在各種工業(yè)生產(chǎn)尤其是各類化工生產(chǎn)中，凡有液體參與的工藝過程都離不開液體過濾。按照過濾過程是否形成濾餅層，液體過濾可分為濾餅過濾與澄清過濾兩大類。液體濾餅過濾應用領域很廣，而澄清過濾也非常重要。濾液的澄清度常常直接關系生產(chǎn)企業(yè)的命運。對于某些工業(yè)生產(chǎn)，液體澄清過濾的精度往往比液餅過濾更高。
高分子精密微孔過濾新技術已成功應用于許多高固含量液體的精密濾餅過濾（包括濾餅洗滌與壓干），以及低固含量液體的精密澄清過濾。精密微孔過濾技術的核心是亞剛性的高分子燒結微孔濾材，目前已開發(fā)出多種，工業(yè)生產(chǎn)上廣泛使用的是微孔PE與微孔PA兩類。
亞剛性的高分子燒結微孔濾材的本體結構為蜂窩型，其毛細孔縱橫貫通，在過濾過程中尺寸很穩(wěn)定。這類濾材的毛細孔尺寸比濾布或濾網(wǎng)的小得多，但比微孔膜的大；濾材的厚度比微孔膜、濾布或濾網(wǎng)厚，但比固定型或分散型深層過濾濾材要薄得多。高分子精密微孔過濾技術既不是“表面過濾”，也不是“深層過濾”，而是“表層過濾”。它的過濾現(xiàn)象是大孔徑毛細孔過濾小顆粒，而不是小孔徑毛細孔過濾大顆粒；過濾機理是表層吸附與孔口架橋為主，表面機械篩濾為輔。
高過濾精度與過濾效率
由于高分子精密微孔過濾原理主要依靠吸附，即使尺寸較大的毛細孔也能截濾住比孔徑小得多的微粒（一般水溶液中0.3 μm微粒的過濾效率可接近100%），因此絕大多數(shù)液體經(jīng)一次過濾就可得到清徹透明的濾液。
濾材的高物理再生效率
由于依靠表層吸附過濾，被截留的固體微粒處于表層之內而不是截留在濾材深層，采用簡單的物理再生方法（流體快速反吹法）即可將表層截留的微粒絕大部分吹掃除去，而且再生效率很高，一般超過95%～98%。借助此再生技術，高分子精密微孔濾材可連續(xù)使用二年以上；若輔以有限的化學再生，則濾材至少可使用五年以上。
簡單方便的干濾餅卸除
對于絕大部分濾材，從其表面卸除粘細微粒形成的濾餅都相當困難。粘細的濾餅一旦粘壓在濾材上就很難脫落，必須采用機械方法進行刮渣、推渣或通過強烈振動進行卸除。但有些濾餅的粘性特別大，即使采用上述機械方法卸渣，在濾材表面仍會殘留一層；尤其是柔軟濾布，用機械方法幾乎無法高效卸除濾餅。而亞剛性的高分子微孔濾材采用壓縮空氣快速反吹法卸渣，空氣從微孔濾材表面的毛細孔中以聲速或超聲速向外噴射，可將絕大部分粘細濾餅推開，使其脫落到過濾機殼體外面。這種卸除干濾餅的方法既快速又簡便，效率相當高。
濾材優(yōu)異的化學性能
除了強氧化劑，濾材在100 ℃以下可耐各種有機酸、無機酸、堿、鹽及其他溶液，90 ℃以下可耐絕大部分有機溶劑。
其他特色
高分子精密微孔濾材的其他優(yōu)點有：材料很輕，比重接近1；安裝與檢修較輕便；機械性能中等，如微孔PE與PA；抗沖擊性能相當好，不易損壞；所組裝的精密微孔澄清過濾機的結構較簡單，可內襯塑料或橡膠，防腐性能相當好。主要缺點是耐高溫性能較差，一般不能超過100 ℃；耐強氧化劑性能較差，這是高分子材料的致命弱點，目前材質的抗氧化性能改善試驗正在進行中。盡管有以上兩大缺點，但高分子精密微孔濾材在工業(yè)生產(chǎn)上尤其是化工生產(chǎn)上的應用仍非常廣。
在工業(yè)生產(chǎn)上的成功應用
高分子精密微孔過濾技術誕生三十年以來，已大量用于液體的精密澄清過濾，主要是原料液（包括水）、中間液和成品液的過濾，也有許多是電滲析、離子交換、超濾、納濾、反滲透、電解、吸附、吸收、精餾、結晶、蒸發(fā)等化工單元操作前液體的精密預過濾。
高分子精密微孔過濾技術用于氯堿生產(chǎn)上飽和鹽水的二次精密過濾已在國內廣泛推廣。二次精密過濾前鹽水懸浮物濃度為10～20 mg/L，經(jīng)高分子精密微孔過濾，降至1 mg/L以下，鹽水溶液清徹透明（過濾前鹽水中不僅有CaCO
3與Mg(OH)2等主要懸浮物，甚至還有Fe(OH)
3等微粒）。二次精密過濾的平均濾速與過濾前懸浮物的濃度有關，一般可達0.4～0.6 m
3/(m2·h)；在大多生產(chǎn)企業(yè)中的處理規(guī)模一般為20～200 m
3/h，有些廠家的使用規(guī)模更大。國內另一應用規(guī)模很大的高分子精密微孔澄清過濾是人造絲生產(chǎn)過程中凝固酸浴的精密過濾，該酸浴的主要成分為50%硫酸，所含懸浮物為極細單體硫與不溶性硫化物。過濾前液體懸浮物濃度為60～70 mg/L，過濾后則不超過1 mg/L，濾液清徹透明。全國有幾十家大中型企業(yè)幾乎都采用此技術，應用規(guī)模均在200～300 m
3/h，有的廠家甚至超過400 m
3/h。
在高分子精密微孔過濾技術誕生之前，無論是氯堿生產(chǎn)上的飽和鹽水還是人造絲生產(chǎn)上的酸浴，幾乎都采用傳統(tǒng)的石英砂過濾，濾液質量無法保證，且需大量反洗用水，不僅造成原料液損失和耗水量大，還產(chǎn)生大量污水，尤其是酸浴過濾往往排放1000 t/d以上的含硫酸性廢水，對環(huán)境破壞極其嚴重。采用高分子精密微孔過濾技術則濾液的質量不會隨生產(chǎn)條件的變化而變化，始終清徹透明，且濾材再生時原料液損失極少，反吹再生也無須消耗大量水；如用于酸浴過濾，還可排出較干的含硫磺濾餅。
除了上述兩大應用實例，已長期大量應用高分子精密微孔過濾技術的還有成品糖液（如低聚糖、葡萄糖、果糖等），液體化工產(chǎn)品（如雙氰胺、山梨醇、乳酸、碳酸氫鈉、檸檬酸、磷酸、磷酸鹽、草酸等），有色金屬化工溶液（硫酸鎳、硫酸鈷、硝酸鈰、硫酸鋁等），以及生產(chǎn)上的中間液（如化肥生產(chǎn)上的銅氨液、脫炭液、脫硫液、腈綸生產(chǎn)上的硫腈酸鈉液等）。其他化工單元操作前的精密預過濾也經(jīng)常采用高分子精密微孔過濾技術，如離子交換和用于水質凈化的反滲透均已長期連續(xù)應用高分子精密微孔過濾技術進行液體的預過濾。
過濾性能試驗
采用三種不同精度規(guī)格的東甌微孔濾材分別對兩種工業(yè)碳酸鈉水溶液（將300 g或400 g市購工業(yè)碳酸鈉溶于1 L自來水中）進行過濾試驗，連續(xù)過濾時間達15小時以上，液體透光率由高精度的分光光度計測量（吸收光波長為700 nm）。所配制的兩種不同濃度碳酸鈉水溶液均相當混濁，基本物理參數(shù)見表1；所含固體懸浮微粒非常細，經(jīng)激光粒度儀測定，其粒徑分布見表2。試驗結果如表3所示。
表1 兩種碳酸鈉溶液的物理性能參數(shù)
碳酸鈉濃度
g·(1 L水)－1 |
粘度
cP |
顆粒體積濃度
% |
原液透光率
% |
|
300 |
1.95 |
0.18 |
40.3 |
|
400 |
2.5 |
0.25 |
26.4 |
表2 碳酸鈉溶液中固體微粒的粒徑分布 μm
|
分布方式 |
粒徑分布 |
平均粒徑 |
|
D3 |
D6 |
D10 |
D25 |
D50 |
D75 |
D90 |
|
按體積 |
0.19 |
0.25 |
0.32 |
0.55 |
0.93 |
1.55 |
2.52 |
1.26 |
|
按數(shù)量 |
0.037 |
0.049 |
0.054 |
0.075 |
0.12 |
0.20 |
0.34 |
0.18 |
表3 兩種工業(yè)碳酸鈉水溶液采用三種不同精度規(guī)格濾材的過濾效果
|
碳酸鈉濃度/[g·(1 L水)－1] |
濾材精度/μm |
過濾壓差/MPa |
平均濾速/(m·h－1) |
總過濾時間/h |
濾液透光率*/% |
|
300 |
2 |
0.01～0.2 |
0.97～1.43 |
18.7 |
93.5% |
|
1 |
0.01～0.2 |
0.17～1.20 |
15.7 |
98.7% |
|
0.5 |
0.02～0.2 |
0.085～0.330 |
15.0 |
99.8% |
|
400 |
2 |
0.01～0.2 |
0.97～1.43 |
18.7 |
92.7% |
|
1 |
0.01～0.2 |
0.17～1.20 |
15.7 |
98.6% |
|
0.5 |
0.02～0.2 |
0.085～0.330 |
15.0 |
99.3% |
（*長時間過濾后全部濾液混合后的透光率測定值）
表3中，經(jīng)2 μm規(guī)格的高分子微孔濾材過濾得到的濾液透光率只有92%～93%，而采用1 μm規(guī)格的濾材即可將濾液透光率提高至98%以上，采用0.5 μm規(guī)格的則可提高至99%以上。2 μm與1 μm規(guī)格的濾材平均濾速均較快，而同樣壓差下0.5 μm規(guī)格的濾材平均濾速卻明顯降低。0.5 μm規(guī)格的濾材可將溶液中最細的微粒全部截留，由于微粒非常細，故平均濾速相當慢；過濾15小時，濾餅厚度可達到4 mm。經(jīng)高分子微孔濾材過濾后濾液的澄清度很高，可見此過濾技術的優(yōu)異性。
結 語
經(jīng)過多年的開發(fā)研究和推廣，高分子精密微孔過濾技術已在國內液體澄清過濾領域得到廣泛應用。實踐證明，高分子精密微孔過濾技術是一種節(jié)能減排的過濾技術，過濾效率高，濾材可長期使用，且再生簡單方便，可使工業(yè)產(chǎn)品的質量和收率顯著提高，成本大幅降低。
