１　在线分析仪对样气除尘的苛刻要求

气体分析仪作为精密仪器对样气的洁净要求是天然合理的，在线气体分析仪所分析的对象覆盖全部工业流程以及环保领域，所面对的样气复杂性难以表达，其中粉尘及其它污染物就是典型代表之一。为保障在线分析仪及在线分析系统的长寿命周期和高准确度的检测分析，必须为在线分析样气处理的粉尘过滤制定一个合理目标。

1.1　来自在线分析仪的要求

日本横河公司的IR200型红外分析仪，使用说明书明确要求样气中的粉尘＜0.3um、＜10ug/m³。以此计算进入测量气室的粉尘将达到5.2mg/年。

1.2　来自世卫组织大气污染标准的启示

联合国世卫组织的空气污染标准值：粉尘＜0.5um、＜20ug/m³

中国是发展中国家，自己降低了标准：粉尘＜100ug/m³，但只测＞2.5um的微细颗粒。恰恰＜2.5um的“气溶胶”的颗粒物毒性最强。可以想像，＜2.5um的颗粒物对气体分析仪的影响也不可忽视。

1.3　灰霾天气引出的气溶胶

令人们憋气、咳嗽、头晕、乏力、恶心和坏脾气的灰霾天气（即阴霾天气，不是雾天），主要是大气被气溶胶干粒子严重污染的结果。等效直径≤2.5um的大气颗粒物（有的论文界定为≤1um），除灰尘等细粒子颗粒外，更多的来自机动车等移动污染源的尾气污染以及光化学烟雾，呈悬浮状态，比较稳定，终日不散。霾主要由粒子组成，即气溶胶干粒子，而雾主要由水滴组成。

1.4　在线分析仪及在线分析系统的寿命周期

凌卡公司金义忠先生曾在1993年为上海石化修理过H&B公司1983年产Uras　3G型红外CH₄分析仪，该分析仪已在工程上运行20年，因火灾的高温损坏，原有的红外传感器三大件仍然能达到出厂技术指标，仪器很快恢复而不是修复。可见质量优良的分析仪的在线应用寿命有可能超过25年。

第二届国际论坛上，黄步余主任提出“在线分析系统要有15年寿命周期”的工程设计新理念。只有如此，才能保证生产过程优化控制和年均寿命成本同时达到先进水平。

1.5　在线分析仪需要有效保护

　　综上所述，为给在线分析仪以及在线分析系统提供长寿命运行最有效的保护，样气处理的过滤除尘和除气溶胶的精度应该不低于于0.3um， 最好达到0.1um的水平。

2 　LKF1型超高效疏水聚合过滤薄膜

2.1　纳米尺度及纳米特性

根据纳米技术的专业概念，所谓纳米尺度是指0.1～100nm，而微米尺度是指0.1～100um。所谓纳米特性的专业术语是“油水双疏”（或油水双亲）。

2.2　超高效疏水聚合过滤薄膜

本文介绍的聚合过滤薄膜是最典型的新材料、新元件。因为它有超高效过滤特性，精度能够达到0.05um 99％.优于0.1um（即100nm）就是纳米尺度，所以属于纳米级别的过滤。此滤薄膜还有良好的疏水及疏油特性，其技术指标就有油透过率。矿泉水淋在过滤薄膜上尤如“园荷泻露”般自由滚落，证实具有纳米疏水特性。

由于纳米尺度和纳米疏水特性，可更形象地称其为纳米特性聚合过滤膜。

2.3　主要技术性能及特性

具有独特的超微孔过滤特性和纳米疏水特性。

膜片厚度：0.4mm　　　定量：78g/m²

常用规格：Φ55　Φ50　Φ46.5　Φ38　Φ30

粉尘过滤精度：0.3um 99.99999%，推定值0.05um 99%

油雾透过率：0.00001％（即99.99999％被拦截）

气流阻力：9.8Pa（Φ50膜片、60L/h流量下实测为130Pa）

抗张强度：1.2KN/m    挺度：1.1g

抗水性能：5kPa

最高使用温度：200℃

综合过滤能力：过滤粉尘、拦截和阻止悬浮在样气中的各种微细液雾和粒子通过，也就是能滤除样气中的气溶胶。

3　 超高效疏水聚合过滤薄膜的机理诠释

3.1　来自专业人士的质疑

任何样气处理部件（包括气体取样探头）都要求气流阻力小，因为阻力大常是过滤器堵塞失效的最直接诱因。

对于超高效疏水聚合过滤薄膜，不少业内人士，甚至资深专家都凭直观技术思维，不约而同地担心：过滤精度那样高，阻力大了易堵塞，还是不能用。此文正是对这类质疑的正面回应。

3.2　性能指标的实测

　　过滤精度的0.3um 99.99999%和油雾透过率0.00001％是用最先进的激光粒子法进口设备检测的数据，由于粒度的分布和过滤率的变化有一定规律，＜0.1um的更微细粒子已超出设备的准确检测范围，据分布关系，推定出0.05um　99％。

3.3　疏水特性的诠释

聚合过滤膜的疏水特性由材料的疏水化学组分、微观结构和表面形貌等决定，足够的表面粗糙度和特殊的微/纳结构最为关键，还和孔隙率密切相关，使得水的接触角远大于90º，凸显水的表面张力。较好的透气性和疏水性得以统一，就像水鸟羽毛一样，从而获到一种疏水性（也疏油）、抗污染、自清洁的纳米特性表面。

3.4　超高效过滤的解释

粉尘的粒度大小不同，适用的过滤机理也不同，不能用直观技术的机械截留来武断解释全部的过滤现象。

过滤技术比较规范的说法，微孔过滤的微滤（MF）的公称孔径是0.2um，超滤（UF）可滤除1～100nm的颗粒^（1），0.05um即是50nm，这正是超高效过滤称谓的来源。

大于0.3um特别是大于5um以上粒子的过滤机理是重力沉降，惯性碰撞和拦截。0.1～0.3um粒子兼有扩散和拦截。小于0.1um的粒子的过滤机理是基于范得华力的布朗扩散。

范得华力是物质分子之间的物理作用力，存在于任何分子之间，属于表面物理和表面化学的范畴，主要是极性分子之间正负电荷的吸引力，其大小约为化学健的1％，氢键的1/10。材料比水的极性低很多，范得华力此时表现为材料的疏水，表面不浸润。由于过滤膜材料的孔隙度非常小，孔隙率又很高，总体表面积非常大，（如活性碳、分子筛那样），粒子在表面的行为非常特殊，受周围环境材料分子很强的作用阻力，才得以实现气流阻力很小和过滤精度很高的统一。

４　气溶胶过滤器

　　凡能过滤＜1um气溶胶的过滤器，似乎都可从技术推理称为气溶胶过滤器。如果过滤介质（即过滤膜）不疏水，遇上几滴水或少许液雾就整个膜片浸润，还很容易破损，就不能在线连续安全使用，过滤精度即便达到＜1um，也很难称为气溶胶过滤器。

4.1　LKP300系列气溶胶过滤器

LKP301型膜式过滤器：超高效疏水过滤膜（Φ50），面板式安装；

LKP302型膜式过滤器：超高效疏水过滤膜（Φ55），面板式安装；

LKP303A型自洁式样气过滤器：超高效疏水过滤膜（Φ50），自吹扫旁路设计，专利产品，面板式安装；

LKP304小型膜式过滤器：超高效疏水过滤膜（Φ30），机箱后壁式安装；

LKP305小型膜式过滤器：超高效疏水过滤膜（Φ30），一次性使用，机箱内安装；

LKP308防腐型自洁式样气过滤器：超高效疏水过滤膜（Φ50），不锈钢结构，壁板式安装；

LKP307型、LKP307A型组合式除雾过滤分离器：采用超微孔疏水SiC高效过滤芯，精度是1um　99％，壁板式安装。

4.2　新型自洁式样气过滤器的自吹扫功能

LKP 303A型自洁式样气过滤器照片及外形图

LKP303A型和LKP308型自洁式样气过滤器都有自吹扫的自洁功能，是凌卡公司的专利技术产品。过滤器采用Φ50超高效疏水聚合过滤膜，有效过滤面积17cm2，过滤室死体积≤8 cm3，1L/min流量下的气流阻力130Pa。

本过滤器有快速旁路的流路设计，膜片处于被夹持的垂直设置，样气流如偶然带水（液相水），水从膜片外侧落下，直接从下部旁路接头排出。样气流如含有大量的微细液雾（气相水，并不是单个存在的水分子），因为过滤膜的疏水特性，在表面产生凝结作用，液滴越来越大，靠自身重力加之旁路气流的自吹扫落下排出。样气流如含有大量的气溶胶悬浮粒子，也会被阻留在膜表面，借助自上而下的旁路流自吹扫的冲刷作用发生剥离落下并排出。

由于过滤器有自吹扫的自洁功能，大大延长了更换膜片的维护周期，在线更换膜片的技术设计，使过滤器的使用与维护变得方便快捷。如果样气流量没有明显下降，即使过滤膜污染积尘变色，也不用急着更换过滤膜。

5　气溶胶过滤器的工程应用探讨

5.1　膜式过滤器的一般水平

本行业目前的后级过滤器（在分析仪之前），常采用纤维滤芯、粉末冶金滤芯，也有膜式过滤器，大多过滤水平不高，5～10um的较为常见，个别≤2um，都自称是高精度过滤。＞5um的过滤精度要有效保护分析仪恐怕很困难，有的分析仪运行不到半年就要更换检测器或测量气室，这和过滤器不良关系甚大。

5.2　LKF过滤元件的水平评议

LKF1型超高效疏水聚合过滤薄膜和LKF2型超微孔疏水SiC高效过滤元件都是采用新材料、新工艺研发成功的新元件，都具有行业领先水平，和国际先进水平产品比较也不逊色。例如疏水（也疏油）的0.3um精度的探头用SiC高效过滤器就未见过报道。国外过滤膜的最高精度是约为0.02um，如果结合疏水特性、低气流阻力、抗张强度和价格等综合评议，也难料谁将略胜一筹。

5.3　LKP300系列气溶胶过滤器的水平评议

　　LKP300系列气溶胶过滤器是采用新元件研制的新型过滤器，以LKP303A和LKP308型自洁式样气过滤器（专利技术产品）为其代表。综合性能是最大的技术优势：除传统意义的粉尘过滤之外，样气偶然带水时能脱水，样气有各种微细液雾时，能除雾降湿，样气有气溶胶悬浮粒子时，也能截留排除，需要加快反应速度时能有快速旁路功能，所以具有极强的样气适应性和工程应用的综合协调功能。

5.4　LKP300系列气溶胶过滤器的工程应用前景

在线分析系统已经突破和超越了在线分析仪，样气处理系统技术为分析仪连续提供洁净、干燥的样气，是在线分析系统的核心和关键技术。有疏水特性的气溶胶过滤器不可以理解为只能过滤＜1um的气溶胶粒子，它将超高效的过滤除尘与样气脱水、除雾、降湿和除气溶胶粒子很协调地结合起来，有技术实力和技术根据成为样气处理系统的核心部件之一，成为最重要的基础技术之一。为保障在线分析仪及系统的安全、协调运行和长寿命周期，有必要每个系统都配置性能优良的气溶胶过滤器，使工程运行更加协调。就像在非典期间，每个人都必须戴合乎卫生标准的口罩一样。这个推进过程最重要的是核心观念的转变：是否接受和实行“在线分析系统要有15年寿命周期”的工程设计新理念。

参考文献

1　杨铁主编．分析样品预处理及分离技术。北京：化学工业出版社，2007

作者简介：邓发荣，女，1966年生，毕业于重庆大学无线电技术专业，工程师，现任重庆凌卡分析仪器有限公司总经理。

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