近几年，空气质量不断恶化，雾霾天气严重，大气环境污染日益严重。目前我国工业基础比较薄弱，以煤炭为主的能源结构占据主要的地位并长期存在，煤炭在各种能源中比例大于70%，燃煤电厂烟尘排放量占全国总排放量的40%-50%，PM2.5排放量占全国的20%-30%，煤烟型污染仍然是我国大气污染的主要形式之一。自2014年7月1日起，重点控制区47个城市主城区的燃煤机组执行特别排放限值，烟尘排放要求为20毫克/立方米，部分地区要求排放为10毫克/立方米。从某种意义上来讲，目前大气污染物日益严重与终端工厂落后的过滤手段有关。
1 超细面层梯度结构滤料
超细面层梯度结构滤料是针对日益严格的烟气排放标准而开发的一种新型滤料，其主要分为四个部分组成，从上往下依次为：超细纤维层，细纤维层、基布和粗纤维层。传统的滤料采用夹心层对称结构，即基布上下层纤维材料完全一样，过滤方式为深层过滤;该滤料采用纤度/密度分级组合的梯度结构，具体结构见图1-3：表层过滤层由超细PPS纤维形成致密层，迎尘层填充密度梯度结构，中层为高强低伸PTFE基布，里层与迎尘层形成纤度梯度结构，易于空气通过的粗孔层。
超细纤维的线密度小，纤维直径越细，透气通道越致密，采用超细纤维制作的梯度结构滤料孔径更加细小，大幅度提高滤料的过滤精度，获取更高的排放值。该梯度层状结构的设计有利于滤饼形成，使滤料过滤精度高且保持较大的透气量，提高粉尘的捕集效率，降低设备运行阻力。
图1-2传统滤料与电袋梯度滤料梯度结构对比图
图1-3超细面层梯度结构
2超细面层梯度结构滤料性能测试
2.1实验简介
2.1.1主要仪器
YG026H型多功能电子强力机(武汉);YG461E织物透气量仪透气仪(武汉);Topas AFC-132滤料测试台(德国);Topas PSM165孔径测试仪(德国);高精度电子秤0.001g。
2.1.2 实验方法
市场选购三氧化二铝粉尘和电厂提供的粉尘样品，由第三方提供粒度分析报告;常规测试使用强力机与透气仪采用GB/T 3923. 1纺织品织物拉伸性能、GB/T 5453纺织品织物透气性的标准测试方法进行测试;过滤性能测试使用AFC-133滤料测试仪采用VDI3926评价可清洁滤料的标准测试方法进行测试;滤料孔径测试使用PSM-165孔径测试仪采用ISO4003国际标准进行测试。
2.1.3测试装置
图 2-1滤料性能测试装置
AFC-132滤料测试台对于滤料的优化和发展以及生产过程中的质量保证具有重要的意义。其中，容尘量和过滤效率是过滤材料特性中最被关注的性能之一，由被测滤料上、下游的压差和测试颗粒物的粒径或者质量决定。
图 2-1为滤料性能测试装置图，可模拟实际工况条件下，选择三氧化二铝粉尘进行滤料过滤性能特性测试。
2.2 实验结果及分析
2.2.1 常规性能测试
表2-1 超细面层梯度结构PTFE复合滤料
图2-1 经向拉伸断裂曲线
图2-2 经向拉伸断裂曲线
表2-1为超细面层梯度结构PTFE复合滤料的常规测试结果，通过测试结果，我们可以看出超细面层梯度结构PTFE复合滤料的经向强力平均为1267.8N，纬向强力平均为1812.6N，均符合国家标准要求。滤料的纬向强力主要与纤维之间的抱合力、纠缠程度有关，经向强力与PTFE基布的强力相关。由图2-1和2-2可知，经向和纬向滤料断裂曲线不同，经向滤料断裂主要是由基布承受拉力，纬向滤料断裂第一个峰值为基布受力，第二个峰值为纤维断裂受力。透气性能良好，有利于对粉尘的隔离。这表明常规性能与纤维种类、比例、以及生产工艺相关，与滤料的结构关系不大。
2.2.2 过滤性能测试
表2-2 梯度结构滤料VDI测试结果
由表2-2可知，由于超细面层梯度结构测试结果可知，前30个周期滤料的过滤时间较长，同时排放浓度为0.12mg/m3，远高于普通滤料过滤排放浓度;稳定阶段后，相当于正常使用尘饼层形成，1000Pa定压喷吹阶段排放浓度达到0.027mg/m3，1800Pa定压喷吹2小时，平均清灰周期为655s，可见滤料阻力上升比较稳定，排放浓度为0，实现了超净排放。这与滤料表面超细面层结构有直接的关系，表层为超细纤维层，纤维比表面积大，滤料表面过滤面积增大，显著提高了滤料的过滤性能。
图2-3 5s间隔喷吹10000次老化过程
由图2-3可知，滤料阻力上升比较平稳，初始阻力为30Pa，老化阶段结束时的残余阻力为358Pa。梯度结构滤料，滤料表面为超细面层，纤维分布致密，过滤原理为“类表面过滤”[2]，能够将粉尘有效截留在滤料表层，降低粉尘的渗透，同时有利于清灰，大大降低了阻力的上升时间。
图2-4 老化后1000Pa定压喷吹2小时过程
由图2-4可知，滤料阻力上升时间均匀，反应了滤料已经达到稳定过滤阶段，滤料表层粉饼层已经形成，通过2h定压喷吹测试，过滤效率达到99.999%，已实现超净排放。
图2-5 老化后1800Pa定压喷吹2小时过程
由图2-5可知，滤料阻力上升时间均匀，反应了滤料已经达到稳定过滤阶段，滤料表层粉饼层已经形成，通过2h1800Pa定压喷吹测试，过滤效率达到100%，达到了超净排放的标准要求。
2.2.3 扫描电镜测试
图2-6 超细面层梯度结构和普通滤料截面电镜测试图
由图2-6可知，超细面层梯度结构滤料分层明显，可以很清晰的看到，梯度结构滤料四层结构：超细面层，细纤维层，基布以及底层，超细纤维主要集中在滤料的表面，也验证了梯度结构滤料的结构特点，完全符合“类表面过滤”机理。
3 结论
1)温度方面考虑：梯度结构滤料长期使用温度为160℃，在温度方面能够满足长期使用条件。
2)力学性能方面：梯度结构滤料的常规性能测试显示，完全满足国家标准要求。
3)耐氧化方面考虑：电厂环境下，工况条件下氮硫含量较低，梯度结构滤料能够完全符合使用工况;针对梯度结构滤料使用高效PTFE渗膜处理，提高其耐酸性、抗氧化腐蚀能力。
4)运行阻力和过滤效率方面考虑：采用梯度结构滤料，滤料结构层次分明，实现“类表面过滤”，能够将粉尘有效截留在滤料表层，减少粉尘细微颗粒的渗入，大大提高了过滤精度，实现超净超低排放要求，同时也保证了后期的使用设备的运行阻力稳定。
