活性炭纤维空气净化窗

钟长弟 朱洪润

【摘要】随着人们生活水平的提高，室内污染问题越发严峻，而活性炭纤维是一种优良的吸附材料，针对目前室内空气污染的严峻形势和室内空气污染的净化技术，创新性地将活性炭纤维与空气净化窗相结合，在保证通透性能的同时又处理了空气污染。本文充分分析活性炭纤维作为吸附剂的性能和用途特点，重点分析其可作为室内空气污染处理有效方法的可行性。

【关键词】活性炭纤维；窗；吸附；室内空气净化

近些年来，随着人们生活品质的提高，室内被大量新型装饰涂料、家具和日常生活用品不断充斥，由此造成日益严重的室内环境污染。而室内的空气质量会严重影响人体健康，同时室内空气质量问题日益受到大众的重视，许多科研人员均投身到净化空气的研究中来。因此，大量室内空气净化产品及相关技术也不断涌现。

一、室内空气净化方法

1、过滤法

过滤法即为采用物理分离技术，将空气中的悬浮颗粒从空气中分离。然而，该技术无法处理细菌和有毒有害气体等污染物，且过滤净化器通常会由于滤料经常填充饱和而失去过滤能力，因而该技术的应用会受到较大限制。

2、吸附法

吸附法则是利用具有吸附能力的物质（通常为多孔介质）吸附污染物来实现净化空气的目的。主要包括物理吸附和化学吸附，可应用于吸附所有害有恶臭气体，并且能实现高脱除率，是净化空气的常用方法。主要的吸附材料包括活性炭、分子筛、硅胶和活性氧化铝等，而用作吸附材料的物质主要为活性炭，该介质具有大的比表面积、快的吸脱速度和大吸附容量等优点。

3、低温等离子净化法

在常温常压下，非平衡等离子体是利用高压放电来获得，较多的高能电子都会在活性粒子轰击过程中，会产生O和OH等的技术为低温等离子净化法，经过一系列反应使有机物分子最终分解为CO2、H2O的技术。等离子体净化法可净化的纳米级的污染物粒，远高于比传统方法降低了数个数量级，具有很好的发展前景。

4、催化净化法

在催化剂的作用下，将有害气体氧化分解成无害物质的一类方法，总称催化净化法。以TiO2光催化剂为例，其净化原理是TiO2在受到紫外线照射后，其内部电子（即空穴对）受激发，产生具有强氧化能力的活性基团氢氧（羟）基，在综合作用下可降解绝大部分附着在表面的污染有机物。催化净化法通常可分为传统催化法、纳米材料光催化法及等离子体催化法等，室内空气污染物的浓度较低，因而对于传统催化法而言，具有较高的运行费用。

5、臭氧消毒法

臭氧作为消毒剂具有很强的杀灭效果。臭氧杀灭微生物作用机制是通过破坏肠道病毒的多肽链，使RNA受到伤，它可与氨基酸残基（色氨酸、蛋氨酸和半胱氨酸）发生反应却可直接破坏蛋白质，噬菌体中的RNA被释放出来后采用臭氧进行杀灭，通过电镜观察可发现噬菌体被撕裂成小的碎片。有研究表明，紫外吸收发生改变嘌呤和嘧啶经臭氧作用后，细菌细胞壁脂类则可与臭氧双键反应，进入菌体内部，作用于脂蛋白和脂多糖，改变细胞的通透性，进而导致细胞溶解、死亡，破坏或分解细菌的细胞壁，迅速扩散入细胞内，氧化破坏细胞内的酶，使之失去生存能力。臭味及其它气味的物质经过臭氧的强氧化性，可快速分解产生各种小分子有机物，如胺、甲硫醇硫化氢等。

6、其他净化技术

除了以上的空气净化技术以外，还包括以烟雾消毒和过氧乙酸消毒的净化方法。

二、活性炭纤维

上世纪70年代初发展起来的具有新型吸附功能的材料活性炭纤维，主要以木质素、酚醛纤维、聚丙烯纤维、沥青纤维等为原料，分别经炭化和活化而加工制得。相比粒状、粉状的活性炭，活性炭纤维具有特有的微孔结构，更高的外表面积和比表面积和多种官能团，平均孔直径也更小，通过系列吸附手段的成功运用，使其在各领域均得到了广泛应用。

1、活性炭纤维的性能

（1）吸附容量大

活性炭纤维具有大的比表面积和丰富的微孔结构，增大比表面积其吸附容量一般也增大。对无机气体、溶液中化合物和金属离子等均有很好的吸附能力。

（2）吸附脱附速度快。

孔径分布集中的微孔是活性炭纤维是吸附脱附快的关键，吸附过程中吸附质无须像在活性炭一样经长距离孔过滤，因为小的粒内扩散阻力，所以吸附速度快，对气体的吸附一般能在几分钟内达到平衡。

（3）对低浓度物质的吸附能力强。

在表面吸附中，孔径越小，吸附力场越大。活性炭纤维对低浓度物质的吸附能力强，而颗粒活性炭通常在低浓度时吸附能力大幅地降低。

（4）吸附的选择性

选择吸附可按照分子的大小和形状进行设置，均依赖其特殊的微孔结构，从而具有分子筛的活性炭纤维的氧化还原性能在其吸附金属离子时表現最为明显。活性炭纤维的氧化还原特性是由系列电位不同的表面活性基团引起的，活性炭纤维可同时作为还原剂和氧化剂，这由所用体系的电位高低来决定，活性炭纤维氧化还原容量随参与反应的基团种类和浓度不同而变化。

2、活性炭纤维的应用

（1）用于水净化及处理

活性炭纤维有特殊的净水功能。例如，对澄清混浊的水质有明显作用，可除去残留在水中的臭味；尤其对水中含高铁和高锰无机物的去除效果明显；其中对氰、氯、氟和酚等化合物去除率可达90%以上，对细菌有非常好的过滤效果，如大肠杆菌去除率达98%。在有机化工废水处理方面，中山大学已经研制生产的活性炭纤维用于处理含酚工业废水、PCBs废水处理、制药厂高浓度废水处理；炼油厂环烷酸综合废水处理、印染废水处理、造纸黒液废水处理和染料生产废水处理等。

（2）用于溶剂回收

活性炭纤维的脱附速度快且吸附容量大，可用于回收活性溶剂，这是因为该技术具有吸、脱附速度快，耗时短，在吸附过程中几乎没有分解或聚合的现象产生。

（3）用于氧化还原剂

活性炭纤维的重要特征之一便是氧化还原功能。活性炭纤维对烟碱的吸附率也很高，苯骈芘有特殊的吸附能力，所以完全可以利用活性炭纤维来净化空气。基于以上活性炭纤维的突出优点，将活性炭纤维技术用于室内空气净化，并与窗相结合，在能保证室内外的空气流通的同时，有效降解了空气中的有机污染物，是具有显著优势的室内空气技术净化技术。

三、结论

基于对各种室内空气净化技术的对比分析，活性炭纤维作为优良的吸附材料，具有优异的性能和广泛的用途。通过对目前室内空气污染的严峻形势深入分析，将活性炭纤维与空气净化窗相结合，同时实现了通透性能和空气净化效果，因此，室内空气污染处理的技术具有广阔的发展前景和未来。

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