陶瓷薄膜現(xiàn)在可采用非常精細(xì)的球狀粒子燒結(jié)而成。孔徑可以小至0.5nm。碳纖維和陶瓷薄膜也可用非常細(xì)的紡絲纖維制成。
過濾工藝中的主要元件就是過濾介質(zhì),它們在很大程度上決定著過濾器的性能。實際上,從最簡單的過濾篩到最復(fù)雜的塔式壓濾機(jī),不過是借助各種半滲透的材料,分離出流體(氣體或液體)中懸浮物質(zhì)的設(shè)備。過濾介質(zhì)的本質(zhì)是其半滲透性,這一點可以通過越來越多的方法實現(xiàn)。
過濾介質(zhì)可以使用各種多孔或半滲透性的材料制成,或被制成這種結(jié)構(gòu)。過濾介質(zhì)的性能是制造材料的性能及其結(jié)構(gòu)的組合。介質(zhì)種類包括:
松散的固體顆粒(“深床”介質(zhì)),其形狀由容器的形狀決定;粗糙的多孔板、管子或泡沫,通常由壓縮顆;蚶w維制成所需的形狀;由天然或合成纖維制成的纖維紗、單絲纖維和多絲纖維織物;由纖維素或玻纖制成的紙;氈和針刺氈,由天然或合成纖維制成;紡熔合成無紡布(紡粘法、熔噴法、閃蒸法、靜電紡絲法);鐵絲網(wǎng)或其他金屬介質(zhì),由金屬板或金屬棒制成;濾筒,其組件本身不是過濾介質(zhì),而是被制成過濾介質(zhì)。這些組件可以采用多種材料制造,例如金屬、塑料和紙;聚合薄膜,包括纖維素基和合成的;各種陶瓷材料,包括陶瓷薄膜。
以前過濾介質(zhì)市場幾乎只有前五類材料,還有鐵絲網(wǎng)和濾筒,現(xiàn)在其他三種材料(紡噴無紡布、薄膜和陶瓷)的用量不斷迅速增多,現(xiàn)在這三種材料的年銷售額幾乎占據(jù)了整個過濾介質(zhì)市場(原始設(shè)備中的過濾介質(zhì)以及備件)的一半。聚合物薄膜就占到了過濾介質(zhì)市場的三分之一,紡熔無紡布接近15%,陶瓷為7%左右。
市場份額的變化源于所有分離工藝中對過濾精度的要求越來越高,而薄膜恰好可以滿足這一要求。另一個技術(shù)方面的市場驅(qū)動力是因為工藝溫度的升高,而陶瓷可以很好的滿足這一要求。
環(huán)境法規(guī)的壓力也是這些技術(shù)市場驅(qū)動力中的重要一員,淡水和廢水的凈化以及高溫廢氣的過濾也需要更高的過濾性能,以滿足健康和環(huán)境法規(guī)。
當(dāng)然,除了這三點也有其他一些市場驅(qū)動力,但它們并非只針對過濾行業(yè),例如人口的增長、當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)衰退、全球變暖和巨大的貧富差距以及由此造成的提升生活標(biāo)準(zhǔn)的壓力。
有一個因素值得一提,那就是逐漸浮出水面的能源危機(jī)問題,這迫使壓濾機(jī)制造商和過濾介質(zhì)生產(chǎn)商要提供盡可能高效的系統(tǒng)。
過濾介質(zhì)行業(yè)通過一系列產(chǎn)品的開發(fā)滿足了并將繼續(xù)滿足這些驅(qū)動力:采用大量的合成聚合物作為特殊用途的過濾介質(zhì),特別是適用于更高運行溫度的聚合物。
聚合物薄膜應(yīng)用的擴(kuò)展,特別是在微濾應(yīng)用中。
無機(jī)薄膜材料的開發(fā),特別是陶瓷薄膜,也包括金屬、玻纖和碳纖制成的薄膜。
薄膜介質(zhì)逐漸變成多層復(fù)合材料結(jié)構(gòu):在各種基底材料上附著一層薄膜材料表面薄層。
多種紡熔纖維材料的開發(fā),纖維直徑也逐漸減小。
能夠承受相當(dāng)高的流體溫度的陶瓷濾材,由纖維制成,而非整塊材料。
過去幾年,或許是納米纖維的出現(xiàn)為過濾介質(zhì)行業(yè)帶來了最大的變革。雖然納米纖維一直被人們誤認(rèn)為是直徑小于1微米的所有纖維(也就是1000nm),但現(xiàn)在的介質(zhì)許多都是由10-100nm的纖維制成的。纖維直徑和介質(zhì)截留的顆粒之間存在著一定的關(guān)系,也就是說纖維越細(xì),所截留的顆粒也就越細(xì)。
纖維的直徑非常重要,因為精細(xì)過濾在發(fā)展中國家多用于提高飲用水的質(zhì)量,以徹底去處細(xì)菌和微生物。大多數(shù)微生物的尺寸在100nm左右,因此精細(xì)過濾可用于飲用水的消毒。精細(xì)的過濾介質(zhì)能夠以較低的成本凈化天然水源甚至海水,從而生產(chǎn)出飲用水。這一功能對于過濾行業(yè)來說意義重大,因為這可能使回收廢水成為另一種淡水來源。
氣體過濾也得益于更精細(xì)的過濾介質(zhì)結(jié)構(gòu)。汽車駕駛艙空氣過濾正成為過濾介質(zhì)的主要市場之一。合成介質(zhì)的開發(fā)越來越重要。過去通常會安裝兩個過濾單元,一個用于去除微粒,一個用于去除味道或顏色或氣味,但是現(xiàn)在兩個功能通過一種材料合二為一:在纖維中嵌入活性炭顆;?qū)⑻祭w維織物通過高溫轉(zhuǎn)化為活性炭織物。除了活性炭,也可以嵌入其他材料來實現(xiàn)不同的化學(xué)變化,例如包入殺菌劑可用于減少病原體。
復(fù)合材料是薄膜介質(zhì)最主要的組成部分,這種材料在其他濾材中的作用也越來越重要。濾材通常由兩層或更多層復(fù)合材料粘結(jié)在一起,其中至少有一層用于滿足過濾需求,其他層用于提供必要的機(jī)械強(qiáng)度。在夾層介質(zhì)中,兩層紡粘材料包住并支撐著中間的更加精細(xì)的熔噴材料層(活性過濾層)。