Предложено разделять запыленные потоки и заряжать пылевые частицы в них разноименными электрическими зарядами. После объединения потоков, противоположно заряженные частицы быстро коагулируют, а потом отделяются. Еще в 1960х гг. предложен фильтр из металлических частиц, которые образуют прочную пористую структуру при наложении магнитного поля. Когда фильтр забивается пылью, поле выключают, и фильтр падает, разделяясь на отдельные частицы. Потом поле снова включают, металлические частицы поднимаются, а пыль остается на дне аппарата.
Для пылеочистки весьма эффективны нанопористые материалы, в частности со сквозными полостями, из которых изготавливают нанофильтры. При наноскопических поперечных размерах пор нанофильтры имеют различную проницаемость для молекул разных форм и размеров. Нанофильтры применяются в системах жизнеобеспечения космических станций, могут использоваться для тонкой очистки воздуха и воды. Для изготовления нано фильтров применяются нанопорошки металлов и керамики, которые спекаются методом порошковой металлургии.
При улавливании пыли, образующейся на промышленных установках, особое внимание обращается на удаление высокодисперсной пылевой фракции.
На протяжении многих лет пыль, образующаяся на промышленных установках, улавливалась с помощью тканевых или рукавных фильтров.
В последнее время по ряду причин особое значение приобрело улавливание высокодисперсных частиц (с аэродинамическим диаметром не более 0,1 мкм) и наночастиц (размером от нескольких нм до 0,1 мкм).
Определенные высокодисперсные частицы оказываются особенно опасными для здоровья из-за их повышенной способности к проникновению в легкие. В связи с этим законодательные органы в Германии и за рубежом обсуждают нормативы для фракций всех частиц, крупность которых не превышает 10 мкм или 2,5 мкм.
Многие отрасли промышленности работают со сверхтонкими частицами, необходимыми для производства изделий с улучшенными свойствами (например, определенные пигменты, высокодисперсные порошки, пирогенные кремниевые кислоты, продукция, получаемая при помощи нанотехнологий). Кроме того, для высокодисперсных частиц характерна относительно большая удельная поверхность, поэтому они уносят с собой основную долю адсорбированных веществ. Это особенно важно для термических процессов, так как определенные микроконцентрации вредных веществ присутствуют в газообразном и даже могут частично адсорбироваться на частицах летучей (витающей) пыли. Улавливание сверхтонкой фракции летучей пыли позволяет резко уменьшить и выбросы газообразных вредных веществ, присутствующих на уровне микроконцентраций.
Установки с тканевыми фильтрами, как правило, классифицируются по способу регенерации. Разработано несколько типов тканевых фильтров со встряхивающим устройством (со встряхиванием рукавов, с обратной промывкой, с импульсной продувкой).
Наиболее передовым способом регенерации фильтров является процесс импульсной продувки, разработанный фирмой MikroPul, который в настоящее время уже применяется в качестве стандартного. При этом рукава фильтра продуваются снаружи внутрь, а опорная корзина придает рукаву необходимую устойчивость. Регенерация на установках с импульсной продувкой осуществляется за счет интенсивного воздействия воздушной струи, которая обеспечивает раздувание рукава, удаляет фильтровальный кек (осадок на фильтре) за счет передачи импульса и изменяет направление воздушного потока на короткое время. В большинстве случаев регенерация может производиться и «на ходу» - в ходе рабочего цикла фильтрования.
Раньше в качестве фильтрующих материалов использовались простые ткани и нетканые материалы (полученные иглопробивным способом), которые объединялись в фильтрующие элементы. Обычно чем плотнее и тяжелее был фильтрующий элемент, тем выше была его фильтрующая способность; однако при этом возрастало и его сопротивление проходу фильтрующейся среды. Следующим по важности параметром является волокнистость используемых материалов. Механизмы осаждения частиц на волокнах фильтра в значительной степени определяются диаметром волокна. В связи с этим при использовании обычных фильтрующих материалов стараются обеспечить эффективность действия фильтра за счет уменьшения диаметра волокон и возможно более равномерной плотности войлока - без существенного повышения сопротивления фильтра.
Другой эффект при улавливании пыли с помощью войлочного фильтра заключается в осаждении и отложении частиц в глубинных слоях фильтрующего материала. Внутренний, так называемый первичный фильтровальный кек способствует существенному повышению эффективности фильтрования (закрываются крупные поры, увеличивается турбулентность потока в фильтрующем материале); однако все это способствует постоянному снижению напора при работе фильтра.
Желательно, чтобы на поверхности фильтрующей среды образовывался плотный слой пыли. Обычные современные материалы, обеспечивающие улавливание пыли преимущественно на поверхности, представляют собой различные сорта войлока - каландрированные, слоеные или с особо тонкими волокнами. Выбор материала волокон определяется производственными условиями - температурой, химической средой и режимом эксплуатации. Руководство по выбору фильтрующих материалов приведено в таблице 1, которая составлена с учетом важнейших производственных параметров.
Механизм поверхностной фильтрации идеально реализуется при использовании мембранных фильтрующих материалов. При этом нагрузка ложится на одну только мембрану. Мембранные фильтры типа Gore-Tex делаются двухслойными. Сторона набегающего потока представляет собой микропористую мембрану из фторопласта. Второй слой выполнен из войлока или ткани и предназначен для механической стабилизации фильтрующего материала.
В мембранных фильтрах вся пыль задерживается поверхностью мембраны. При этом не возникает постоянной потери напора, происходящей при внедрении пыли в слой войлока..
На сегодняшний день нанотехнологии активно используются в производстве кондиционеров и очистителей воздуха.
Новый очиститель воздуха на основе высокопористого оксида марганца со встроенными в него золотыми наночастицами эффективно удаляет из воздуха не только оксиды азота и серы, но и различные летучие органические соединения.Кроме оксидов азота и серы, промышленные предприятия и автомобили постоянно выбрасывают в атмосферу огромное количество летучих органических соединений, усугубляя парниковый эффект и угрожая здоровью человека. Это является причиной постоянного ужесточения допустимых норм загрязнения воздуха. Большинство современных очистителей воздуха основано на использовании фотокатализаторов, адсорбентов (активированный уголь) или озонолизе.
Однако такие системы при комнатной температуре недостаточно эффективно расщепляют органические загрязнители. Специалисты японской автомобильной компании Тойота, работающие под руководством Анила Синха (Anil K. Sinha), разработали новый материал способный при комнатной температуре удалять из воздуха любые загрязнители. Материал представляет собой высокопористый оксид марганца, содержащий золотые наночастицы.
Тестирование нового воздухоочистительного средства продемонстрировало его способность с высокой эффективностью удалять из воздуха и расщеплять три главных органических загрязнителя: уксусный альдегид, толуол и гексан.
Секретом успеха является большая внутренняя поверхность пор оксида марганца, обеспечивающая обширную площадь адсорбции. Кроме того, адсорбировавшиеся органические вещества очень эффективно расщепляются за счет кислорода, входящего в состав материала. Затраченный на процессы окисления кислород возобновляется за счет молекулярного кислорода воздуха, распадающегося на атомы на поверхности золотых наночастиц.
Чтобы обеспечить достаточно сильное взаимодействие между мельчайшими частицами золота и основой из оксида марганца, используется метод вакуумно-ультрафиолетовой лазерной абляции. Для этого поверхность облучается специальным лазером, вызывающим испарение золота. Получающиеся в результате золотые наночастицы обладают чрезвычайно высокой энергией, позволяющей им погружаться глубоко в толщу оксида марганца.
Ведется очень много исследований в области пылеулавливания с помощью нанотехнологий, но, в связи с тем, что угольная промышленность является дотационной на многих шахтах Украины, внедрение новых разработок с помощью нанотехнологий является дорогостоящим и экономически нецелесообразным. Хотя, эффект от них будет важным и оправданным в обеспечении безопасных и безвредных условий труда шахтеров. Поэтому главной задачей перед разработчиками пылеуловителей и воздухоочистителей стоит вопрос об удешевлении нанопористых материалов.
1. Нанотехнологии и материалы в системах теплогазоснабжения и вентиляции C.O.K. N 1 | 2010г. В.Н. ПЕЛИПЕНКО
2. Интернет-журнал «Коммерческая биотехнология»по материалам ScienceDaily