用梯度氧化鋁膜凈化空氣

1、（ 1）催化系統(tǒng)的改進(jìn)：每一種催化劑都有它的活性溫度范圍，低于活性溫度下限的，反應(yīng)速度很慢，高于活性溫度范圍上限的，催化劑會(huì)加速老化或喪失活性，甚至燒毀。本系統(tǒng)使用的催化劑活性溫度下限為680 e.使用低溫催化劑可解決低溫段消煙問題，但當(dāng)爐溫進(jìn)入高溫段以后，低溫催化劑就會(huì)損壞。目前只能在低溫段改用無煙煤作為燃料，這是本系統(tǒng)的美中不足之處?；钚苑秶鼜V的催化系統(tǒng)有待進(jìn)一步研究。（ 2）控制系統(tǒng)的改進(jìn)：在控制系統(tǒng)中增加速度反饋，可提高控制精度。如能增加煙塵探頭將爐內(nèi)燃燒狀態(tài)參數(shù)反饋到控制器輸入端，形成開閉環(huán)復(fù)合控制系統(tǒng)，控制效果將更好。除此之外，直接調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的速度也是一種替代方案，只是風(fēng)壓的調(diào)節(jié)需

2、要另行考慮。環(huán)保工程有限公司。1985年畢業(yè)于安徽電視大學(xué)電子工程系， 1992年和1998年分別獲得國際貿(mào)易及涉外經(jīng)濟(jì)管理專業(yè)成人高等教育第二?？萍氨究茖W(xué)歷，在省級以上期刊發(fā)表論文10余篇。用梯度氧化鋁膜凈化空氣黃肖容隋賢棟劉悅暉（華南理工大學(xué)化工系，廣州510640）孔徑為012Lm，對于空氣中粒徑大于或等于01 22Lm的顆粒，膜管的截留率達(dá)到100 細(xì)菌的總濾除率為99199.提高操作壓力和錯(cuò)流線速度都有利于提高膜的過濾通量?？諝鈨艋^程中截留在空氣中的微粒沉積于梯度氧化鋁膜的管內(nèi)壁，防止膜管的深層堵塞，使用過程通量下降緩慢，一次性使用壽命為4年，易于清洗，清洗后過濾通量和過濾效率仍達(dá)

3、100.廣東省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（ 980526）1前言空氣中的各種顆粒污染物是我國城市空氣的主要污染物之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，地球上每年顆粒物的生成量，僅粒徑10Lm以下的約為數(shù)億t.空氣中的這些懸浮微粒對人體健康有很大影響，研究表明，吸入顆粒物會(huì)導(dǎo)致呼吸系統(tǒng)疾病，空氣顆粒物粒徑越小，對人體的危害越大。在食品工業(yè)、電子、航天、精密機(jī)械等專門部門、手術(shù)治療等醫(yī)療領(lǐng)域、遺傳工程、生物制品等要求無菌潔凈空氣環(huán)境2， 3.可以說空氣凈化技術(shù)水平的高低已直接影響到現(xiàn)代科技技術(shù)水平的提高和發(fā)展?？諝鈨艋椒ㄖ饕遣捎媒橘|(zhì)過濾法除去空氣中的懸浮微粒和細(xì)菌，采用的介質(zhì)主要有纖維、膜兩大類，其中膜過濾由于其過濾效果好

4、，設(shè)備簡單，在空氣凈化領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣。目前工業(yè)上用的膜空氣凈化器多是有機(jī)膜，無機(jī)膜的應(yīng)用還不多。無機(jī)陶瓷膜的孔徑范圍一般為50 100nm，除可有效濾除空氣中的氣溶膠，還具有良好的熱化學(xué)、微生物穩(wěn)定性。使用過程中不會(huì)溶脹、變性。無機(jī)陶瓷膜的這些優(yōu)點(diǎn)，在食品、藥品和生物工程產(chǎn)品中，顯示出極大優(yōu)越性，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益，故其發(fā)展相當(dāng)迅速，應(yīng)用也越來越廣泛。在此采用自制的梯度氧化鋁膜管，組裝成陶瓷膜空氣凈化器，進(jìn)行空氣凈化和除菌實(shí)驗(yàn)，研究了這種陶瓷膜空氣凈化器對懸浮粒子、細(xì)菌的濾除效率和操作條件對膜通量的影響。2實(shí)驗(yàn)利用自制的梯度氧化鋁膜管組裝成一個(gè)小型的膜空氣凈化器，以壓縮空氣為氣源，進(jìn)行空氣

5、凈化實(shí)驗(yàn)，空氣凈化流程見圖1.室內(nèi)空氣經(jīng)氣體壓縮機(jī)壓縮后，達(dá)到指定的壓環(huán)境工程1）轉(zhuǎn)子流量計(jì) 2）開關(guān) 3）氧化鋁微濾膜管 4）壓力表 5）開關(guān)6）油水分離器 7）壓縮機(jī)。力，經(jīng)過油水分離器，進(jìn)入膜空氣凈化器，壓縮后的空氣進(jìn)入梯度氧化鋁膜管內(nèi)，凈化后的氣體從管外排出，經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計(jì)測定氣體流量，凈化前后的空氣定期、定量通入無菌的019生理鹽水（每100mL的NaCl溶液中含NaCl019g）中，捕集空氣中的細(xì)菌，進(jìn)行細(xì)菌培養(yǎng)后，計(jì)算出凈化前后單位體積空氣所含細(xì)菌數(shù)。利用計(jì)重濃度法測定凈化前后的微粒濃度，將已知體積空氣通過孔徑0122Lm的有機(jī)膜，使空氣中大于0122Lm的微粒阻留在有機(jī)膜濾紙上，

6、根據(jù)精密天平稱量求出有機(jī)膜濾紙的增量：式中C ） ）空氣中大于0122Lm微粒濃度mgPm vG ）測定前后有機(jī)膜濾紙的質(zhì)量之差Q ）空氣流速m 3梯度氧化鋁膜管的性能梯度氧化鋁膜管的物性參數(shù)梯度氧化鋁膜的物性參數(shù)，膜管微孔孔徑范圍在0 0136Lm之間，最大孔徑為0136Lm，最小孔徑0Lm，平均孔徑為012Lm，孔徑分布很窄，見外內(nèi)孔隙率厚度P長度LP控制層膜面積P梯度氧化鋁膜管的空氣凈化情況31細(xì)菌濾除率凈化空氣中細(xì)菌數(shù)。細(xì)菌濾除率為991999963.符合高標(biāo)準(zhǔn)的潔凈無菌氣體要求。31空氣中總懸浮微粒的截留率梯度Al膜管對截留空氣中懸浮微粒的效果非常顯著。經(jīng)過梯度Al膜管的微濾處理后，

7、空氣中所有大于或等于0122Lm懸浮微粒都能被完全截留下來而沉積在控制層上，微濾效果達(dá)100 ，見表3.項(xiàng)目過濾前過濾后通氣時(shí)間Ph氣流量Pm細(xì)菌個(gè)數(shù)P個(gè)m項(xiàng)目過濾前過濾后通氣時(shí)間Ph氣流量Pm通氣后有機(jī)濾膜的變化表面呈暗灰色表面白色4操作條件對膜通量的影響使用時(shí)間對膜過濾通量的影響在錯(cuò)流線速度為8mPs、操作壓力為0105MPa條件下，使用時(shí)間與氧化鋁膜管過濾通量的關(guān)系曲線。膜管的通量隨操作時(shí)間的延長而緩慢降低。膜管的初始通量為147m h工作180h后，膜過濾通量下降到初始通量的80左右，為m膜過濾通量開始保持98m h的穩(wěn)定值，見圖3.環(huán)境工程操作壓力對膜過濾通量的影響提高操作壓力有利于

8、提高膜的過濾通量，隨著操作壓力的增加，膜過濾通量呈線性增加，由圖4可見（錯(cuò)流線速度為8mPs ） ，壓力為0105MPa，初始通量h，當(dāng)壓力為011MPa時(shí)，膜初始通量為錯(cuò)流線速度對膜過濾通量的影響錯(cuò)流過濾能有效減緩膜阻塞，提高過濾性能。在同一操作壓力下，增加錯(cuò)流線速度，膜過濾通量將隨之增加，但隨著錯(cuò)流線速度的繼續(xù)增加，通量增加的趨勢將減緩。操作壓力不同，錯(cuò)流線速度對過濾通量的影響也不同，見圖5.由圖5可看出，低操作壓力時(shí)，錯(cuò)流線速度對過濾通量的影響比高的操作壓力下的影響明顯。5梯度氧化鋁膜的使用壽命膜的使用壽命的長短是膜實(shí)際應(yīng)用的重要參數(shù)。在膜的應(yīng)用過程中，隨著處理空氣量的增加，空氣中攜帶的

9、越來越多微粒和細(xì)菌會(huì)被膜管內(nèi)壁截留、覆蓋、堆積在膜控制層表面，引起堵塞，使膜過濾阻力增加，膜過濾通量降低。所以膜的污染和清洗是膜應(yīng)用的主要問題之一，清洗前后膜性能的恢復(fù)是很重要的。為了縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間，在氧化鋁膜空氣凈化器前加置一個(gè)粉塵罐，以已知粒度分布的粉塵（圖6）加速膜管的污染，在短時(shí)間內(nèi)過濾大量的粉塵，進(jìn)行強(qiáng)化污染實(shí)驗(yàn)。在這種揚(yáng)塵條件下膜管通量隨使用時(shí)間增加而下降的曲線（ ？） ，見圖7.在0105MPa操作壓力下，經(jīng)過約7h后，通量減小為初始通量的80，通量趨于穩(wěn)定，為124m h，這時(shí)截留下的粉塵量有27g，處理的空氣量為813m（表4） ，如果以穩(wěn)定通量為清洗通量，即該膜管在截留27g

10、粉塵后需清洗，即粉塵含量平均為5gPm時(shí)，清洗的周期為7h，一般的空氣3，按每天24h連續(xù)操作，空氣含塵計(jì)，若同樣處理含塵總量27g的空氣，則需時(shí)1 508d，合約4a，即該種梯度氧化鋁膜管一次性使用壽命可達(dá)4a.工作時(shí)間tPh粉塵量GPg通氣總量VPm細(xì)菌濾除率微粒濾除率環(huán)境工程因本實(shí)驗(yàn)采用離心法制備的膜管是梯度氧化鋁膜管，孔徑沿徑向由外管壁向內(nèi)管壁逐漸減小的（如內(nèi)管壁（控制層）（如圖8（b） ） ，圖8是梯度氧化鋁膜管的橫截面和控制層的SEM圖。可以明顯看出，這種氧化鋁膜管的孔徑由外壁向內(nèi)壁沿徑向從大到小自然過渡，層與層之間結(jié)合良好，無縫隙、無缺陷，作為控制層的內(nèi)管壁孔徑小，孔徑分布均勻。

11、當(dāng)空氣走管內(nèi)進(jìn)行過濾時(shí)，空氣中的微粒子只能沉積在作為控制層的具有最小孔徑的內(nèi)管壁表面，而不能透過控制層進(jìn)入膜孔通道，可有效地防止微粒進(jìn)入管的深層，防止管的深層堵塞、孔道堵塞，能使使用過程的通量下降緩慢，只是在表層污染，使清洗容易，清洗后通量、過濾精度恢復(fù)率高。圖7（、）是截留27g粉塵量后，第1次、第2次機(jī)械清洗后的膜管通量隨使用時(shí)間的變化曲線，可看出，清洗后，初始通量可近100恢復(fù)，穩(wěn)定通量也基本相近，說明這種膜管污染后，機(jī)械清洗恢復(fù)率高。由表4也可以看出，幾次清洗后膜管的微粒，微粒截留效率和細(xì)菌濾除率仍保持不變。如果按清洗2次計(jì)算，則這種梯度氧化鋁膜管用于一般壓縮空氣的凈化的使用壽命至少可達(dá)12a.6結(jié)論（1）平均孔徑為012Lm的梯度氧化鋁膜管能100濾除空氣中粒徑大于或等于0122Lm的懸浮微粒。梯度氧化鋁膜管細(xì)菌的總濾除率為（ 2）提高操作壓力和錯(cuò)流線速度都有利于提高膜的過濾通量。（ 3）操作壓力為0105MPa、錯(cuò)流線速度為8mPs時(shí)，氧化鋁膜管的氣通量可達(dá)147106m h穩(wěn)定通量（ 4）空氣凈化過程中截留在懸浮微粒沉積于梯度氧化鋁膜的管內(nèi)壁，膜管的深度污染、堵塞小，使用過程通量下降緩慢，一次性使用壽命為4a.（5）易于清洗，清洗后過濾通量和過濾效率1邵龍義，時(shí)宗波，黃勤。