第一章 奈米微粒穿透海綿濾材特性研究
第二節 文獻探討
2-1 海綿過濾理論
過濾作用是以濾材收集空氣中的懸浮微粒，本研究利用單一纖維理論(single fiber theory)來估算海綿濾材對微粒收集效率 ( capture efficiency ) (Hinds, 1999)。
( )
其中，Pn：氣膠貫穿率(aerosol penetration)E: 濾材總收集效率( the overall efficiency of a filter )
α
：充填密度(packing density) χ：海綿濾材厚度(filter thickness) df：纖維直徑(fiber diameter)EΣ,n：總單一纖維過濾效率( total single fiber filtration efficiency ) 氣懸微粒會被濾材纖維所收集有以下幾種機制：
1.攔截沈積( interception deposition, Er ) 2.衝擊沈積( inertial impaction deposition, Ei ) 3.擴散沈積( diffusion deposition, Ed )
其中，α：濾材填充密度(packing density) dp：微粒直徑
df：纖維直徑
Ku：Kuwabara hydrodynamic factor
(2)由布朗運動造成單一纖維的擴散作用是與佩雷數有關，而佩雷數又會受微粒和纖
D ：氣膠擴散係數( aerosol diffusion coefficient ) k ：波茲曼常數( Boltzmann constant)
T ：溫度(K)
Cc：崁寧函修正因素( Cunningham slip correction factor) η：空氣的黏滯係數( viscosity of the gas)
其中，Stk：史托克數( Stoke number ) 其中，P：氣懸微粒的穿透率( aerosol penetration )
∆p：壓降( pressure drop )
貫穿率是穿透與進入濾材微粒數目濃度之比；而壓降是所有纖維所造成壓力損失
的總合，與厚度、表面風速成正比，與纖維直徑的平方成反比；前者所表示出的是濾 粒的特性如粒徑、分佈情形所影響(Ichitsubo, 1996)。
1973 年 Davies 針對纖維性濾材提出了壓降公式 其中，t:濾材厚度(filter thickness)
目前海綿廠商皆是以孔隙度(海綿在單位長度中所含有的孔洞數)做為海綿分類 Kenny 以海綿製造商(Recticell International Development Center)利提出用顯微 鏡量測單元直徑的標準方法進一步得到單元直徑與纖維直徑之間的關係:
cell
df =8.86×10−6 +0.076× diameter (19)
2-3 靜電集塵器相關文獻
利用靜電力來收集微粒的基本原理早在 18 世紀就已經被發現並提出，但是直到 1923 年由 U. C. Berkeley 的 Fredrick Cottrell 教授設計出第一個工業用靜電集塵器
（electristatic precipitator, ESP）並且成功地使用在蒸汽發電廠設施之粒狀污染物控制
由於負電暈比正電暈在較低的電壓差產生(31.0 kV/cm v.s. 33.7 kV/cm（王
氏，1993）)，且比正電壓在較高電壓差之下才會產生電弧（假如放電極電壓增加至 某一極限時，此時電流會流經兩電極之間，導致電場暫時消失，因此無法游離空 氣）。因此，一般而言工業用的靜電集塵器大多使用負電暈放電而產生高濃度離子。
靜電集塵器對微粒的收集效率受到許多因素的影響，大致上可以分成微粒特 性、集塵器特性以及其他的一些外在因素如處理風量等的影響。微粒的靜飄移速度與 電場強度和微粒帶電量的乘積成正比，因此假如集塵器的電場強度月低則收集效率越 差，意即會有越多微粒穿透。處理風量主要則影響微粒在靜電集塵器的停留時間，停 留時間越長則被收集的機會越大（Huang and Chen, 2001）。
不過，無論從理論或是實驗中均可以發現在某些情況之下，粒徑小的微粒，尤 其是粒徑小於 1µm 的微粒，常會有充電不足的現象（Huang and Chen, 2002）。不 帶電的微粒在電場中並不會受到庫侖力的作用而被收集，以致於當微粒小至某一程度 之後，靜電集塵器的收集效率反而會有下降趨勢。