多功能家庭空氣凈化裝置的研制與效率分析

茍云妹，賈 蘭，趙文龍，劉 巖，彭 琨，朱冠華

（遼寧工業大學，遼寧 錦州121000）

1 引言

人類的生存離不開空氣，空氣的質量直接決定人類的生活質量及壽命。霧霾天氣的頻頻出現，室內裝飾材料釋放的有毒有害氣體，使人們對每時每刻呼吸的空氣充滿了恐懼。據世界衛生組織統計，全球每年因室內環境污染的死亡人數已達280萬人。我國每年約新增2萬名白血病兒童患者，家庭裝修導致室內環境污染被認為是導致城市白血病患兒增多的主要原因。我國每年因裝修污染引起的上呼吸道感染而致死亡的兒童約有210萬人。空氣污染已經被人們稱為“隱形的殺手”，它們時刻都在危害我們的身體健康。

目前，對室內空氣污染的治理主要有兩種方法：一是開窗通風換氣，二是使用空氣凈化器。然而，霧霾天氣的頻頻出現，工業廢氣、汽車尾氣、粉塵、揚沙等阻擋了開窗通風這條道路，而空氣凈化器只能將室內空氣進行循環凈化，不能制造新鮮空氣。因此，針對空氣凈化器的弊病和室外環境惡化的現狀，研發一種經濟合理的多功能室內空氣交換凈化裝置是目前的形勢所趨。因此，本論文的研究具有實際應用價值，同時又具有一定的創新性和前瞻性。

2 空氣凈化技術的主要類型

2.1 HEPA過濾技術

HEPA是一種國際公認的高效濾材，孔徑微小，吸附容量較大，凈化效率高，采用多組分玻璃纖維制成。HEPA材料對微粒的捕捉能力較強，在空氣凈化中得到了廣泛的使用，可有效濾除0.3μm以上的顆粒物、煙霧、細菌等，去除效率可達99.9%以上。

2.2 活性炭吸附技術

活性炭吸附技術主要是應用活性炭纖維狀濾網進行吸附過濾。活性炭纖維狀濾網具有以下兩個特點。

（1）基礎材料為新型聚丙烯纖維為濾材，它阻力小、懸浮粒子捕捉效率高并且可以水洗，特別適用于低阻力、大風量的空氣過濾場合，是空氣過濾的理想材料。

（2）將優質椰殼活性炭添加在活性炭纖維過濾網基材上，該椰殼活性炭經過特殊的“活化處理”（是指在制造活性炭的過程中，顯著提高活性炭的孔隙率，增大比表面積，具有更強的吸附能力），可廣泛用于處理自來水的余氯、過濾、雜質吸附以及甲苯、二甲苯、酚類、醛類等VOC氣體。由于活性炭高效的吸附、過濾性能，使活性炭纖維狀濾網具有良好的空氣凈化效果。不僅能夠過濾顆粒性污染物，還可以去除多種毒害有機氣體。

2.3 負離子技術

負離子技術是利用施加高電壓產生負離子，通過凝結和吸附作用，使小顆粒物附著在固相或液相污染物微粒上，形成大粒子并沉降。空氣中的負離子不僅能除塵，還可以殺菌消毒。同時，負離子具有很強的還原性，可以通過氧化還原反應消除大氣中的氮氧化合物、香煙等產生的活性氧。負氧離子還可以有效消除裝修污染，中和有害氣體，能與室內附著在墻壁、天花板上的臭氣源分子發生反應，如苯、甲醛、酮、氨等刺激性氣體。

2.4 紫外線殺菌技術

波長在240～280nm范圍內的紫外線能夠殺破壞細菌病毒中的DNA或RNA的分子結構，使生長性細胞再生性細胞死亡，從而達到殺菌消毒的效果。尤其在波長為253.7nm時紫外線的殺菌作用最強。紫外線還具有消除臭氧、液體糖消毒、降低總有機碳、降解余氯等功能。

3 多功能家庭空氣凈化裝置的制備

根據室外環境現狀，該凈化裝置采用紫外燈殺菌技術、活性炭吸附技術以及負離子技術，將家庭用的普通換氣扇進行技術改造，使其具有除塵、吸附有害氣體和殺菌的作用。將室外空氣經過凈化后進入室內，這樣即達到了空氣流通的效果，又阻擋室外粉塵、有害氣體的進入。自制凈化裝置如圖1所示。

4 凈化效率實驗

4.1 顆粒物凈化效果評價采用的實驗粒子

顆粒性污染物是室內環境的主要污染之一，由于微生物易附著于顆粒物上通過空氣傳播，因此空氣凈化裝置的顆粒物凈化效果不僅表明了其去除顆粒物的能力，而且在一定程度上代表了其對微生物的凈化效果，因此顆粒物凈化效率是評價空氣凈化裝置性能的重要指標。不同環境中、不同地點、不同時間條件下顆粒物的濃度及粒徑分布差距很大。在實驗條件下，評價空氣凈化裝置顆粒物凈化效率的關鍵之一是選擇能夠代表不同環境中顆粒物特性的實驗粒子。本試驗主要采用了兩種實驗粒子。

圖1 凈化裝置

4.1.1 自然塵

自然塵是指在自然環境下存在的顆粒物質，是最先采用的實驗粒子。采用自然塵作為實驗粒子，驗證空氣凈化裝置對不同粒徑顆粒物的凈化效率，多用于評價空氣過濾器的計重效率。

4.1.2 環境香煙煙霧

環境香煙煙霧的粒徑在0.1～1μm之間。環境香煙煙霧主要來源于煙草產品的燃燒，是數千種顆粒物和氣相物質的復雜混合物。選擇環境香煙煙霧作為實驗粒子，用于評價室內空氣凈化器的凈化效率，可以用其表示空氣凈化裝置對粒徑為1μm以下顆粒物的凈化效率。

4.2 實驗分析

在本實驗中，實驗小組采用兩個玻璃密閉容器模擬室外和室內環境，用自然塵、香煙煙霧和一定濃度的甲醛溶液來模擬顆粒性和有機性的污染物，用激光粉塵儀和甲醛檢測儀來測定不同時間兩個密閉艙中污染物質的濃度。

分別進行了3組實驗，測試數據如表1所示。

表1 實驗數據

從實驗數據可以看出，本研究小組研制出的多功能家庭空氣凈化裝置對PM10和PM2.5的去除效率分別為81.3%和80.6%，對甲醛及有機性物質的去除率為72.2%。

5 結語

針對室外大氣環境對室內空氣的污染問題，研制一種多功能室內空氣凈化交換裝置，經過試驗測試分析，該凈化裝置對PM2.5的去除效率可達51.4%，對PM10的去除效率可達71.6%，可達到本設計小組的預定處理效果。

[1]孫正運，趙 洋.環境空氣顆粒物濕式凈化技術研究[J].環境工程，2014（32）：454～458.

[2]石芳芳，邱利明，于 川，等.室內空氣凈化技術及產品綜述[J].制冷學報，2014，35（5）：14～20.

[3]張寶瑩，劉 凡.室內空氣凈化裝置顆粒物凈化效果評價技術進展[J].環境與健康雜志，2009，26（3）：269～271.

[4]付文昭，楊 勇，宋易寬，等.室內空氣凈化器凈化效率的探討[J].預防醫學情報雜志，1998，14（4）：193～196.

[5]徐海云，楊慶平.室內空氣凈化技術[J].艦船防化，2008（1）：12～19.

[6]鄧高峰.室內空氣質量及空氣凈化裝置凈化效果評價[D].北京：北京化工大學，2012（5）.