多功能家庭空气净化装置的研制与效率分析

苟云妹，贾 兰，赵文龙，刘 岩，彭 琨，朱冠华

（辽宁工业大学，辽宁 锦州121000）

1 引言

人类的生存离不开空气，空气的质量直接决定人类的生活质量及寿命。雾霾天气的频频出现，室内装饰材料释放的有毒有害气体，使人们对每时每刻呼吸的空气充满了恐惧。据世界卫生组织统计，全球每年因室内环境污染的死亡人数已达280万人。我国每年约新增2万名白血病儿童患者，家庭装修导致室内环境污染被认为是导致城市白血病患儿增多的主要原因。我国每年因装修污染引起的上呼吸道感染而致死亡的儿童约有210万人。空气污染已经被人们称为“隐形的杀手”，它们时刻都在危害我们的身体健康。

目前，对室内空气污染的治理主要有两种方法：一是开窗通风换气，二是使用空气净化器。然而，雾霾天气的频频出现，工业废气、汽车尾气、粉尘、扬沙等阻挡了开窗通风这条道路，而空气净化器只能将室内空气进行循环净化，不能制造新鲜空气。因此，针对空气净化器的弊病和室外环境恶化的现状，研发一种经济合理的多功能室内空气交换净化装置是目前的形势所趋。因此，本论文的研究具有实际应用价值，同时又具有一定的创新性和前瞻性。

2 空气净化技术的主要类型

2.1 HEPA过滤技术

HEPA是一种国际公认的高效滤材，孔径微小，吸附容量较大，净化效率高，采用多组分玻璃纤维制成。HEPA材料对微粒的捕捉能力较强，在空气净化中得到了广泛的使用，可有效滤除0.3μm以上的颗粒物、烟雾、细菌等，去除效率可达99.9%以上。

2.2 活性炭吸附技术

活性炭吸附技术主要是应用活性炭纤维状滤网进行吸附过滤。活性炭纤维状滤网具有以下两个特点。

（1）基础材料为新型聚丙烯纤维为滤材，它阻力小、悬浮粒子捕捉效率高并且可以水洗，特别适用于低阻力、大风量的空气过滤场合，是空气过滤的理想材料。

（2）将优质椰壳活性炭添加在活性炭纤维过滤网基材上，该椰壳活性炭经过特殊的“活化处理”（是指在制造活性炭的过程中，显著提高活性炭的孔隙率，增大比表面积，具有更强的吸附能力），可广泛用于处理自来水的余氯、过滤、杂质吸附以及甲苯、二甲苯、酚类、醛类等VOC气体。由于活性炭高效的吸附、过滤性能，使活性炭纤维状滤网具有良好的空气净化效果。不仅能够过滤颗粒性污染物，还可以去除多种毒害有机气体。

2.3 负离子技术

负离子技术是利用施加高电压产生负离子，通过凝结和吸附作用，使小颗粒物附着在固相或液相污染物微粒上，形成大粒子并沉降。空气中的负离子不仅能除尘，还可以杀菌消毒。同时，负离子具有很强的还原性，可以通过氧化还原反应消除大气中的氮氧化合物、香烟等产生的活性氧。负氧离子还可以有效消除装修污染，中和有害气体，能与室内附着在墙壁、天花板上的臭气源分子发生反应，如苯、甲醛、酮、氨等刺激性气体。

2.4 紫外线杀菌技术

波长在240～280nm范围内的紫外线能够杀破坏细菌病毒中的DNA或RNA的分子结构，使生长性细胞再生性细胞死亡，从而达到杀菌消毒的效果。尤其在波长为253.7nm时紫外线的杀菌作用最强。紫外线还具有消除臭氧、液体糖消毒、降低总有机碳、降解余氯等功能。

3 多功能家庭空气净化装置的制备

根据室外环境现状，该净化装置采用紫外灯杀菌技术、活性炭吸附技术以及负离子技术，将家庭用的普通换气扇进行技术改造，使其具有除尘、吸附有害气体和杀菌的作用。将室外空气经过净化后进入室内，这样即达到了空气流通的效果，又阻挡室外粉尘、有害气体的进入。自制净化装置如图1所示。

4 净化效率实验

4.1 颗粒物净化效果评价采用的实验粒子

颗粒性污染物是室内环境的主要污染之一，由于微生物易附着于颗粒物上通过空气传播，因此空气净化装置的颗粒物净化效果不仅表明了其去除颗粒物的能力，而且在一定程度上代表了其对微生物的净化效果，因此颗粒物净化效率是评价空气净化装置性能的重要指标。不同环境中、不同地点、不同时间条件下颗粒物的浓度及粒径分布差距很大。在实验条件下，评价空气净化装置颗粒物净化效率的关键之一是选择能够代表不同环境中颗粒物特性的实验粒子。本试验主要采用了两种实验粒子。

图1 净化装置

4.1.1 自然尘

自然尘是指在自然环境下存在的颗粒物质，是最先采用的实验粒子。采用自然尘作为实验粒子，验证空气净化装置对不同粒径颗粒物的净化效率，多用于评价空气过滤器的计重效率。

4.1.2 环境香烟烟雾

环境香烟烟雾的粒径在0.1～1μm之间。环境香烟烟雾主要来源于烟草产品的燃烧，是数千种颗粒物和气相物质的复杂混合物。选择环境香烟烟雾作为实验粒子，用于评价室内空气净化器的净化效率，可以用其表示空气净化装置对粒径为1μm以下颗粒物的净化效率。

4.2 实验分析

在本实验中，实验小组采用两个玻璃密闭容器模拟室外和室内环境，用自然尘、香烟烟雾和一定浓度的甲醛溶液来模拟颗粒性和有机性的污染物，用激光粉尘仪和甲醛检测仪来测定不同时间两个密闭舱中污染物质的浓度。

分别进行了3组实验，测试数据如表1所示。

表1 实验数据

从实验数据可以看出，本研究小组研制出的多功能家庭空气净化装置对PM10和PM2.5的去除效率分别为81.3%和80.6%，对甲醛及有机性物质的去除率为72.2%。

5 结语

针对室外大气环境对室内空气的污染问题，研制一种多功能室内空气净化交换装置，经过试验测试分析，该净化装置对PM2.5的去除效率可达51.4%，对PM10的去除效率可达71.6%，可达到本设计小组的预定处理效果。

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