1.  过滤理论的进展

过滤分离过程就是将固体颗粒置于多孔介质组成的障碍场中，障碍场对固体颗粒产生物理作用使其从流场中被分离出来。流体通过多孔材料的过滤主要有三种基本机理：

(1)表面筛滤：在过滤介质孔隙一定的情况下，当固体颗粒的粒子直径大于过滤介质孔隙时，固体颗粒不能通过孔隙而在过滤介质表面沉积下来的现象即是表面滤筛现象。

(2)深层过滤：固体颗粒尺寸小于过滤介质孔隙，无法达到表面筛滤，但由于粒子在过滤介质内部移动会产生静电力和表面力，这两种力会使固体颗粒沉淀下来，从而在过滤介质内部发生沉积。

(3)粉尘层过滤：固体颗粒因粒径较大无法通过过滤介质，在多孔材料表面沉淀经不断累计形成粉尘层，导致后续移动的颗粒很难通过粉尘层，如果固体颗粒尺寸大于过滤材料孔径，则粉尘层过滤一开始就和表面筛滤一样。

从十九世纪初开始，科学家们就开始对过滤原理及过滤理论展开了深入的研究，过滤理论的发展随着时间的推移不断更正。十九世纪初期，Brown通过实验结合显微镜观察发现细微颗粒在液体中能够悬浮运动，这是对细颗粒运动规律的最早认识起源，将这种现象称为布朗运动。1922年Freμndlich^[1]提出能将气溶胶作为过滤材料的想法，发现了气溶胶颗粒在0.1μm-0.21μm半径范围内渗透率达到最大值。1936年，Kaμfmann将布朗运动与惯性沉积的原理和概念与纤维过滤理论相结合，提出了能够用于纤维过滤的数学公式。1942年Laμngmμir^[2]通过总结之前过滤领域的研究成果继续对过滤理论展开研究，他认为过滤过程是惯性粒子发生截留和扩散作用的现象，尽管惯性粒子在过滤纤维上会发生沉积现象，但沉积量是可以忽略不计的。1952年，Davis将扩散、截留和惯性三种基本机制结合在一起，总结出的理论和公式共同组成了目前的单纤维理论。1958年，Friedlander和Yoshika^[3]分别提出了对于独立纤维理论的认识，并对固体颗粒在纤维中的惯性运动和扩散沉积现象进行了详细的分析和归纳。Rosner在1991年发现了沉积在单个纤维体表面的固体颗粒分散不均匀的现象，而这种现象的原因可能是因为颗粒之间产生的静电力的原因，根据这一现象，可以预测颗粒的沉积，从而运用于生活生产中。

液桥力，是指固体颗粒置于液体中，液体表面张力会使得颗粒间产生相互作用力，当颗粒在液体中发生相对运动时，液体中流动的力会让颗粒在其表面形成一层液膜。当颗粒在流动的液体中相互接触时，单一颗粒产生的液膜会不断与其他颗粒产生的液膜相接触，液膜与液膜间从而形成液桥架，使颗粒互相吸引。

2  过滤材料研究进展

传统的过滤材料主要采用活性炭、麦饭石、石棉滤网、生化毡、生化棉等等。

这种滤材通常在滤材、纤维束、编织物滤材中使用^[4]，这些普通过滤材料的孔隙率一般只能达到30%到40%，在过滤过程中颗粒都是直接通过这些过滤材料。传统过滤材料的生产周期比较长，生成产品的速度也比较缓慢，当粒径较大的粒子颗粒留在过滤材料表面形成粉尘层时，才可以阻挡滤径相对较小的颗粒。若颗粒无法在过滤材料表面形成粉尘层，会使得先前生成的粉尘层遭到破坏，从而影响后续的过滤效率。

随着社会的发展，简单的过滤材料越来越难以满足现代科技发展的需要，采用新型过滤材料已成为大势所趋，利用过滤材料去除病毒、杀菌、去污、抗紫外线、隔热、保温等是近几年来人们关注的一个新领域。

本文将简要概述一些新型多功能材料的发展状况和应用情况。

刘成宝将其发现的超疏水材料与普通疏水材料进行了对比^[5]，发现超疏水材料相比普通疏水材料，具有更好的自清洁能力和耐污渍能力，可以在建筑涂料、防雾霾、自清洁、金属防腐等方面都能得到广泛的应用，而制备超疏水材料的方法，主要包含静电纺丝法、多相分离法、模板法等，在众多方法中，静电纺丝法制备过滤材料是近年来发展的制备微/纳米级纤维的新型生产技术。

高阳和蔡志江将静电纺丝材料与常规材料进行了对比，对比结果表明静电纺丝过滤材料相比其他过滤材料来说具有较高的比表面积、孔隙率和通透性，因此可以以利用该材料制备各种高强度、高精度的纤维过滤材料。同时，研究表面静电纺丝制得的过滤材料对金属离子的吸附能力远强于传统的纤维过滤材料，因此可以实现对金属离子的有效吸收和分离。

黄国涛等人发现与致密多孔材料相比^[6]，多孔技术材料具有很多的优良性能，粒如密度低、比表面积大、透过性强等等，在气固分离过程中，温度的变化对多孔金属薄膜的影响较小，所以可以采用多孔金属薄膜作为微尘过滤材料，从而能够应用于多种不同温度下的微尘过滤。在半导体工业中，对于纯度极高的稀有气体的过滤，多孔金属薄膜能够对粒径大于0.1μm的微粒起到很好的过滤作用。多孔金属材料在耐高温方面具有很大的性能优势，但是，由于金属材料结构的原因，金属过滤材料在抗腐蚀程度远不如传统的陶瓷过滤材料。

3  总结

过滤在多种气-固两相流应用中起着至关重要的作用，在可用的几种过滤和分离技术中，用于过滤从纳米级到亚微米级到高达微米级的灰尘颗粒的纤维过滤介质，在生活和工业生产中都具有广泛的运用，它多功能性和孔隙结构是影响其过滤效率的主要因素。

参考文献

[1] 卢进军, 孙 阳,李继新,等.基于多孔介质模型的空气滤清器阻力特性[J].系统仿真技术, 2018, 14(1): 52-57.

[2] 卢进军,孙 阳,乔梦华,等.空气滤清器过滤材料性能仿真与试验研究[J].车辆与动力技术, 2019, 1: 38-49.

[3] 卢进军, 乔梦华, 徐洪斌,等.空气滤清器纸滤芯纸折过滤过程仿真研究[J].车辆与动力技术, 2020, 3: 19-29.

[4]  卢进军, 杜莉莉, 乔梦华,等.高原环境下空气滤清器性能改进与试验研究[J]. 车辆与动力技术, 2018, 1: 17-21.

[5]  卢进军, 李继新, 孙阳,等.高原环境下某装甲车辆空气滤清器性能仿真分析与试验[J]. 兵工学报, 2015, 36(8): 1556-1561.

[6]  王丹飞.静电纺过滤材料的研究现状[J].现代丝绸科学与技术,2012,27(03):114-118.