【摘 要】
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高效空气过滤材料是高效空气过滤器的核心,高效滤材的性能直接关系到环境颗粒物浓度是否达标。在核化生防护和空气污染防护等领域,颗粒物的质量浓度具有重要意义。对基于质量浓度的高效滤材过滤性能检测方法进行研究,可以为滤材评价方法及其应用提出优化方案,从而更好地评价和区分滤材,控制和保证过滤材料的质量,并进一步指导过滤材料的研发和制备。目前滤材性能测试中存在气溶胶发生浓度不高的问题,滤材过滤效率测试时上游颗
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高效空气过滤材料是高效空气过滤器的核心,高效滤材的性能直接关系到环境颗粒物浓度是否达标。在核化生防护和空气污染防护等领域,颗粒物的质量浓度具有重要意义。对基于质量浓度的高效滤材过滤性能检测方法进行研究,可以为滤材评价方法及其应用提出优化方案,从而更好地评价和区分滤材,控制和保证过滤材料的质量,并进一步指导过滤材料的研发和制备。目前滤材性能测试中存在气溶胶发生浓度不高的问题,滤材过滤效率测试时上游颗粒数浓度不足会缩小可测试滤材等级范围,尤其是对E11等级以上的高效滤材,如何提高上游气溶胶的浓度一直是过滤效率测试的关键。本论文针对该问题搭建了可发生高浓度的基于质量浓度的高效滤材过滤性能测试系统,可用一套系统覆盖E11～U15过滤等级的高效和超高效滤材性能测试,并探究了不同的发生条件对气溶胶性质的影响。为确保测试系统对滤材测试结果的可靠性,首先探究了气溶胶多分散性对过滤前后粒径分布的影响,并基于光散射理论建立了光度计测量滤材过滤效率的理论模型,进一步探讨了气溶胶多分散性对测试系统测试不同等级滤材过滤效率结果的影响,以期为后续该测试方法的推广和应用提供理论指导。具体内容和主要结论如下:1.设计并搭建了基于质量浓度的高效滤材过滤性能测试系统,探究了不同的发生条件对气溶胶性质的影响。随着分离程度的增大,发生气溶胶的粒子总数和质量浓度均降低,分离程度从0#增大至5#,气溶胶粒子总数从1.06×10~8 P/cm~3减少至7.39×10~7P/cm~3,质量浓度由1587.9 mg/m~3下降至272.1 mg/m~3;油浴温度升高会导致气溶胶的粒子总数和质量浓度增大,油浴温度由80℃上升至130℃,气溶胶粒子总数浓度由5.43×10~7 P/cm~3上升至1.42×10~8 P/cm~3,质量浓度由298.2 mg/m~3上升至904.0 mg/m~3;喷油气压与螺旋分离程度协同作用明显,喷油气压增大会导致螺旋分离程度随之增大;喷嘴大小对粒子总数和质量浓度的作用相反,喷嘴尺寸增大会导致粒子总数增加而质量浓度下降,3孔喷嘴尺寸由0.4 mm增大至0.8 mm时,粒子总数由5.88×10~7 P/cm~3增加至8.42×10~7 P/cm~3,质量浓度由1552.0 mg/m~3下降至435.3 mg/m~3。2.该测试系统可以稳定发生质量浓度高达1587.9 mg/m~3、数量浓度高达1.63×10~8P/cm~3的气溶胶,粒径范围在0.02μm～1.4μm之间,通过调节发生条件可以控制气溶胶的质量平均粒径在0.28μm～0.34μm之间。3.制备了过滤等级分布在E11～U15之间的6种滤材;对滤材进行粒径透过率测试,不同等级高效滤材的最易穿透粒径在98 nm～201 nm之间,滤材的最易穿透粒径随着过滤效率的增大而逐渐减小。利用过滤前气溶胶粒径分布拟合和粒径透过率函数拟合计算得到过滤后气溶胶粒径分布函数。多分散性气溶胶经不同等级高效滤材过滤前后气溶胶粒径分布不同;对最易穿透粒径较大的高效滤材,过滤后几何平均粒径向右偏移。4.基于光散射理论和蒙特卡罗方法构建了滤材效率理论模型,使用本文搭建的测试系统对E11～U15不同等级的滤材进行测试,实测过滤效率与理论计算过滤效率之间的相对误差随着滤材样品过滤效率的升高逐渐减小,最大误差不超过1.4%,这表明,发生气溶胶的多分散性对不同过滤等级尤其是滤效高的滤材过滤效率测试结果影响小,该测试系统对不同等级高效滤材测试结果可靠。
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