工业除尘：高温烟尘过滤解决PM2.5污染的突破口

由于钢铁、冶金等高温生产行业会产生大量的高温（600～1000℃）烟尘，造成空气中PM2.5颗粒含量急剧增加，严重影响空气质量。因此，对高温烟尘进行有效的过滤已成为解决PM2.5等颗粒污染问题的突破口之一。目前，东丽公司和杜邦公司开发出了一系列有机纤维类空气过滤材料，但大都只能运用在中低温环境下，需对高温粉尘进行降温处理才能使用，而处理过程能耗较大、耗时长。因此，亟需开发出一种耐高温、耐酸碱且具有良好抗氧化能力的无机纤维类空气过滤材料。

在此研究中，以乙酸锆、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）和六水合酸硝钇为原料，通过静电纺丝工艺得到杂化纳米纤维，经高温煅烧后得到ZrO2/Y2O3纳米纤维膜［90］，其外观形貌如图3-37（a）所示，可以观察到ZrO2/Y2O3纳米纤维膜具有一定的柔性。其弯折处的微观形貌如图3-37（b）所示，可以发现纤维膜并没有发生断裂，弯折处的无机纤维都处于弯曲状态，曲率半径可达1.5μm，说明ZrO2/Y2O3纳米纤维膜具有很好的柔性。此外进一步测试了ZrO2/Y2O3纳米纤维膜的力学性能，如图3-37（c）所示，在经过400次的弯折试验后，ZrO2/Y2O3纳米纤维膜并没有发生破损，仍然具有较好的柔性。通过调控PVP含量制备得到了一系列不同纤维直径的ZrO2/Y2O3纳米纤维膜，其过滤性能如图3-37（d）所示。随着纤维直径增大，纤维膜的过滤效率虽有一定程度下降，但阻力压降却呈现出大幅下降的趋势，当纤维直径最细时，ZrO2/Y2O3纳米纤维膜表现出最高的过滤效率和最高的阻力压降，这是因为纤维膜的平均孔径较小，整体堆积密度较高。当纤维直径超过382nm后，阻力压降又呈现出增大趋势，这是因为纤维膜中出现了带状纤维。综合评价，当纤维直径为382nm时，ZrO2/Y2O3纳米纤维膜过滤性能最好，QF值达到0.0537Pa-1。

图3-37　1.5wt%PVP含量的前驱体溶液制备的ZrO2/Y2O3纳米纤维膜的（a）实物图和（b）弯折处的SEM图；（c）直径382nm的ZrO2/Y2O3纳米纤维膜的柔软度测试，插图为测试前和测试后纤维膜的照片；（d）不同直径的ZrO2/Y2O3纳米纤维膜在32L/min风速下的过滤效率和阻力压降(www.xing528.com)

基于上述研究，作者制备出了过滤效率大于99.97%（达到HEPA标准）的无机纤维膜，且能够经受400次的弯曲测试，可经受1200℃的高温考验且不会发生性能上的衰减，因此，该材料有望实现在高温过滤领域中的应用。