一、立项依据
当前，中国经济已进入高速发展阶段，以资源、能源消耗性为主的重工业（电力、建材、冶金、化工等）迅速发展。2013年钢铁产量突破7,亿,t，约占全球产量的40%；水泥产量24亿,t，约占全球产量的1/2；火电发电量32000亿,kWh。上述高耗能、高污染产业的发展，伴之而来的是严重的环境污染问题，特别是近来全国大范围的雾霾天气显得更为突兀。据统计由于空气、水以及工业等环境污染带来的经济损失每年超过3000亿人民币。重工业大气污染物以高温烟气为主要特征，因此烟尘类颗粒物成为为主要控制对象之一。作为控制总量法规，国家对工业领域的各类锅炉、炉窑制定的排放值陆续进行修订，严格要求降低排放量。过去高温烟尘的治理主要是采用电除尘器，但随着国家对环保标准的不断提高，特别是近年来国家对烟尘排放的要求提高，出口的质量浓度指标应为50-100,mg/m3，有的地方要求排放的质量浓度<50,mg/m3，甚至控制在20-30,mg/m3，而电除尘器已难以达到该要求，因此袋式除尘器得到很大的推广应用。近年，袋式除尘技术发展迅速，已在冶金、建材、化工、电力等行业进行应用，然而传统袋式除尘器的缺点是：温度受限制，不能超过滤袋所能承受的范围内；除尘器本体阻力较电除尘器大；寿命较短，一般为1-3年。因此，袋式除尘技术的核心是高温过滤材料，优劣直接关系到除尘器性能。目前，高温烟气过滤材料主要包括耐高温针刺滤料和耐高温覆膜滤料两种, 其主要成分是玻璃纤维织物复合其它材料制备而成。然而，随着我国对环境要求的持续增加，需要高温除尘的工艺也随之增加，如目前的脱硝工艺需要在较高的温度下进行（350度左右），由于高温过滤材料的限制，往往脱硝工艺安装在除尘之前，造成了脱硝催化剂容易磨损或由于灰尘造成催化剂的中毒，导致脱硝成本较高；此外，在冶金工业、化工工业在高温烟气余热利用过程中需要高温除尘的工艺也逐渐增多，而目前的工艺限制高温烟气余热的高效利用。然而，目前的过滤材料普遍存在使用温度过低的特点，急需要开发一种新型的实验温度高的过滤材料，且原料来源广泛，性能稳定可靠，价格低、寿命长。
我国是煤炭大国，煤炭在能源消费结构中的比重占70%以上，煤炭资源将在很长时间内作为我国一次能源的主要支柱。我国的煤炭利用约80%是通过燃烧方式实现，燃煤烟气除尘所得的粉煤灰约占原煤质量的15%-40%。我国粉煤灰年排放5-6亿吨，堆积量超过60亿吨，是我国产生量、堆积量最大的工业固体废弃物之一。粉煤灰的堆积，不仅占用了大量土地(据统计每1亿吨粉煤灰占地约1万亩)，而且造成严重的环境问题和安全隐患，因此，如何高效利用粉煤灰成为了国内外的研究热点。目前国内外对粉煤灰利用最普遍的方法是用做建筑和回填材料。由于建材市场需求与粉煤灰产生地的不匹配，我国中西部地区粉煤灰的彻底利用难以实现，这也导致了我国粉煤灰总体利用率偏低。随着科学技术的进步，粉煤灰在发达国家的认识正从废弃物向矿物资源转变。在英国，被认为是一种优良和经济的材料。美国把粉煤灰列入矿物资源的第七位，相应地针对粉煤灰的利用也从简单的减量化、低附加值利用向高附加值深加工利用转变。为提高粉煤灰的利用价值, 国内很多学者应用化学化工方法分离其中的有价组分，开发铝、铁、硅等系列化工产品，如氧化铝、氯化铝、氯化铁、净水剂、氧化硅、铝硅铁合金等，中国大唐、中煤、中铝等企业投入了大量的人力和物力对这些技术进行集中研发，但该技术尚处于试验或者工业示范阶段，没有完全成熟,而且面临成本过高以及二次污染等难以解决的问题。在这种情况下，特别是中国面临环境恶化及资源短缺等一系列问题集中爆发的态势下，有必要对其它高值化技术进行研发，以满足整个社会和大众对环保和资源的日益紧迫需求。
因此，本课题结合对于袋式除尘器高温过滤材料的实际需求，利用粉煤灰为主要原料，通过物相结构调控制备出高性能纤维材料，然后进行表面处理制备成高温过滤材料，以满足目前高温过滤材料的需求，同时降低原料成本，实现以废制废的目的，为实现国家节能减排目标、推动产业结构调整提供有效技术支撑。
二、研究基础
项目建议人申请并建设了北京市固体废弃物资源化与管理重点实验室，依托该试验室，前期对于粉煤灰制备纤维技术进行了大量的研究，先后研发了以粉煤灰为主要原料制备陶瓷纤维的核心技术和关键工艺装备，获得了粉煤灰在线除杂工艺技术，建立了年产1万吨的工业化生产线，申请专利9项，授权6项；另外，项目建议人开发并建立了利用粉煤灰为主要原料制备粉煤灰连续纤维的实验技术装置，成功开发了粉煤灰通过物相结构调控制备性能可控的连续纤维的技术，并系统研究了过滤材料空隙结构与性能的关系，发表论文3篇。
三、研究目标
项目针对我国高温过滤材料使用寿命较短、使用温度过低及成本高等问题，结合我国中西部地区粉煤灰综合利用较低、产品附加值较小等问题，系统研究以粉煤灰为主要原料，通过物相结构调控开发出具有自主知识产权的具有高附加值的高性能系列高温纤维过滤材料。着力攻克目前高温纤维过滤材料实验温度较低、使用寿命较短及原料来源相对紧缺等问题，研制出系列高温纤维过滤材料高值化利用新技术，建立相应的示范生产线，为粉煤灰的高值化提供技术原型与示范，同时实现以废制废的目的。
四、研究内容与考核指标
1、研究内容：
本课题以粉煤灰为主要原料，通过物相结构调控，研究开发出使用温度高、使用寿命长的高温纤维过滤材料的工艺与技术装备，建立示范工厂，具体研究内容如下：
(1)粉煤灰物相结构调控制备高温纤维过滤材料的工业示范生产的关键技术与装备：系统研究高温纤维过滤材料制备过程中在线测定改性粉煤灰熔体温度和漏板温度的方法和温度控制技术；研究影响全电熔炉能耗和延长窑炉寿命的因素，针对这些因素，提出降低能耗、延长窑炉寿命的方法；对全电熔炉的窑炉的炉型进行改进，研究提高窑炉的熔化率的技术；研究将人工加料装置改为自动加料装置的技术；研究提高钼电极寿命的方法，研究自动控制装置对漏板和钼电极的电工参数的控制技术；研究纤维成型过程中的拉丝漏板、涂油器、集束轮等装置的升级改造技术；开发改性粉煤灰的混料制球技术；系统开发适用于不同环境的纤维材料。
(2)粉煤灰制备高温纤维性能及表面处理-浸润技术研究：研究纤维的密度、强度、化学稳定性、耐温性、耐疲劳性、电性能的测定技术并得出性能参数；开发控制改性粉煤灰与纤维性能控制技术；纤维表面改性技术是进一步提高纤维性能的有效途径。纤维表面处理剂由成膜剂、润滑剂、偶联剂等组分构成，不同组分、配比和配制工艺制备的表面处理剂对纤维成型工艺、纤维制品加工工艺有较大影响，对纤维增强复合材料性能也有较大影响。课题拟根据粉煤灰纤维制品的使用温度范围对表面处理剂进行研究，设计不同的组分和配方，对表面处理剂的制备工艺进行研究，在生产线上进行不同配方表面处理剂对纤维成型工艺、纤维制品加工工艺影响的研究、进行不同浸润剂对纤维增强复合材料性能的影响。
(3)粉煤灰纤维高温过滤材料的制备技术：系统研究高温纤维过滤材料的复合制备技术，获得高温使用的覆膜技术；采用摩擦仪测试法，测试研究覆膜的粘合牢度，在此基础上研究复合技术对覆膜牢度的影响规律。
(4)粉煤灰纤维高温过滤材料的性能：系统研究高温过滤材料微观结构、空隙分布特征、拉伸断裂强力、透气率、处理剂含量等性能指标，研究制备技术对各项性能指标的影响规律；系统研究制备高温过滤材料的高温使用性能，测试评价高温过滤材料的高温性能及使用寿命；测试研究高温纤维过滤材料使用过程中滤料阻力关系，研究粉尘在过滤材料中的分布特征；系统研究高温过滤材料的耐化学腐蚀性特征。
(5)粉煤灰纤维高温过滤材料工业示范生产线的建立：在上述研究的基础上，建立年产3000吨粉煤灰高温纤维过滤材料工业示范生产线。
2、考核指标
实现利用粉煤灰为主要原料制备高温纤维过滤材料的关键技术与核心装备，建立年产3000吨的工业示范生产线一条；形成高温纤维过滤材料使用温度达到400度、500度和600度三个系列产品；产品性能符合国家相关标准；发表论文10篇，申请国家发明专利3项，实用新型专利3项；培养研究生3-5人。
