负载CoFe2O4纳米粒子磁性纤维滤料的制备与表征

通过选择聚苯硫醚(PPS)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚酰亚胺(P84)、玻纤、聚苯二甲酰苯二胺(芳砜纶)等5种袋式除尘器常用纤维针刺毡,利用共沉淀法将磁性铁酸钴纳米粒子负载到5种纤维滤料上得到磁性滤料,采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FT-IR)等表征方法从滤料上纤维表面负载形貌、CoFe_2O_4结晶程度、表面官能团等方面分析比较5种不同滤料负载磁性铁酸钴纳米粒子的微观机理及性能差异,并用振动样品磁强计(VSM)测试5种不同磁性滤料的剩余磁化强度及矫顽力大小。结果表明,P84磁性滤料由于自身纤维具有较强极性官能团■、较大负载表面积等特点使得铁酸钴纳米粒子负载更加均匀、磁密度较其它纤维滤料要高,每克磁性P84滤料的剩余磁化强度及矫顽力分别为0.52×10~3 A·m~2/kg和3 940.2 A/m,这对于磁性材料捕集微细颗粒物具有重要意义。     

磁场形式及参数对单纤维捕集钢铁行业粉尘中PM2.5性能影响

目前钢铁行业已成为大气污染防治的重点,为解决现有钢铁行业对于PM_2.5细颗粒难以捕集的难题,实现粉尘的超低排放。基于CFD-DPM（computational fluid dynamics-discrete phase model）方法对磁性纤维产生的磁场以及高梯度磁场等不同磁场形式下单纤维对钢铁行业捕集PM_2.5性能的影响进行研究,通过X射线衍射图谱分析可知钢铁行业生产过程产生的粉尘因含有Fe₃O₄以及单质Fe而具有磁特性,进而提出了利用磁场来增强单纤维捕集PM_2.5性能的方法. 计算结果表明,在运动轨迹方面,磁性纤维产生的磁场会在纤维周围形成引力区,高梯度磁场会在纤维周围形成2个引力区和2个斥力区;在捕集性能方面,当粉尘粒径d_p为0.5～1.0 μm,入口风速v≤0.2 m·s?1时,高梯度磁场下磁性纤维的捕集能力要强于单一磁性纤维的捕集能力,若磁场强度H=0.5 T,磁感应强度B=0.01 T,v=0.1 m·s?1,高梯度磁场可以使单纤维的捕集效率提高为传统单纤维捕集的28.32倍,若B=0.01 T,v=0.1 m·s?1,磁性纤维产生的磁场可以使捕集效率提高为传统单纤维捕集的4.037倍;在磁性纤维产生的磁场中,当磁感应强度B≥0.03 T时,磁性单纤维对PM_2.5的捕集效率随着入口风速的增加而减小,后趋于稳定,当B<0.03 T时,捕集效率随入口风速逐渐减小;捕集效率随粉尘粒径的增加而增大. 而对于高梯度磁场,单纤维对PM_2.5捕集效率同样随着入口风速的增加而减小,当v>0.4 m·s?1时,捕集效率为0,B越大,捕集效率下降越快;捕集效率随着粉尘粒径增大呈现先增加后减小的趋势.      

NO2和SO3氧化聚苯硫醚的密度泛函理论计算

通过密度泛函理论(Density Functional Theory, DFT)中的B3LYP-D3/6-31G(d,p)方法研究二氧化氮(NO2)、三氧化硫(SO3)氧化聚苯硫醚(Polyphenylene Sulfide, PPS)生成亚砜与砜结构的过渡态,并使用内禀反应坐标(Intrinsic Reaction Coordinate, IRC)确认其连接的反应物和产物,考察了PPS被氧化的反应路径,指出反应中分子几何结构与原子电荷的改变,揭示了NO2, SO3 氧化PPS滤料的微观机理。在此基础上,进一步计算不同温度下PPS氧化过程中的自由能垒,通过反应速率常数与半衰期定量比较NO2, SO3氧化PPS的能力。结果表明,在180~220℃范围内,SO3氧化PPS生成亚砜的反应速率常数是NO2的107倍;SO3氧化亚砜结构生成砜结构的反应速率常数是NO2的104倍,即SO3对于PPS分子链上S原子的氧化能力远强于NO2;在实际环境中NO2除了直接氧化PPS外,还可能存在能垒更低的反应路径。     

不同排列结构的纤维层对捕集PM2.5性能影响的数值模拟

基于离散颗粒模型(Discrete Phase Model, DPM)研究了三种纤维排列结构捕集颗粒物规律。模拟了不同排列结构的纤维层在拦截和惯性碰撞两种捕集机制下捕集颗粒物的性能,考察了颗粒物粒径、入口风速和纤维层填充率对平行排列、单层垂直排列和双层垂直排列纤维层捕集颗粒物性能的影响。结果表明,当颗粒物粒径为0.5~2.5 μm,风速为0.6 m/s时,垂直纤维层捕集颗粒物对粒径为1.5 μm及以上颗粒物的捕集性能增强,捕集性能在粒径为2.0 μm时达到最大;入口风速为0.2~0.8 m/s,颗粒物粒径为2.5 μm时,单层垂直纤维层结构颗粒物捕集效率随风速增加而增加,并高于平行排列结构和双层垂直排列结构,且其捕集性能随风速增加而降低;纤维层的填充率为6.0%~22.4%,颗粒物粒径为2.5 μm时,纤维层对颗粒物的捕集效率随填充率增加而增加,捕集颗粒物性能随填充率增加而降低,单层垂直纤维层结构捕集效率始终高于另外两种结构;单层垂直纤维层结构对颗粒物的捕集速率最大。     

磁性纤维直径对捕集Fe基细颗粒影响数值模拟

为了实现对钢铁行业微细颗粒的超低排放,提出磁性纤维提高对 Fe基细颗粒物的捕集。 基于计算流体力学?离散相模型CFD-DPM对比研究了传统纤维、磁性纤维直径对Fe基细颗粒捕集效率以及过滤阻力的影响。结果表明：当风速为0.10 m/s时,对于直径为35~45 μm范围的纤维,直径的增大能够明显增加过滤阻力。对于粒径小于2.5 μm的颗粒,磁性纤维直径的增加对捕集效率提高的影响相对较小,当颗粒粒径大于2.5 μm时,增大纤维直径能够显著提高捕集效率。风速处于0.01~0.05 m/s范围时,增大纤维直径对提高磁性纤维捕集效率作用明显;当风速为0.08~0.10 m/s时,纤维直径变化对捕集效率的影响较小。磁性纤维质量因子随纤维直径增大而下降。