微纳米复合的高介电特性过滤材料设计与制备

作者：2016级本科生 高轶伦 建筑学院

指导老师：莫金汉 建筑学院

关键词：颗粒物、过滤、静电增强、低阻高效

摘要

近年来，大气环境颗粒物污染日益严重，甚至成为社会性问题受到广泛关注。民用空调系统使用高效过滤器控制颗粒物（0.3μm，效率>99.9%），阻力大，容尘量小，寿命短且难以重复利用；工业车间生产环境中存在大量粉尘影响从业人员健康，易燃、不耐高温的普通过滤装置存在安全隐患。因此急需发展低阻、高效、阻燃且耐高温的过滤技术和材料。

研究思路

颗粒物荷电与滤材极化协同的静电增强过滤技术：利用颗粒物前端荷电，滤材后端极化来提升低过滤阻力的粗效滤网的过滤效率（阻力<10Pa,@0.5m/s）。

图1  在微米级别的粗效滤材纤维中负载稀疏的高介电特性纳米纤维，强化极化电场

范围，大大提升过滤效率

图2 传统静电纺丝制纳米纤维：无法深入微米纤维骨架，需要改进

负压调控静电纺丝方法：采用泡沫金属粗效滤网代替传统聚氨酯滤网，发挥耐高温阻燃特性。

图3 实验原理图及实物装置（纺丝液：PVDF(20%)+二甲基甲酰胺+

丙酮负压调控风速：2-3m/s）

性能表征

图4  样品显微表征：微纳米纤维复合

图5  良好的阻燃性能

性能测试

过滤阻力及效率测试结果：

图6 纺丝后在静电增强过滤下，粗效滤材效率（PM0.3-0.5）由不足10%提升到87%,

且阻力极低

 图7 与市面常见高效过滤器对比

已获奖励

1. 全国大学生节能减排社会实践与科技竞赛 一等奖

2. 清华大学第三十七届“挑战杯”学生课外学术科技作品竞赛 二等奖

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