CN107051735B - 一种高效除尘模块制备方法 - Google Patents

Abstract

一种高效除尘模块制备方法，属于除尘和环境保护技术领域。该方法是首先利用预荷电器对气流中的粉尘颗粒进行荷电，再使气流通过填塞有驻极扭线刷的圆柱形孔道中，由于扭线刷的刷毛经过驻极处理，其上长久荷载空间电荷和偶极电荷，可以通过异性电荷相吸的原则对气流中荷载正电或负电的粉尘进行吸附固定，从而完成收尘，该模块阻力小，除尘效率高，比较适合室内空气的除尘净化。

Description

一种高效除尘模块制备方法

技术领域

本发明涉及一种高效除尘模块制备方法，属于除尘和环境保护技术领域。

背景技术

就我国大气污染治理的复杂性和艰巨性而言，我国急需一种能首先在人居环境下高效去除大气中雾霾颗粒的高效除尘技术。

室内空气颗粒去除技术最成熟的是使用HEPA滤芯，这也是大多数空气净化器厂家采用的技术方案，然而HEPA压降很大，导致动力设备噪音高、能耗大，同时HEPA无法清洗，必须定期更换，因此HEPA的费用导致室内空气净化器的操作费用居高不下。本研究团队采用向多孔介质孔道里面填塞扭线毛刷的方法制备了低气阻的气体颗粒净化模块(ZL201210418554.4)，然而该模块必须合理选择缚尘剂配方，否则对于2～3微米以下的颗粒去除效果不佳。喷雾水洗的技术方案也被用于某些空气净化装置，但喷雾会导致室内空气过度加湿，而且其颗粒去除效果并不高，同时由于喷雾水常常是自来水，其中水质硬度导致的盐分使雾滴挥发后反而增大了室内空气的颗粒数。本研究团队还开发了半湿法的静电除尘(除雾)装置(CN201510593461.9)，是通过部分浸没于液面下的圆板做收尘剂，正负电性交错排列，对已经荷载电荷的微细颗粒进行捕捉，该装置可以对微细颗粒实现高效去除，并避免了常见干法静电除尘过程中的粉尘二次逃逸，然而该设备的结构复杂、加工难度较大，且必须高度水平放置，否则会发生不同电性的液槽之间的电击穿事故。

综上所述，目前我国亟需一种气阻小、通量大、简单灵活的除尘装置，这对于实现人居环境当中的空气净化，降低雾霾颗粒对人体的危害具有重要意义。

本研究团队创造性的将扭线刷除尘模块和静电除尘原理相耦合，获得了具有良好除尘能力的除尘模块，且其压降较低，同时可以对空气中的微细粒子实现高效的捕捉和去除。

发明内容

本发明的目的在于通过一种简单的方法获得具有低气阻、高通量的高效除尘模块。该模块结构紧凑、制作方法简单、非常适合对室内空气中的微细颗粒进行去除。

本发明的目的是通过如下的技术方案实现的：本高效除尘模块由荷电模块和驻极扭线刷除尘模块组成，在除尘过程中，先使用荷电模块对气流中的粉尘进行荷电，也就是使含尘的气流过安置有电晕极和收尘极的荷电模块的电场，从而对气流中的粉尘进行荷电，而后使气流通过驻极扭线刷除尘模块，驻极扭线刷除尘模块是具有多于一个气流通道的金属或陶瓷模块，气流通道互相平行，且通道为圆柱形，气流通道内部填塞有扭线刷，所填塞的扭线刷的刷毛为驻极高分子材料，由于扭线刷刷毛上长时间存储空间电荷和偶极电荷，因此气流中被荷载正电或负电的颗粒将以异性相吸的原则向扭线刷刷毛的负电荷区域或正电荷区域移动，并被牢固吸附在扭线刷刷毛上完成除尘，当除尘模块吸附过多粉尘时，通过洗涤的方法将刷毛上的的粉尘洗掉并使模块实现再生。

本空气除尘净化装置的特征还在于：本净化器前端的荷电模块的电晕极电压为-3～-20kV，或3～20kV，电晕极为公称直径0.1～1mm的圆丝、星形线、螺旋线，极间距为0.5～10cm，收尘极接地；驻极扭线刷除尘模块所使用的材质是碳素钢、不锈钢、铁、铝、铜、铝合金；驻极扭线刷除尘模块所使用的材质还可以是堇青石陶瓷、莫来石陶瓷、SiC陶瓷、Al₂O₃陶瓷；驻极扭线刷除尘模块内的气流通道直径为10mm～100mm，气流通道长度为5cm～80cm；扭线刷的中心的两根扭线是金属材质的碳素钢、不锈钢、铁、铝、铜或铝合金，扭线刷刷毛的材质是经过驻极处理的聚乙烯丝、聚丙烯丝、聚四氟乙烯丝、聚偏氟乙烯丝、聚六氟丙烯丝、氟化乙丙烯共聚物丝、聚醚酰亚胺丝、聚酰亚胺丝；扭线刷的刷体直径是相应的驻极扭线刷除尘模块气流通道直径的1.1～1.6倍。

相比于常见的除尘装置，本方法获得的除尘模块尺寸可调、对微细粉尘去除效果好。由于避免了采用微孔或狭缝来截留颗粒，所以该模块具有压降小、风量大的特点。在该模块中，大量的交错扭线刷刷毛作为有效收尘表面，同时能通过静电力固定粉尘，有效避免了被捕捉的粉尘再次飞扬逃逸。

附图说明

说明书附图1～图5对本技术方案进行了直观阐释：

图1A表达了尚未填塞扭线刷的金属材质的驻极扭线刷除尘模块构成方式，其中1为金属模块，2为气流通道，3和4为金属模块上下盖板，5和6为金属模块侧面盖板，8和9分别为金属模块的前后花板，上面留有气流进入的圆孔，7为构成气流通道的圆管，图1A中的箭头为各个部分的组合方向，图1B为组合好的尚未填塞扭线刷的驻极扭线刷除尘模块的金属模块，该模块同样可以通过陶瓷挤出来烧制，图1C为尚未填塞扭线刷的驻极扭线刷除尘模块的侧视图，图1不对气流通道的排列方式构成任何限制，气流通道可以如图1这样正三角形排列，也可以以其他方式任意排列，只要保证气流通道平行便可；

图2驻极扭线刷除尘模块的构成方式，图2A为毛刷填塞的过程，图2B为填塞好毛刷的驻极扭线刷除尘模块斜视图，图2C为填塞好毛刷的驻极扭线刷除尘模块的正视图，其中10为扭线刷，该扭线刷的刷毛为驻极高分子材料。

其中图3A为荷电模块的后视图，图3B为荷电模块的正视图，图3C为荷电模块的斜视图，图3D为荷电模块的侧视图，图3中11为高压电源，12为荷电模块的电晕极，13为荷电模块的收尘板，14为荷电模块电晕极组的供电连接线，15为荷电模块外壳和收尘极的接地连接线，该线和高压电源的另一极相连，图3不对荷电模块的电晕极电性构成限制，荷电模块的电晕极可以接高压电源正极也可以接高压电源负极。

图4为将荷电模块和驻极扭线刷除尘模块组合起来的示意图，其中图4A为扭线刷刷柄在气流上游时的装置侧视图，图4B为扭线刷刷柄在气流下游时的装置侧视图，图4C为图4A的斜视图，其中为了清楚起见，图4C没有画出扭线刷的刷毛，图4也不能对荷电模块的电极电性选择构成限制，荷电模块的电晕极可荷载正电或负电，图5中的箭头为气流方向。

图5为驻极扭线刷除尘模块中的单个气流通道内的除尘机理图，其中16为驻极扭线刷除尘模块的气体通道孔壁，17为扭线刷的刷毛，18为扭线刷中心的金属刷柄，19为带负电的粉尘颗粒，20为带正电的粉尘颗粒，由于静电引力的作用，荷载负电的粉尘颗粒将向扭线刷表面的正电驻极区域移动，而荷载正电的粉尘颗粒将向扭线刷表面的负电驻极区域移动。

具体实施方式

本发明的目的是通过如下的技术方案实现的：本高效除尘模块由荷电模块和驻极扭线刷除尘模块组成，在除尘过程中，先使用荷电模块对气流中的粉尘进行荷电，也就是使含尘的气流过安置有电晕极和收尘极的荷电模块的电场，从而对气流中的粉尘进行荷电，而后使气流通过驻极扭线刷除尘模块，驻极扭线刷除尘模块是具有多于一个气流通道的金属或陶瓷模块，气流通道互相平行，且通道为圆柱形，气流通道内部填塞有扭线刷，所填塞的扭线刷的刷毛为驻极高分子材料，由于扭线刷刷毛上长时间存储空间电荷和偶极电荷，因此气流中被荷载正电或负电的颗粒将以异性相吸的原则向扭线刷刷毛的负电荷区域或正电荷区域移动，并被牢固吸附在扭线刷刷毛上完成除尘，当除尘模块吸附过多粉尘时，通过洗涤的方法将刷毛上的的粉尘洗掉并使模块实现再生。

本空气除尘净化装置的特征还在于：本除尘模块前端的荷电模块的电晕极电压为-3～-20kV，或3～20kV，电晕极为公称直径0.1～1mm的圆丝、星形线、螺旋线，极间距为0.5～10cm，收尘极接地；驻极扭线刷除尘模块所使用的材质是碳素钢、不锈钢、铁、铝、铜、铝合金；驻极扭线刷除尘模块所使用的材质还可以是堇青石陶瓷、莫来石陶瓷、SiC陶瓷、Al₂O₃陶瓷；驻极扭线刷除尘模块内的气流通道直径为10mm～100mm，气流通道长度为5cm～80cm；扭线刷的中心的两根扭线是金属材质的碳素钢、不锈钢、铁、铝、铜或铝合金，扭线刷刷毛的材质是经过驻极处理的聚乙烯丝、聚丙烯丝、聚四氟乙烯丝、聚偏氟乙烯丝、聚六氟丙烯丝、氟化乙丙烯共聚物丝、聚醚酰亚胺丝、聚酰亚胺丝；扭线刷的刷体直径是相应的驻极扭线刷除尘模块气流通道直径的1.1～1.6倍。

下面举出几个具体实施例，以进一步理解本发明：

实施例1：

制备一个流道尺寸为30cm×20cm的荷电模块，其极间距为3cm，用10根直径0.1mm，且长度为20cm的圆丝为电晕丝，收尘极板在气流方向上的宽度为3cm，电晕极荷载6000V正电压，收尘极板接地，连接一块尺寸30cm×20cm×10cm的不锈钢质驻极扭线刷除尘模块，其气流通道为长度为10cm、孔直径为10mm的圆柱形孔道，孔道之间的圆心间距为15mm，每三个临近孔道的圆心按照正三角形方式排列，孔数为293，取293支扭线毛刷，其外径为11mm，刷毛材质为经过电晕放电驻极的聚乙烯丝，毛位长度为10cm，每根毛刷中间的两根扭线丝为铜丝，插入该不锈钢荷电模块的孔道中，每孔插一根毛刷，获得可以高效捕捉粉尘的气体净化模块，在5m/s的空气线速下，压降小于80Pa，对粒径2μm的雾滴，其截留效率超过95％。

实施例2：

制备一个流道尺寸为20cm×20cm的荷电模块，其极间距为2cm，用10根直径1mm，且长度为20cm的星形线为电晕丝，收尘极板在气流方向上的宽度为3cm，电晕极荷载2000V负电压，收尘极板接地，连接一块尺寸20cm×20cm×5cm的碳钢质驻极扭线刷除尘模块，其气流通道为长度为5cm、孔直径为20mm的圆柱形孔道，孔道之间的圆心间距为24mm，每三个临近孔道的圆心按照正三角形方式排列，孔数为68，取68支扭线毛刷，其外径为32mm，刷毛材质为经过电晕放电驻极的聚丙烯丝，毛位长度为5cm，每根毛刷中间的两根扭线丝为铝丝，插入该碳钢荷电模块的孔道中，每孔插一根毛刷，在4m/s的空气线速下，其压降小于28Pa，对粒径2μm的雾滴，其截留效率超过75％。

实施例3：

制备一个流道尺寸为10cm×10cm的荷电模块，其极间距为5cm，用2根直径0.5mm，且长度为10cm的螺旋线为电晕丝，收尘极板在气流方向上的宽度为4cm，电晕极荷载20kV正电压，收尘极板接地，连接一块尺寸10cm×10cm×5cm的堇青石质驻极扭线刷除尘模块，其气流通道为长度为5cm、孔直径为15mm的圆柱形孔道，心间距为20mm，每三个临近孔道的圆心按照正三角形方式排列，孔数为27，取外径为20mm的扭线毛刷，刷毛材质为经电子束轰击法驻极的聚四氟乙烯丝，毛位长度为5cm，每根毛刷中间的两根扭线丝为不锈钢丝，插入该铜质荷电模块的孔道中，每孔插一根毛刷，获得可以高效捕捉粉尘的气体净化模块，在10m/s的空气线速下，其压降小于120Pa，对粒径2μm的雾滴，其截留效率超过88％。

实施例4：

制备一个流道尺寸为1m×1m的荷电模块，其极间距为10cm，用10根直径0.2mm，且长度为1m的圆丝为电晕丝，收尘极板在气流方向上的宽度为10cm，电晕极荷载20kV负电压，收尘极板接地，连接一块尺寸1m×1m×0.1m的铝质驻极扭线刷除尘模块，其气流通道为长度为40cm、孔直径为80mm的圆柱形孔道，孔道之间的圆心间距为90mm，每三个临近孔道的圆心按照正三角形方式排列，孔数为126，取外径为88mm的扭线毛刷，刷毛材质为经静电纺丝驻极的聚醚酰亚胺丝，毛位长度为40cm，每根毛刷中间的两根扭线丝为铝合金丝，插入该铝制荷电模块的孔道中，每孔插一根毛刷，获得可以高效粉尘的气体净化模块，在10m/s的空气线速下，其压降小于60Pa，对粒径2μm的雾滴，其截留效率超过88％。

实施例5：

制备一个流道尺寸为50cm×50cm的荷电模块，其极间距为0.5cm，用100根直径0.2mm，且长度为50cm的圆丝为电晕丝，收尘极板在气流方向上的宽度为4cm，电晕极荷载3000kV正电压，收尘极板接地，取一块50cm×50cm×20cm的铁质驻极扭线刷除尘模块，其气流通道为长度为20cm、孔直径为30mm的圆柱形孔道，孔道之间的圆心间距为36mm，每三个临近孔道的圆心按照正三角形方式排列，孔数为180，取外径为35mm的扭线毛刷，刷毛材质为经电晕纺丝驻极的聚酰亚胺，毛位长度为20cm，每根毛刷中间的两根扭线丝为铁丝，插入该铁质荷电模块的孔道中，每孔插一根毛刷，获得可以高效除尘的气体净化模块，在10m/s的空气线速下，其压降小于80Pa，对粒径2μm的雾滴，其截留效率超过90％。

实施例6：

制备一个流道尺寸为30cm×20m的荷电模块，其极间距为4cm，用5根直径0.5mm，且长度为30cm的星形线为电晕丝，收尘极板在气流方向上的宽度为5cm，电晕极荷载10kV正电压，收尘极板接地，连接一块尺寸30cm×20cm×10cm的莫来石陶瓷质驻极扭线刷除尘模块，其气流通道为长度为10cm、孔直径为10mm的圆柱形孔道，孔道之间的圆心间距为15mm，每三个临近孔道的圆心按照正三角形方式排列，孔数为293，取293支扭线毛刷，其外径为11mm，刷毛材质为经过电晕放电驻极的聚四氟乙烯丝，毛位长度为10cm，每根毛刷中间的两根扭线丝为铁丝，插入该铝合金荷电模块的孔道中，每孔插一根毛刷，获得可以高效除尘的气体净化模块，在5m/s的空气线速下，压降小于60Pa，对粒径2μm的雾滴，其截留效率超过95％。

实施例7：

制备一个流道尺寸为30cm×20m的荷电模块，其极间距为2cm，用10根直径0.1mm，且长度为30cm的星形线为电晕丝，收尘极板在气流方向上的宽度为5cm，电晕极荷载3kV负电压，收尘极板接地，取一块尺寸30cm×20cm×10cm的铝合金质驻极扭线刷除尘模块，其气流通道为长度为10cm、孔直径为10mm的圆柱形孔道，孔道之间的圆心间距为15mm，每三个临近孔道的圆心按照正三角形方式排列，孔数为293，取293支扭线毛刷，其外径为11mm，刷毛材质为经电晕放电驻极的聚偏氟乙烯丝，毛位长度为10cm，每根毛刷中间的两根扭线丝为不锈钢丝，插入该不锈钢荷电模块的孔道中，每孔插一根毛刷，获得可以高效除尘的气体净化模块，在5m/s的空气线速下，压降小于60Pa，对粒径2μm的雾滴，其截留效率超过95％。

实施例8：

制备一个流道尺寸为50cm×50cm的荷电模块，其极间距为0.5cm，用100根直径0.2mm，且长度为50cm的圆丝为电晕丝，收尘极板在气流方向上的宽度为4cm，电晕极荷载3000kV正电压，收尘极板接地，取一块50cm×50cm×20cm的SiC陶瓷质驻极扭线刷除尘模块，其气流通道为长度为20cm、孔直径为30mm的圆柱形孔道，孔道之间的圆心间距为36mm，每三个临近孔道的圆心按照正三角形方式排列，孔数为180，取外径为35mm的扭线毛刷，刷毛材质为经电晕放电驻极的聚六氟丙烯丝，毛位长度为20cm，每根毛刷中间的两根扭线丝为铁丝，插入该铁质荷电模块的孔道中，每孔插一根毛刷，获得可以高效除尘的气体净化模块，在10m/s的空气线速下，其压降小于80Pa，对粒径2μm的雾滴，其截留效率超过90％。

Claims (6)

1.一种高效除尘模块制备方法：本高效除尘模块由荷电模块和驻极扭线刷除尘模块组成，在除尘过程中，先使用荷电模块对气流中的粉尘进行荷电，也就是使含尘的气流过安置有电晕极和收尘极的荷电模块的电场，从而对气流中的粉尘进行荷电，而后使气流通过驻极扭线刷除尘模块，驻极扭线刷除尘模块是具有多于一个气流通道的金属或陶瓷模块，气流通道互相平行，且通道为圆柱形，气流通道内部填塞有扭线刷，所填塞的扭线刷的刷毛为驻极高分子材料，由于扭线刷刷毛上长时间存储空间电荷和偶极电荷，因此气流中被荷载正电或负电的颗粒将以异性相吸的原则向扭线刷刷毛的负电荷驻极区域或正电荷驻极区域移动，并被牢固吸附在扭线刷刷毛上完成除尘，当本高效除尘模块吸附过多粉尘时，通过洗涤的方法将刷毛上的粉尘洗掉并使本高效除尘模块实现再生。

2.如权利要求1所述的一种高效除尘模块制备方法，其特征在于：本高效除尘模块前端的荷电模块的电晕极电压为-3~-20kV，或3~20kV，电晕极为公称直径0.1~1mm的圆丝、星形线、螺旋线，极间距为0.5~10cm，收尘极接地。

3.如权利要求1所述的一种高效除尘模块制备方法，其特征在于：驻极扭线刷除尘模块中用于填塞驻极扭线刷的模块的材质是碳素钢、不锈钢、铁、铝、铜铝合金、堇青石陶瓷、莫来石陶瓷、SiC陶瓷或Al₂O₃陶瓷。

4.如权利要求1所述的一种高效除尘模块制备方法，其特征在于：驻极扭线刷除尘模块内的气流通道直径为10mm~100mm，气流通道长度为5cm~80cm。

5.如权利要求1所述的一种高效除尘模块制备方法，其特征在于：驻极扭线刷除尘模块内扭线刷刷毛的材质是经过驻极处理的聚乙烯丝、聚丙烯丝、聚四氟乙烯丝、聚偏氟乙烯丝、聚六氟丙烯丝、氟化乙丙烯共聚物丝、聚醚酰亚胺丝或聚酰亚胺丝。

6.如权利要求1所述的一种高效除尘模块制备方法，其特征在于：驻极扭线刷除尘模块内扭线刷的刷体直径是相应的气流通道直径的1.1~1.6倍，扭线刷的毛位长度和驻极扭线刷除尘模块的气流通道长度相等。