防霾型吸收式空气净化器的设计

何恬 窦同璐 刘秋言 缪旭光 陈建秋

摘 要：目前空气质量下降，许多家庭与单位配备了空气净化器，以在一定程度上改善周围环境的空气质量，减少呼吸道等疾病的发生。而现在市面上的空气净化器有着自己的局限性与不便性，大多采用滤网或是负离子等其他方式进行空气净化，造成了成本高、维修不便等问题。我们小组针对其问题研究新型的吸收式防霾空气净化器，通过将空气中的固体颗粒吸收入水中的方式，降低空气中PM2.5、PM10等对人体有害的固体颗粒物含量，以达到净化空气的目的。

关键词：鼓泡法 空气净化器 颗粒 液相 防霾

中图分类号：X1 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）07（b）-0093-02

随着中国工业化进程的加快，雾霾在中国特别是东部沿海地区呈现高发态势并有进一步恶化的趋势，严重影响了生产生活和社会发展。南京市的PM10超标严重，2002年春季南京市城区PM10超标率达83%。超标倍数为1.8～4.9。而中国最大的雾霾实验室在北京筹建，雾霾治理的可行性日益增加。

而如何净化空气，是许多人现在所关心的问题。现有的空气净化装置，主要分为主动与被动两大类，而使用滤网的被动式空气净化器，对滤网有着较高的要求，同时滤网的拆卸与清洗也较为不便，无论是家庭还是工厂，使用此类空气净化器都有着许多不便，而且部分效果较好的滤网价格也较为昂贵；而不使用滤网的主动式空气净化器，虽然解决了滤网清洗不便的问题，可是它们有着较高的科技含量，结构复杂，耗能高，有着维修不便、价格昂贵等问题。

在自然状态下，雨后的空气明显较雨前更清新，我们以这个现象为启发，设计了采用将固体颗粒吸入液相的空气净化器，以有效地清除空气中的颗粒，成本较低，使用方便，可供大多数家庭使用，较好地解决了现有的空气净化器中具有的缺陷。

1 吸收式空气净化器工作原理

1.1 设计与计算

图1是该空气净化器的系统原理图，该空气其净化器主要由箱体、鼓泡馆、鼓风机、传感器、水质监测器组成。鼓泡管上开设有小孔，并且与箱体外部的鼓风机相连，其上部设置多孔筛。箱体内部装入水，在水中设有传感器，并且与水质监测器相连。在箱体的底部设置有排水处。

使用时，将纯净水装入盛器箱体内，鼓风机将空气压入与之相连接的鼓泡管，空气从分布在鼓泡管上的小孔中鼓出，并往上冒泡，气泡通过上层的多孔筛，通过后气泡会分裂成为更多更微小的气泡，小气泡从多孔筛中冒出，待气泡自由上浮至液体表面，自由爆炸破裂，释放洁净空气。利用多孔筛切割气泡的原理和自由面气泡爆炸原理，使气泡中的颗粒物及有害物质溶于水中，释放出洁净的空气，从而达到净化空气的目的。洗衣粉有很好的表面张力作用，在对空气要求较高的环境中，可在纯净水中加入一定量的洗衣粉以达到更好的净化效果。水质监测器作为本产品的辅助部件，通过导电率传感器将数据传至水质监测器，用于监测水质，用户可以根据其显示的水质情况，根据自身需求判断是否需要更换洁净的水。换水时，废水可直接从下方的排水口中排出，待废水排尽后，使用者可以直接将洁净的水从该产品的上方倒入，以供该产品新一轮的使用。

采用本装置的防霾型吸收式空气净化器，箱体可以用无毒塑料或不锈钢成型，形状可以是长方形或圆柱体，箱体大小可视被净化的空间大小而定，鼓风机功率也视被净化空间的大小而定。鼓泡管用无毒塑料或不锈钢制成，多孔筛可用无毒塑料、陶瓷、纤维制成。

1.2 模拟实验结果

本实验在约20 m2的屋内，分别选取空气状况相近的3天进行。8：00-9：00进行开窗通风，实验从9：00开始，每隔半小时用PM2.5检测仪测定室内PM2.5指数，至17：00。实验分别测定了不使用模型机，使用7厘米水深的模型机和13 cm水深的模型机下，室内PM2.5值的变化，结果如图2所示。

2 结论

通过计算与测试，在使用该机器的情况下，室内的PM2.5有了较大的减少，室内的空气质量也有了较好的改善。可见，该净化器可以很好地进行空气净化。

同时该空气净化器有较低的使用功率，与现在市面上现有的空气净化器相比，其操作与修理维护也较为便捷。

根据其大小结构和功率的可调节性，该产品可应用于家居、办公场所、公共场所、有粉尘的车间、工作间、火力发电厂、化工厂等生产企业的烟尘过滤等。同时其应用广泛，生产投资小，制造工艺简单，产品利润空间大，有着较好的市场前景。在我国目前大气污染严重、环保意识增强、环境治理加强的今天，该产品具有十分重要的意义。现在，该产品已获得国家实用新型专利，专利号为：201420398201.7。

参考文献

[1]许明军，王月华，汤莉莉，等.南京城区与郊区秋季大气PM10中水溶性离子的特征研究[J].环境工程，2012（5）：108-113.

[2]杨敏，豆小敏，张昱.固液界面吸附机制与模型[J].环境科学学报，2006（10）：1581-1585.

[3]范秀山，彭国胜.分子、离子对及离子状态在固液吸附中的作用浅析[J].土壤，2002（1）：36-41.

[4]马奉瑞.鼓泡反应器的工艺设计[J].石化技术，2006，13（1）：23.