用梯度氧化铝膜净化空气

1、（ 1）催化系统的改进：每一种催化剂都有它的活性温度范围，低于活性温度下限的，反应速度很慢，高于活性温度范围上限的，催化剂会加速老化或丧失活性，甚至烧毁。本系统使用的催化剂活性温度下限为680 e.使用低温催化剂可解决低温段消烟问题，但当炉温进入高温段以后，低温催化剂就会损坏。目前只能在低温段改用无烟煤作为燃料，这是本系统的美中不足之处。活性范围更广的催化系统有待进一步研究。（ 2）控制系统的改进：在控制系统中增加速度反馈，可提高控制精度。如能增加烟尘探头将炉内燃烧状态参数反馈到控制器输入端，形成开闭环复合控制系统，控制效果将更好。除此之外，直接调节风机的速度也是一种替代方案，只是风压的调节需

2、要另行考虑。环保工程有限公司。1985年毕业于安徽电视大学电子工程系， 1992年和1998年分别获得国际贸易及涉外经济管理专业成人高等教育第二专科及本科学历，在省级以上期刊发表论文10余篇。用梯度氧化铝膜净化空气黄肖容隋贤栋刘悦晖（华南理工大学化工系，广州510640）孔径为012Lm，对于空气中粒径大于或等于01 22Lm的颗粒，膜管的截留率达到100 细菌的总滤除率为99199.提高操作压力和错流线速度都有利于提高膜的过滤通量。空气净化过程中截留在空气中的微粒沉积于梯度氧化铝膜的管内壁，防止膜管的深层堵塞，使用过程通量下降缓慢，一次性使用寿命为4年，易于清洗，清洗后过滤通量和过滤效率仍达

3、100.广东省自然科学基金资助项目（ 980526）1前言空气中的各种颗粒污染物是我国城市空气的主要污染物之一。据统计，地球上每年颗粒物的生成量，仅粒径10Lm以下的约为数亿t.空气中的这些悬浮微粒对人体健康有很大影响，研究表明，吸入颗粒物会导致呼吸系统疾病，空气颗粒物粒径越小，对人体的危害越大。在食品工业、电子、航天、精密机械等专门部门、手术治疗等医疗领域、遗传工程、生物制品等要求无菌洁净空气环境2， 3.可以说空气净化技术水平的高低已直接影响到现代科技技术水平的提高和发展。空气净化方法主要是采用介质过滤法除去空气中的悬浮微粒和细菌，采用的介质主要有纤维、膜两大类，其中膜过滤由于其过滤效果好

4、，设备简单，在空气净化领域的应用越来越广。目前工业上用的膜空气净化器多是有机膜，无机膜的应用还不多。无机陶瓷膜的孔径范围一般为50 100nm，除可有效滤除空气中的气溶胶，还具有良好的热化学、微生物稳定性。使用过程中不会溶胀、变性。无机陶瓷膜的这些优点，在食品、药品和生物工程产品中，显示出极大优越性，具有显著的经济效益，故其发展相当迅速，应用也越来越广泛。在此采用自制的梯度氧化铝膜管，组装成陶瓷膜空气净化器，进行空气净化和除菌实验，研究了这种陶瓷膜空气净化器对悬浮粒子、细菌的滤除效率和操作条件对膜通量的影响。2实验利用自制的梯度氧化铝膜管组装成一个小型的膜空气净化器，以压缩空气为气源，进行空气

5、净化实验，空气净化流程见图1.室内空气经气体压缩机压缩后，达到指定的压环境工程1）转子流量计 2）开关 3）氧化铝微滤膜管 4）压力表 5）开关6）油水分离器 7）压缩机。力，经过油水分离器，进入膜空气净化器，压缩后的空气进入梯度氧化铝膜管内，净化后的气体从管外排出，经转子流量计测定气体流量，净化前后的空气定期、定量通入无菌的019生理盐水（每100mL的NaCl溶液中含NaCl019g）中，捕集空气中的细菌，进行细菌培养后，计算出净化前后单位体积空气所含细菌数。利用计重浓度法测定净化前后的微粒浓度，将已知体积空气通过孔径0122Lm的有机膜，使空气中大于0122Lm的微粒阻留在有机膜滤纸上，

6、根据精密天平称量求出有机膜滤纸的增量：式中C ） ）空气中大于0122Lm微粒浓度mgPm vG ）测定前后有机膜滤纸的质量之差Q ）空气流速m 3梯度氧化铝膜管的性能梯度氧化铝膜管的物性参数梯度氧化铝膜的物性参数，膜管微孔孔径范围在0 0136Lm之间，最大孔径为0136Lm，最小孔径0Lm，平均孔径为012Lm，孔径分布很窄，见外内孔隙率厚度P长度LP控制层膜面积P梯度氧化铝膜管的空气净化情况31细菌滤除率净化空气中细菌数。细菌滤除率为991999963.符合高标准的洁净无菌气体要求。31空气中总悬浮微粒的截留率梯度Al膜管对截留空气中悬浮微粒的效果非常显著。经过梯度Al膜管的微滤处理后，

7、空气中所有大于或等于0122Lm悬浮微粒都能被完全截留下来而沉积在控制层上，微滤效果达100 ，见表3.项目过滤前过滤后通气时间Ph气流量Pm细菌个数P个m项目过滤前过滤后通气时间Ph气流量Pm通气后有机滤膜的变化表面呈暗灰色表面白色4操作条件对膜通量的影响使用时间对膜过滤通量的影响在错流线速度为8mPs、操作压力为0105MPa条件下，使用时间与氧化铝膜管过滤通量的关系曲线。膜管的通量随操作时间的延长而缓慢降低。膜管的初始通量为147m h工作180h后，膜过滤通量下降到初始通量的80左右，为m膜过滤通量开始保持98m h的稳定值，见图3.环境工程操作压力对膜过滤通量的影响提高操作压力有利于

8、提高膜的过滤通量，随着操作压力的增加，膜过滤通量呈线性增加，由图4可见（错流线速度为8mPs ） ，压力为0105MPa，初始通量h，当压力为011MPa时，膜初始通量为错流线速度对膜过滤通量的影响错流过滤能有效减缓膜阻塞，提高过滤性能。在同一操作压力下，增加错流线速度，膜过滤通量将随之增加，但随着错流线速度的继续增加，通量增加的趋势将减缓。操作压力不同，错流线速度对过滤通量的影响也不同，见图5.由图5可看出，低操作压力时，错流线速度对过滤通量的影响比高的操作压力下的影响明显。5梯度氧化铝膜的使用寿命膜的使用寿命的长短是膜实际应用的重要参数。在膜的应用过程中，随着处理空气量的增加，空气中携带的

9、越来越多微粒和细菌会被膜管内壁截留、覆盖、堆积在膜控制层表面，引起堵塞，使膜过滤阻力增加，膜过滤通量降低。所以膜的污染和清洗是膜应用的主要问题之一，清洗前后膜性能的恢复是很重要的。为了缩短实验时间，在氧化铝膜空气净化器前加置一个粉尘罐，以已知粒度分布的粉尘（图6）加速膜管的污染，在短时间内过滤大量的粉尘，进行强化污染实验。在这种扬尘条件下膜管通量随使用时间增加而下降的曲线（ ？） ，见图7.在0105MPa操作压力下，经过约7h后，通量减小为初始通量的80，通量趋于稳定，为124m h，这时截留下的粉尘量有27g，处理的空气量为813m（表4） ，如果以稳定通量为清洗通量，即该膜管在截留27g

10、粉尘后需清洗，即粉尘含量平均为5gPm时，清洗的周期为7h，一般的空气3，按每天24h连续操作，空气含尘计，若同样处理含尘总量27g的空气，则需时1 508d，合约4a，即该种梯度氧化铝膜管一次性使用寿命可达4a.工作时间tPh粉尘量GPg通气总量VPm细菌滤除率微粒滤除率环境工程因本实验采用离心法制备的膜管是梯度氧化铝膜管，孔径沿径向由外管壁向内管壁逐渐减小的（如内管壁（控制层）（如图8（b） ） ，图8是梯度氧化铝膜管的横截面和控制层的SEM图。可以明显看出，这种氧化铝膜管的孔径由外壁向内壁沿径向从大到小自然过渡，层与层之间结合良好，无缝隙、无缺陷，作为控制层的内管壁孔径小，孔径分布均匀。

11、当空气走管内进行过滤时，空气中的微粒子只能沉积在作为控制层的具有最小孔径的内管壁表面，而不能透过控制层进入膜孔通道，可有效地防止微粒进入管的深层，防止管的深层堵塞、孔道堵塞，能使使用过程的通量下降缓慢，只是在表层污染，使清洗容易，清洗后通量、过滤精度恢复率高。图7（、）是截留27g粉尘量后，第1次、第2次机械清洗后的膜管通量随使用时间的变化曲线，可看出，清洗后，初始通量可近100恢复，稳定通量也基本相近，说明这种膜管污染后，机械清洗恢复率高。由表4也可以看出，几次清洗后膜管的微粒，微粒截留效率和细菌滤除率仍保持不变。如果按清洗2次计算，则这种梯度氧化铝膜管用于一般压缩空气的净化的使用寿命至少可达12a.6结论（1）平均孔径为012Lm的梯度氧化铝膜管能100滤除空气中粒径大于或等于0122Lm的悬浮微粒。梯度氧化铝膜管细菌的总滤除率为（ 2）提高操作压力和错流线速度都有利于提高膜的过滤通量。（ 3）操作压力为0105MPa、错流线速度为8mPs时，氧化铝膜管的气通量可达147106m h稳定通量（ 4）空气净化过程中截留在悬浮微粒沉积于梯度氧化铝膜的管内壁，膜管的深度污染、堵塞小，使用过程通量下降缓慢，一次性使用寿命为4a.（5）易于清洗，清洗后过滤通量和过滤效率1邵龙义，时宗波，黄勤。