过滤器变脏的故事
不管是长的，短的，但具有不同程度（或使用时间）不同污染程度的Tion呼吸过滤器，最终都落入了我顽皮的小手。这意味着是时候倒一杯茶，然后浸入过滤灰尘和脏空气的奇妙缩影了。有关过滤器在真实条件下使用寿命的详细信息，欢迎关注。注意，电子显微镜会产生很多照片。在Tion公司博客上的上一篇文章中，描述了在诸如HEPA（过滤器等级H11）等过滤器上进行粒子过滤的基本原理和机制。过滤器即使没有100％的效率，也能够非常有效地捕获灰尘颗粒。通常，此类研究是在标准模型系统上进行的，即在过滤器-泵式过滤器周围收集并追踪一定的颗粒混合物，直到泵送预定体积的空气为止，然后例如测量沉积在过滤器上的物质的质量。下面，我将以Tion提供的示例为样本，说明随着时间的推移，实际的过滤器会如何变脏，尽管当然，结果也可以推断到任何现代光纤过滤器中。但是，也许我们会从一个小的题外话开始。过滤器及其制造技术
首先，我想回答vesper用户问 有关使用哪种材料的上一篇文章的问题：HEPA过滤器由哪种纤维组成？不是棉花呢？
过滤器本身由两部分组成，为了清楚和简洁起见，我们将其称为“基部”，它具有过滤器的刚度，实际上不参与过滤动作，而柔性的“过滤器纤维”具有发达的表面（换句话说，表面积大）。这种纤维的直径差异超过了该数量级，从1到10-20微米或微米不等（为了比较，标准人发的直径约为80微米）！当然，制造两个零件的材料主要是聚合物或玻璃纤维，而不是棉。获得纤维的过程实现了“自动化”并尽可能地工业化。因此，使用静电纺丝 通过模头的聚合物或液体玻璃（非常细的管子决定了纤维的直径，通常有很多这样的管子-成千上万甚至几千个）被“喷洒”到基板上，形成网格。如此绚丽多彩的静电纺。来源静电纺丝过程和泰勒锥的形成示意图。来源通过静电纺丝获得的基底（左）和过滤纤维（右）接下来，通过光或热或某种方式使聚合物固化。万岁，滤垫准备好了！它仅能切碎并打包。当然，确切的成分，通过模具的冲压参数和其他技术诀窍是商业秘密。尽管在某些方面该过程类似于隔热垫的创建，但我还是有机会以某种方式参观了叶戈里耶夫斯克附近的圣戈班工厂。纳米纤维和静电力
其次，我想对以前的工作进行一些澄清和补充。为什么不制造纳米纤维（更大地增加面积）？如果我们在经典流体力学的框架内解决层流气流阻碍障碍物的问题，那么我们不可避免地会遇到边界条件：在纤维表面上，流速应为零，这为粒子沉积创造了极好的条件。然而，当障碍物的尺寸太小时，表现出所谓的滑移效应。在一项有趣的工作中，详细讨论了圆形纤维周围气流的流体动力学。速度曲线或流态的变化用克努森数描述。因此，对于正常条件下的空气，对于小于约0.5微米的纤维，应考虑流动滑移，这就是用于HEPA过滤器的大部分纤维直径为1至100微米的原因。因为正是这个尺寸范围有利于较大颗粒在表面上的接合和沉积。然而，对于小于0.3μm的颗粒，该沉积机理的效率显着降低，这带来了一定的困难。（a）没有和（b）有入射滑移的情况下，过滤纤维附近的空气流速分布细条被大量用于制造具有纳米级纤维的过滤器，并且过滤机制本身发生了变化。除了缠结之外，粒子主要沉积在纤维编织点上，它们正在非常非常努力地这样做。Tion在这一领域有自己的发展，这使我们能够获得非常薄的纳米纤维网，从而创造出：“一种过滤性复合纤维网，由聚丙烯和聚对苯二甲酸乙二酯的混合物以及玻璃纤维组成。”这样的“野兽”甚至能够在烟草烟雾中保留最小的焦油滴。如果将静电纺丝用于纤维生产，过程中纤维是否带电？清洗过滤器是否值得？接下来，我们将使灰尘颗粒和过滤纤维相互作用期间产生的力的分布更加清晰。由于纤维是通过使聚合物或玻璃熔体迅速通过模具而形成的（通常也是在附加电场的影响下），因此，纤维会携带一些多余的电荷。另外，可以通过在等离子体中处理材料来额外产生过量电荷。例如，玻璃和石英经常被用作天然且便宜的驻极体，换句话说，具有显着恒定电荷的材料。由于静电力的作用，飞过带电纤维的尘埃颗粒可以有效地从流中“夺走”（如果纤维和颗粒均带电，则可以驱除）。奇怪的是，但是绝大多数的微米级和纳米级粒子带电，尤其是粉尘粒子。由于与空气，物体的摩擦以及相应的电荷再分配和分离，电荷很容易在颗粒表面产生。当然，我们在日常生活中不会感觉到这种情况，因为电子的少量电荷（1.6 10 -19库仑）对我们来说无济于事，但对于纳米世界而言，这是一个巨大的数目。例如，这是整个可再生电力行业的基础-摩擦电，这是我之前写的（第1部分和第2部分）。当然，纤维的电荷和过滤效率之间存在相关性。过度充电的过滤器纤维会简单地排斥带有相同符号的电荷的粒子，效率会下降，但是完全中性的过滤器将不够有效，因此必须遵守黄金分割法。细心的读者会注意到，有一些全静电过滤器会首先对尘埃颗粒进行额外的充电，然后有效地去除几乎所有直径最大为10 nm的颗粒！但是，这是一个完全不同的故事，值得单独撰写。从理论转向实践：那么值得洗滤器吗？将过滤器恢复到原始状态的尝试注定会失败，但是可以去除部分因清洗和敲除造成的污染，尤其是大颗粒或多类颗粒。此外，这种“恢复”的过滤器将比新的过滤器服务少得多。我还建议您阅读有关过滤器的另一本优秀出版物。部分是实验性的。过滤网很脏
因此，提供了以下过滤器供审查：F7的寿命为0和3天，2周和6个月，它清洁了新西伯利亚的新鲜针叶林空气以及北部首都的H11（HEPA）。让我们从F7主过滤器开始。在一个大城市中运行两周后，开始出现明显的过滤器污染。因此，大城市的尘土，尘土和烟雾不是一个空洞的词！现在，用我最喜欢的电子显微镜看一下滤镜。在“我们周围的世界 ”一文中精选了其他在枪口下检查的日常用品。如上所述，过滤器由两部分组成-直径为50-100微米的粗基础纤维和细过滤纤维。纤维本身干净，光滑。即使使用三天后，也已经可以注意到纤维上捕获的单个大颗粒灰尘（标有红色箭头）。尽管基础纤维保持相对清洁，并且如上所述，但不参与过滤。两周后，污染总量显着增加。单个纤维被几乎看不见的亚微米甚至纳米级颗粒覆盖（根据IUPAC分类<100 nm，蓝色箭头），在某些地方开始形成泥“膜”（用紫色圆圈标记）。下面的显微照片显示了所有黑白细节：使用六个月后，纤维之间的大部分空间都充满了灰尘，污垢和各种颗粒。灰尘和污垢形成的薄膜甚至覆盖了较粗的基础纤维，更不用说细纤维了。在我看来，下面是一张非常清晰的显微照片，显示了几乎所有颗粒沉积的机理。惯性或啮合导致大颗粒（红色箭头），小颗粒由于扩散而沉降（蓝色箭头）。由于过滤纤维逐渐被此类颗粒过度生长，在表面上形成了一层膜（标记为紫色）。原则上，过滤器可以摇动，清洗，但不可能恢复到全新的状态。还值得考虑的是，花在纤维表面上并被粘附的灰尘颗粒所补偿的电荷，因此，经过洗涤的过滤器仍会过滤，更重要的是，使灰尘比新的更糟。接下来，我们简要考虑HEPA过滤器及其在实际条件下运行两周的示例。干净的H11过滤器与前面讨论的F7差别不大，除了过滤纤维的堆积更密。就是说，HEPA只是一种密度更高的过滤器，纤维之间的孔径较小。使用HEPA两周后，它看起来可能像是全新的过滤器，但这并非完全正确。当然，大多数灰尘仍留在F7粗滤器上，因此不太可能大量发现大颗粒。但是，如果将其拉近十倍，我们很容易发现HEPA过滤器通过将非常小的颗粒捕获在纤维表面上而起作用（蓝色箭头）。与F7过滤器一样，HEPA最终会“长满”一层污垢（以紫色标记）。而不是结论
有趣的是，不是通过测试台上的模型颗粒而是在一个大城市（甚至两个城市！）的实际运行条件下跟踪过滤器污染的演变。实际上，事实证明，随着时间的推移，过滤纤维会长满一层整块的灰尘，从而在纤维之间形成“膜”。一方面，这是很好的，因为它增加了越来越多的新颗粒的捕获横截面，另一方面，过滤材料本身变得对空气的渗透性降低，因此，泵上的负载增加了。回答问题：更换过滤器还是不更换和清洗？ -我可以回答这个问题：尝试，但是清洗和/或敲除的速度将比新泵更快，并且还要另外装入泵。专为Tion准备的文字和显微照片©Tiberius。PS：请通过LAN报告有关文本的错误和评论。 Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN397457/
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