低臭氧型负离子雾霾空气净化器设计

2016-01-12曹辉,侯卫萍,姜峰等

森林工程 2015年2期

低臭氧型负离子雾霾空气净化器设计

曹辉，侯卫萍*，姜峰，阮海宏

(东北林业大学工程技术学院，哈尔滨 150040)

摘要：降低负离子空气净化器的臭氧排放量，保护人们免受臭氧的伤害，可以在传统净化器的基础上增加紫外线除臭氧和催化剂除臭氧。臭氧很不稳定，吸收254 nm波长的紫外线后，分解为氧气。高效臭氧分解催化剂能在室温下将臭氧分解为氧。普通负离子空气净化器会释放超标的臭氧，其浓度高达205 ppb，而加入除臭氧装置的新型净化器则释放的臭氧很少，使其浓度控制在19 ppb之内。低臭氧型负离子雾霾空气净化器能有效地清除自身产生的臭氧，性能更优，适合在室内使用。

关键词：负离子；臭氧；雾霾；紫外线；催化剂

中图分类号：S 776；TU 834

文献标识码：A

文章编号：1001-005X(2015)02-0119-03

Abstract：In order to reduce the concentrations of ozone from anion air purifier，and protect people from the harm of ozone，we can add another two powerful features on the basis of the traditional filter including the ultraviolet and efficient ozone decomposition catalyst to decompose ozone.Ozone is very unstable，which will be decomposed into oxygen when absorbing 254nm wavelength ultraviolet ray.Efficient ozone decomposition catalyst can decompose the ozone into oxygen at room temperature.An ordinary anion air purifier releases excessive amount of ozone with concentration as high as 205 PPB.However，the new type air purifier with ozone decomposition function can release very little ozone，and control it within 19 PPB.The low-ozone anion haze air purifier can effectively remove its own emissions of ozone，which has a better performance and is more suitable for indoor use.

Keywords：anion；ozone；haze；ultraviolet；catalyst

收稿日期：2014-10-01

基金项目：东北林业大学大学生创新训练项目(CX-2014-12)

作者简介：第一曹辉，本科生。研究方向：森林工程。

通讯作者：*侯卫萍，博士，讲师。研究方向：森林工程和3S技术。E-mail：7956909@qq.com

Design of Low Ozone Anion Haze Air Purifier

Cao Hui，Hou Weiping*，Jiang Feng，Ruan Haihong

(College of Engineering and Technology，Northeast Forest University，Harbin 150040)

引文格式：曹辉，侯卫萍，姜峰，等.低臭氧型负离子雾霾空气净化器设计[J].森林工程，2015，31(2)：119-121.

随着工业化的飞速发展，空气倍受污染，加之北方冬季烧煤引起的雾霾天气越来越严重，空气净化器因此颇受当代人青睐。雾霾由空气中的水汽、灰尘、硫酸、硝酸、有机碳氢化合物等粒子组成的。如果水平能见度小于10 000 m时，将这种非水成物组成的气溶胶系统造成的视程障碍称为霾(Haze)或灰霾(Dust-haze)，吸入人的呼吸道后会导致呼吸道感染，免疫力低下的人更容易发病[1]。空气净化器的使用在有效地缓解这一危害的同时，却造成了另一种隐患，那就是它排放出过量有害的臭氧。低浓度的臭氧可消毒，但超标的臭氧则会强烈刺激人的呼吸道，造成咽喉肿痛、胸闷咳嗽、引发支气管炎和肺气肿；臭氧会造成人的神经中毒，头晕头痛、视力下降、记忆力衰退，臭氧还会对人体皮肤中的维生素E起到破坏作用，致使人的皮肤起皱、出现黑斑。臭氧的强氧化性对人体健康有危害作用，一般认为臭氧吸入体内后，能迅速转化为活性很强的自由基-超氧基，主要使不饱和脂肪酸氧化，从而造成细胞损伤[2]。

1结构及工作原理

为简化空气净化器的结构，所选用的部件的额定电压皆为220V，减少故障率如图1所示。过滤系统主要由过滤罩、活性炭过滤网等组成，其中过滤罩含有过滤棉对吸入的空气进行第一次过滤，将气体中的纤维、大颗粒粉尘过滤。活性炭过滤网可高效吸附经负离子降尘作用产生的粉尘颗粒，以及气体中含有的异味[3]。

负离子发生系统主要由一个负离子发生器组成，其额定输出电压为2~3.5 KV，负离子浓度为2×106PCS/cm3。负离子发生器的碳刷头为负离子释放端，碳刷头指向与进气风扇风向相反，净化器工作时碳刷头处会产生一定强度的离子风，利用离子风加速负离子与吸入空气的混合，提高降尘效率[4]。

除臭氧系统主要由TUV紫外线灯管、专用镇流器、紫外线灯管接头及网状臭氧催化剂组成。TUV紫外线灯产生波长为254 nm的紫外线能将高浓度的臭氧分解，显著将臭氧浓度降低。网状臭氧催化剂组成为活性炭加载冷触媒，网状编织透气性能好，具有耐酸，耐碱，耐高温，耐低温，防火，防水，防静电等特点。能将气体中含有的剩余臭氧进一步催化分解，使排出气体臭氧含量达到国家标准以下[5]。

其它部分含有风扇、下通风道、连接风道、上通风道、过滤网盖、壳体。风扇吸入空气，并由下通风道、连接风道、上通风道控制气体流动方向，其中各通风道皆为管状风道。

图1　低臭氧型负离子雾霾空气净化器结构图 Fig.1 Structure diagram of low-ozone anion haze air purifier 1.过滤罩；2.风扇；3.下通风道；4.负离子发生器； 5.专用镇流器；6.臭氧催化剂；7.紫外线灯管接头； 8.过滤网盖；9.紫外线灯管；10.活性炭过滤网； 11.壳体；12.上通风道；13.连接风道；14.碳刷头

2净化流程及控制电路

闭合电路后如图2所示，电风扇开始工作，将室内空气鼓入净化器，负离子激发器开始释放负离子和臭氧，对空气中的悬浮颗粒物进行清理并杀菌消毒。镇流器控制紫外线灯管的电流，保证其正常工作。初步净化的空气通入紫外线灯管照射区，在此过程中，紫外线具有双重功能，既杀灭细菌和微生物，又分解清除一部分臭氧。二次净化的空气再通过高效臭氧催化分解网[6]，对残余的臭氧进行更彻底地催化分解，使排放出净化器的空气含臭氧量在人体安全范围之内。

图2　低臭氧型负离子雾霾空气净化器电路图 Fig.2 Circuit diagram of low-ozone anion haze air purifier’s

3空气净化及除臭氧功能

负离子激发器是一种利用自身产生的负离子对空气进行净化、除尘、除味和灭菌的环境优化电器，其核心功能是生成负离子，利用负离子本身具有的除尘降尘、灭菌解毒的特性来对室内空气进行优化。用最新现代电子科技通过脉冲形成负离子。负离子能使空气中微米级肉眼看不见的PM2.5等微尘，通过正负离子吸引、碰撞形成分子团下沉落地。且负离子能使细菌蛋白质两级性颠倒，对空气、物品表面的微生物、细菌、病毒均有灭活作用[7]。

臭氧浓度是决定臭氧消毒效果的重要因素，而与接触时间关系不大。随着温度的增加，臭氧的杀菌作用增强，但在实际使用中，因温度的升高反而会影响消毒效果。臭氧气体易爆，有特臭，对人体有毒，空气中含0.02～0.04 ppm可嗅知，大气中最高允许浓度0.2 mg/m3(约0.1 ppm)臭氧完成杀菌消毒功能后，进入紫外线灯通道。臭氧很不稳定，臭氧吸收254 nm波长的紫外线后，就分解为氧气。未被臭氧杀灭的微生物在紫外光的照射下发生光化反应，破坏微生物的核酸使其失去活性[8]。

中国船舶重工集团公司第七一八研究所研究出了高效臭氧催化分解催化剂，它能在室温下将臭氧分解为氧，可广泛应用于家用电器、复印机、精细化学品的合成及自来水、废水的处理中。采用蜂窝结构大大降低了气流阻力，提高催化剂的强度，提高抗水、抗尘能力。这项装置能在常温下使臭氧分解率达到95%以上[9]。

4实验结果及数据分析

低臭氧型负离子雾霾空气净化器的净化检测主要有：负离子浓度检测、臭氧浓度检测及PM2.5的检测。

实验室温度控制在20～22℃之间，并保持湿度≤60%，故测试过程中不考虑温度和湿度的影响。采用PM2.5检测仪对实验室空气中PM2.5的浓度进行初次测定[10]。

采用负离子浓度测试仪对负离子浓度进行测定。操作方法：将仪器放在靠近净化器的释放气体的一端，测量负离子浓度2次，取平均值。若平均值与测定值差大于2%，则再测3次，取5次的平均值[11]。

采用化学发光法对净化器的臭氧释放浓度进行测定，操作方法同上[12]。

分别在两个密闭的实验区间对普通负离子空气净化器和低臭氧型负离子雾霾空气净化器做实验。先测定初始值，然后开启净化器，分别测定1、2、3、4、5、6h后的实验数据见表1和表2。

表1　普通负离子空气净化器的实验数据 Tab.1 Experimental data of ordinary anion haze air purifier

表2　低臭氧型负离子雾霾空气净化器的实验数据 Tab.2 Experimental data of low ozone anion haze air purifier

5结束语

通过对净化器的结构及电器参数进行优化改装，引入了波长为254 nm的紫外线灯和催化剂除臭氧的装置来清除掉净化器自身产生的臭氧，降低了普通负离子空气净化器的臭氧排放量。在保证负离子浓度基本一致的情况下，使用普通空气净化器的臭氧浓度为205 ppb，而使用低臭氧型负离子雾霾空气净化器的臭氧浓度仅为18 ppb，弥补了普通负离子净化器的不足。由于臭氧也有净化功能，所以排除臭氧后，其净化能力有微小幅度的降低。如PM2.5的浓度在普通空气净化器的作用下降低到27 μg/m3，而在低臭氧型负离子雾霾空气净化器的作用下最终检测为32 μg/m3。综合考虑，低臭氧型负离子雾霾空气净化器能在很大程度上消除臭氧，并且基本不影响最终的净化能力。因此，非常适合于对臭氧敏感和对空气质量要求较高的人群居家使用。

【参考文献】

[1]王旭光.雾霾治理与经济发展探究[J].经济视角，2013，8(下)：28-33.

[2]王淑兰，柴发合.北京市O3污染的区域特征分析[J].环境监测管理与技术，2011，23(S1)：34-39.

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