035计重法用人工尘的研究制备

计重法用人工尘的研究制备北京工业大学安爱明Õ中国建筑研究院空气调节研究所王智超宋灿华摘要：指出人工尘是用于测定空气过滤器计重效率和容尘量的试验尘源，是影响空气过滤器检测效率的一项重要内容。详细分析了人工尘作为模拟大气尘的性质，并指出人工尘的组成与大气尘密切相关。列出了GB12218—89中的人工尘在组成和粒径分布等方面存在的不足，指出研究制备新的人工尘是非常必要的。给出了新人工尘的组成、粒径分布和化学成分等重要参数，并对人工尘的制备和检验方法进行了说明。提出希望有制备能力的企业积极参与到人工尘的制备工作中来，以便于空气过滤器性能检测工作的全面进行。关键词：人工尘大气尘制备检验0引言人工试验尘是一种模拟大气尘，是空气过滤器性能检测中，用于测定过滤器容尘量和计重效率指标的负荷尘源。试验尘源的颗粒分散度和物理化学性质是检测过程中影响过滤器性能的重要因素。试验尘源不同，同一台过滤器所得的过滤效率、容尘量等技术性能指标也不相同。因此，人工尘是影响空气过滤器检测效率的一项重要内容。70～80年代，国内一些科研工作者就开始了人工尘的研究工作，制备出了一批人工尘。并将其列入国家标准即GB12218—89《一般通风用空气过滤器性能试验方法》。但是由于种种原因，目前国内没有稳定可靠的人工尘供应。因此对于粗效过滤器的计重效率以及容尘量的测定无法进行。而容尘量指标对于空气过滤器的使用寿命和更换周期是很重要的，缺少容尘量指标就不能全面地评价一台过滤器的性能。另外，GB12218—89中的人工尘长时间没有进行修订，二十年前的试验尘源已经不能很好的模拟现今大气尘的状况。现在《空气过滤器》标准的修订工作已经全面展开，人工尘的制备也提到了议事日程，我们需要研究制备新的人工尘，并长期提供该尘源，以便于计重效率和容尘量指标的测试。1人工尘是模拟大气尘由于大气尘的多样性和多变性，造成同一台过滤器在不同地方或同一地方不同时间所测试的效率有所差异。这就要求在检测空气过滤器性能时采用人工试验尘。另外，利用人工尘可以缩短容尘量试验的周期。如果用大气尘进行容尘量试验，试验周期为若干个星期，由于人工尘比大气尘偏粗，运用人工尘进行试验就大大缩短了试验周期。1.1人工尘作为模拟大气尘，测试要尽量模拟过滤器的实际应用环境。大气尘的来源有自然发生源和人为发生源。在自然发生源中，有因为喷沫带入的海盐颗粒，有风吹起的土壤微粒，有森林火灾放出的大量微粒，还有植物花粉等微粒。我国的大气尘人为发生源主要来自煤烟型大气污染，主要有矿物的碎屑、煤粉、炭黑和金属等无机性微粒。大气尘的70%是由风化产生的，而由于工业污染产生的微粒可达大气尘总量的25%～30%[1]。人工尘的成分和比例与大气尘的组成密切相关。由表1可以看出,国内外空气过滤器标准中人工尘的成分是一致的，均由道路尘、炭黑和棉纤维三部分组成，其中道路尘是模拟大气尘自然发生源中的海盐微粒、土壤微粒、流星尘、植物花粉等微粒的，其质量百分数均在70%左右。炭黑是模拟大气尘人为发生源中的煤粉、焦炭粉、矿渣、金属硫氧化物等微粒的，其质量百分数均在20%左右。回风系统中夹带的棉绒要比室外吸入的新鲜空气中的多，人工尘中混入适量棉绒，是为了更接近实际情况。可见，人工尘的组成是由其模拟大气尘的性质决定的。1表1国内外人工尘的组成ASHRAE52.2-1996GB1228-89EN779:2002JISZ890115种尘原料规格质量分数原料规格质量分数原料规格质量分数原料规格质量分数亚利桑那州道路尘72%以陕北黄土为主体的道路尘72%亚利桑那州道路尘72%8种尘关东亚粘土72%摩洛哥炭黑23%天然气补强炭黑25%炭黑23%12种尘炭黑23%棉纤维5%短棉绒3%棉绒5%棉绒5%01020304050607080煤石油天然气水电核能1.2尽管人工尘是模拟大气尘，但是外界状况很难被复制，因为地点改变了，外界条件也随之改变。人工尘的组分和比例几乎肯定与过滤器的实际应用环境不同。因此，实验室测定的性能结果，不能用于定量地预测过滤器的使用性能。在试验中对过滤器进行试验的目的是帮助用户对不同类型的过滤器进行比较，并提供各种过滤器相对使用寿命的大致参考。198920042现有标准中人工尘存在的问题2.1GB1228-89中的人工尘由72%的道路尘，25%的炭黑以及3%的短棉绒组成。其中，道路尘由以陕北黄土为主的原料加工而成[2]。由表1看出，国外几种主要人工尘的成分和各组成成分所占的比例是完全一致的。国内人工尘的成分与国外人工尘也一致，但炭黑的质量百分数较国外高，而短棉绒的质量百分数较国外低。要想使得国内的产品进入国际市场，国内标准在符合本国情况的前提下向国际标准靠拢是必不可少的。图1我国1989和2004年一次能源消耗构成另外，GB12218-89这一标准是八十年代制定的。由图1可见，八十年代，我国的主要能源是煤，GB12218-89的人工尘中炭黑比例略高，符合当时实际大气尘的特性。但随着经济发展，我国的能源结构发生了变化，由图1可见，煤的消耗量由1989年的75.8%下降为2004年的69%。大气尘的组成也随之发生了变化。因此，GB12218-89中人工尘的成分就不能够完全的适合现在的情况，必须对GB12218-89中的人工尘加以修定。表2国内外人工尘的粒径分布百分数粒径范围ASHRAE52.2-1996GB1228-89EN779:2002JISZ89018种尘0～5um39±2%33±3%39±2%39±5%5～10um16±3%16±2%16±3%18±3%10～20um16±3%26±3%16±3%16±3%20～40um18±3%16±3%18±3%18±3%40～80um9±3%9±3%9±3%9±3%22.2从表2可以看出，国外人工尘的粒径分布基本一致，只是精确度要求略有不同[3]。而在0～5um和10～20um两个粒径范围内，国内人工尘的粒子百分数与国外人工尘有较大的差别[4]。与国外人工尘相比，国内人工尘中，粒径范围在0～5um的粒子所占质量百分数较小，而粒径范围在10～20um的粒子所占质量百分数较大。总体看来，国内人工尘中大粒径粒子所占的质量百分数较大。3新人工尘的制备从计重效率和容尘量指标测试的需要看，必须对GB1228-89中的人工尘进行修订，制备新的稳定人工尘。人工尘作为标准尘，要求其具有稳定的物理化学性质，能保证多年取用而性质不变；在制备方面，该具有方法简单，价格便宜的特点。出于尽量真实模拟大气尘，并向国际上几种重要人工尘靠拢的考虑，可以按照以下方法制备人工尘。3.1人工尘的组成成分仍为：道路尘、炭黑和短棉绒，其质量百分数由72%，25%，3%变为72%，23%，5%。根据大气尘煤烟污染的减少，适当的减少炭黑的比例，以便于更好的模拟大气尘。道路尘的原料为黄土，地区不限，要求资源丰富，物理化学性质稳定，价格便宜。按GB6900—86粘土、高铝制耐火材料化学分析方法测定道路尘的主要化学成分，其主要化学成分符合表3的规定。按照GB5161—85金属粉末—有效密度的测定中的比重瓶测定法测定道路尘的真密度，其值为。按照GB/T6524—2003金属粉末粒度分布的测量重力沉降光透法测定道路尘的粒径分布，粒径分布符合表4的规定。3/8.2~6.2cmg=ρ道路尘的制作工艺：把黄土在800~850℃温度下焙烧后，按一定的球料比关系放入瓷瓶进行粉磨。检验其粒径分布，或进行气流分选或作必要的粒级调配，至粒径达到预定要求即可。炭黑的材料名称为半补强炉法瓦斯炭黑，来源为橡胶工业常用的半成品。按照GB5161—85金属粉末—有效密度的测定中的比重瓶测定法测定炭黑的真密度，其值为。物理化学性质满足以下要求：吸碘值为10~25mg/g，吸油值为0.4~0.7mg/g，PH为9.51，粒径范围为0.08~0.13um。3/1.2~8.1cmg=ρ短棉绒的原料来源为经过处理的棉质纤维落尘，其物化性质符合以下要求：um20≅φ，mml2≤。3.2可以按照下述方法来制备人工尘。把道路尘、半补强炭黑按照要求的比例称出放在混合机中进行混合，然后再把一定比例的短棉绒分批加入，一并混合均匀。以制备2000g人工尘为例，讲述人工尘的制作方法：1）将大约1500g的道路尘在104℃干燥30分钟，称1440±1g这种尘，放在干净的搅拌器内。2）在104℃的温度下干燥大约600g炭粉30分钟，称取460±1g干燥好的炭粉放入混合容器，在容器中混合道路尘和炭粉5分钟。3）在82℃的温度下，干燥大约125g磨好的棉线30分钟，称100±1g干燥好的棉线，通过一个14目的网眼筛筛大约20g这种棉线进入搅拌器中。把道路尘、炭粉和棉花充分混合两分钟。然后再筛选20克棉花放进搅拌器中进行混合，反复操作，直到把100g棉花和炭粉、道路尘混合均匀[5]。表3道路尘的主要化学成分化学成分SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOC含量（%）68±216±24±13±11±0.54±13表4道路尘粒径分布粒径间μm0~55~1010~2020~4040~80含量%39±318±316±318±39±33.3制备完人工尘，需要对人工尘的三种组成成分进行检验。可采用在电炉中加温焙烧，然后分别称重的方法分析粉尘中三种物料的含量[6]。分析步骤如下：1）将粉尘样品置入能控温的电炉内，在105~120℃的温度下持续烘干2小时，然后干燥冷却，称其重量为A（g）。2）将粉尘样品放入坩埚，再次送入炉中，使之在380~420℃下持续1小时，然后冷却，再次称重，粉尘的重量为B（g）。3）将重量为B（g）的粉尘连同其坩埚再次放入炉中，使之在800~900℃下持续2小时，待冷却后取出称重，粉尘重量又变为C（g）。4）按重量计算：短棉绒含量G纤（%）=(A－B)/A×100炭黑含量G炭（%）=(B－C)/A×100黄土含量G土（%）=C/A×1004结论4.1人工尘作是一种模拟大气尘，其组成与大气尘的组成密切相关。三种成分中道路尘是模拟大气尘自然发生源产生的各种微粒，炭黑是模拟大气尘人为发生源产生的微粒，短棉绒是为了模拟回风系统中所夹带的棉绒。4.2为了更好的模拟大气尘，同时也为了尽量与国际上几种主要的人工尘接轨，需要对GB1228-89中人工尘的组成及粒径分布等重要表征量进行修订。4.3根据现今大气尘的组成，确定新的人工尘的组成、粒径分布和化学成分等参数。按照筛分、研磨、干燥、混合的方法来制备人工尘，并依据相应标准对所制备人工尘的各项参数进行检测。4.4无论从尽量真实的模拟受污染的大气尘的需要，从计重效率和容尘量指标测试的需要还是从提供稳定可靠的人工尘的需要来看，国内对于人工尘的研究和制备任务已经非常紧迫。希望有兴趣、有制备能力的单位积极参与到人工尘的制备工作中来。研究制备新的人工尘并长期供应该种尘源，使得空气过滤器效率的国家检测及企业自检中，测试计重效率和容尘量指标的试验能够顺利进行。参考文献：[1]许钟麟.空气洁净技术原理（第三版）.北京：科学出版社，2003[2]GB.一般通风用空气过滤器性能试验方法.GB12218-89，1989:72-78[3]EN.ParticulateAirFillerforGeneralVentilation-DeterminationoftheFiltrationPerformance.EN779:2002,2002:13-35[4]JIS.JapaneseStandardsAssociation.JISZ8901-1995,1995:193-199[5]ANSI/ASHRAE.MethodofTestingGeneralVentilationAirCleaningDevicesforRemovalEfficiencybyParticleSize,ASHRAE52.2-1999,1999:127-130[6]GB.大气试验粉尘标准样品：黄土尘、煤飞灰、模拟大气尘.GB13268，1991:6-7安爱明，女，1980年8月，在读硕士研究生。联系电话：[phone]传真：0