濾材用在重型動力機械的空氣過濾KX公司采用原纖化技術成型的纖維網,單纖直徑100～250nm,以納米紙的產品形式,已用于空氣和水過濾美國杜邦公司開發(fā)的HMT技術生產的混合膜材料,是由傳統(tǒng)非織造布與新的特別紡絲工藝制得的Υ100～1000nm納米纖維網復合而成。該混合膜面密度1.0～35g/m隨著靜電紡聚合物納米纖維投入工業(yè)規(guī)模生產納米纖維濾材應用開發(fā)速度已超出人們的預計。南韓Finetex公司與美國PolartexLLC協(xié)議2008年使用1700萬平米聚合物納米纖維濾材,該使用量已超過過去七年間的使用總量。目前已商業(yè)化投入使用的聚合物納米纖維濾材,主要是采用靜電紡制得的單絲直徑Υ250nm的纖維網與纖維素纖維梳理型非織造布的復合多層產品。靜電紡制得的纖維網與PET紡粘非織造布復合多層織物。2提升過濾分離技術水平高品質、高技術含量的合成纖維在過濾與分離領域的應用,促進了過濾分離工業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。近年來,過濾分離工業(yè)取得的效益和市場的持續(xù)增長,是源于合成纖維品質的不斷提升,是靠研究開發(fā)賦予非織造布、單絲、復絲以及短纖維以新的性能,使合成纖維產品具備了能滿足過濾分離以至整個產業(yè)用紡織品特殊要求的