動物學(xué)實(shí)驗(yàn)室有害氣體凈化裝置研制

吳桐 張宇 劉艷華

摘 要：為有效解決動物學(xué)實(shí)驗(yàn)室有害氣體凈化問題，研制了適用于動物學(xué)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境的有害氣體凈化裝置。該裝置采用STC12C5A60S2為處理器，通過MQ135和MQ-7傳感器檢測室內(nèi)空氣中的甲醛和一氧化碳的濃度，利用初效過濾層、活性炭海綿和TiO2光催化劑層作為凈化材料對實(shí)驗(yàn)室內(nèi)空氣中的污染物進(jìn)行凈化。初步試驗(yàn)結(jié)果表明：該裝置凈化效果明顯，工作穩(wěn)定、可靠，具備了實(shí)際應(yīng)用的技術(shù)條件。

關(guān)鍵詞：動物學(xué)實(shí)驗(yàn)室 有害氣體 凈化

中圖分類號：O631 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）01（a）-0124-02

隨著我國高等教育事業(yè)的飛速發(fā)展，實(shí)驗(yàn)室作為本科生科學(xué)實(shí)踐、研究生培養(yǎng)和教師科學(xué)研究的重要場所，越來越得到了人們的重視。其中，以動物學(xué)實(shí)驗(yàn)室為代表的生物類實(shí)驗(yàn)室更是在近年內(nèi)發(fā)生了迅猛擴(kuò)增和質(zhì)變，成為高校內(nèi)繼物理和化學(xué)類實(shí)驗(yàn)室之后的最為重要基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室之一。同時，不容忽視的是，隨著該類實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的增加、開放力度的加大，實(shí)驗(yàn)室的空氣環(huán)境污染問題也日益凸現(xiàn)。故該文特進(jìn)行了相關(guān)動物學(xué)實(shí)驗(yàn)室有害氣體凈化裝置研究。

1 動物學(xué)實(shí)驗(yàn)室有害氣體凈化裝置工作原理

為滿足在動物學(xué)實(shí)驗(yàn)室的空氣凈化要求，該文所設(shè)計(jì)的凈化裝置采用模塊化設(shè)計(jì)，具體由傳感器、控制器和空氣凈化機(jī)三部分組成。具體工作原理為，通過污染氣體傳感器采集實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的各種污染物的濃度信號，并將該信號傳輸給以STC12C5A60S2單片機(jī)作為核心元件的控制器。該控制器根據(jù)《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB/T18883-20026》規(guī)定的閾值，控制空氣凈化機(jī)渦輪風(fēng)扇的開啟，使氣流流經(jīng)空氣凈化機(jī)，以達(dá)到凈化空氣的目的。

2 動物學(xué)實(shí)驗(yàn)室有害氣體凈化裝置部件設(shè)計(jì)

（1）傳感器的選擇與電路設(shè)計(jì)：該文采用半導(dǎo)體型氣敏傳感器檢測動物學(xué)實(shí)驗(yàn)室室內(nèi)空氣中的甲醛和一氧化碳等典型污染氣體，其采用的具體型號為MQ135甲醛傳感器和MQ-7一氧化碳傳感器。

MQ135和MQ-7傳感器都是采用的高低溫循環(huán)檢測方式，當(dāng)檢測甲醛和一氧化碳時，傳感器的電導(dǎo)率隨著空氣中甲醛和一氧化碳濃度的增加而增加，并通過轉(zhuǎn)換電路實(shí)現(xiàn)將阻值率的變化，從而達(dá)到轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對應(yīng)的輸出的數(shù)字信號和模擬信號。

（2）控制器組成與電路設(shè)計(jì)：控制器由STC12C5A60S2單片機(jī)和液晶顯示器組成。該文所采用的微處理器室STC12C5A60S2，屬于51系列單片機(jī)，具有工作電壓穩(wěn)定，內(nèi)部集成專用復(fù)位電路等特點(diǎn)，適用于該控制器的使用要求。

液晶顯示器為凈化裝置提供了直觀的人機(jī)交互接口，它可以及時為使用者提供凈化裝置所采集到的數(shù)據(jù)信息，如室內(nèi)甲醛和CO的含量。本凈化裝置的設(shè)計(jì)采用1602型液晶顯示器。

（3）空氣凈化機(jī)設(shè)計(jì)：該文采用多層過濾與光催化凈化相結(jié)合的凈化方式，進(jìn)行空氣凈化機(jī)設(shè)計(jì)。即該設(shè)計(jì)中的空氣凈化機(jī)采用初效過濾、活性炭過濾網(wǎng)和TiO2光催化劑層相結(jié)合。其中初效過濾層能夠過濾直徑大于5μm的顆粒，它的過濾效率在90%以上，活性炭海綿具有吸附作用，它的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)增大了污染物的接觸面積提高了吸附效率；空氣經(jīng)過初效過濾層和活性炭海綿的過濾后，再利用TiO2光催化劑層的光催化原理進(jìn)一步對污染物進(jìn)行凈化。具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3 模擬凈化試驗(yàn)與凈化效果分析

為了對所設(shè)計(jì)的凈化裝置的功能和性能進(jìn)行考核驗(yàn)證，該研究在接近實(shí)際空間環(huán)境的模擬實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)進(jìn)行了相關(guān)測試。

（1）試驗(yàn)方法。

該試驗(yàn)采用對比試驗(yàn)，即一次為凈化裝置不工作的試驗(yàn)；另一次為凈化裝置工作的試驗(yàn)。凈化裝置不工作的試驗(yàn)僅僅是檢測密閉模擬實(shí)驗(yàn)艙中甲醛和CO的含量，作為第二次試驗(yàn)的對比參照。兩次試驗(yàn)都是選用二手煙作為主要的污染物，由于二手煙中含有甲醛、CO等有害物質(zhì)，因此它能在一定程度上模擬動物學(xué)實(shí)驗(yàn)室室內(nèi)空氣中的污染物。

（2）試驗(yàn)步驟。

①首先進(jìn)行凈化裝置都不工作的試驗(yàn)，斷開控制電路之間的接口；

②將煙霧以一定的方式噴入相對密封的實(shí)驗(yàn)艙中，觀察液晶顯示器上數(shù)據(jù)的變化，并記錄實(shí)驗(yàn)過程；

③凈化試驗(yàn)，首先重復(fù)步驟②；

④觀察液晶顯示器，當(dāng)液晶顯示器上甲醛與CO的含量的最大值與第一次大致相同時，快速連接控制電路之間的接口；

⑤記錄實(shí)驗(yàn)過程與數(shù)據(jù)，并進(jìn)行相關(guān)分析。

（3）試驗(yàn)結(jié)果與分析。

依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，得到圖2。通過圖2可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)空氣凈化裝置工作時，甲醛和CO含量下降的程度比凈化裝置沒有工作時的下降程度明顯增大。從而可以證明，該文所設(shè)計(jì)的凈化裝置具有凈化功能。同時，經(jīng)過進(jìn)一步的分析可以看出甲醛的濃度下降速率比CO的濃度速率下降快，證明該凈化裝置對甲醛的凈化效果好于對CO的凈化效果。

4 結(jié)語

該試驗(yàn)所研制的動物學(xué)實(shí)驗(yàn)室有害氣體凈化裝置，可以實(shí)現(xiàn)對多種有害氣體的實(shí)時監(jiān)測，凈化效果明顯。該項(xiàng)研究為改善動物學(xué)實(shí)驗(yàn)室室內(nèi)空氣質(zhì)量奠定了良好的技術(shù)基礎(chǔ)，在將其推廣實(shí)際應(yīng)用，還需在該裝置與室內(nèi)其他空氣調(diào)節(jié)設(shè)備協(xié)調(diào)工作的合理性設(shè)計(jì)方面進(jìn)行進(jìn)一步研究。

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