便携式液体型空气净化器的研究*

梁冬青　唐蕊洁　刘树丽　钱雅静　杨志孝

(泰山医学院，山东 泰安　271016)



便携式液体型空气净化器的研究*

梁冬青唐蕊洁刘树丽钱雅静杨志孝

(泰山医学院，山东 泰安271016)

目的设计一款便携式液体空气净化器。方法采用滤膜、活性炭吸附层及PP粉溶液等3级净化处理。结果在相同条件下经过滤膜和活性炭吸附层去除烟雾的时间是8 min；经过滤膜、活性炭吸附层和蒸馏水层是6 min；经过滤膜、活性炭吸附层和PP粉溶液去除烟雾的时间是4.5 min。加水层及PP粉溶液去除烟雾的时间分别缩短25%和43.75%。结论在滤膜及固体吸附净化的基础上，增加PP粉溶液后，其净化效果显著提高。另外PP粉溶液还可将还原性有害气体及空气中的细菌等有害物质去除，同时还可根据PP粉溶液的颜色变化判断空气污染的程度，当PP粉溶液的颜色由紫红色变为浅褐色时就应更换。该款净化器体积小、采用低压直流电机安全可靠，携带方便。

PP粉溶液；活性炭滤层；空气净化器

随着我国经济的发展、人民生活水平的提高，人们越来越关注室内空气质量问题。与发达国家相比，我国近年来室内空气质量问题较为严重，特别是挥发性有机化合物(VOC)，半挥发性有机化合物(SVOC)和颗粒物(PM2.5)等，这些污染问题促使人们开始高度关注室内空气质量，空气净化器随之进入人们的日常生活。

目前空气净化器市场种类繁多[1]。但净化方式有以下3种情况：①固体材料过滤型，其原理为利用多孔性过滤材料,如无纺布、滤纸、活性炭纤维、空气过滤材料等,主要通过过滤和吸附空气中的悬浮颗粒物而达到净化空气的目的[2]。其缺点是无法完全去除空气中的有毒气体，如甲醛等。②吸附型，分物理吸附和化学吸附。物理吸附采用滤料表面单纯吸附被测污染物的方法来去除污染物,这种方法吸附容量有限,尤其是在高浓度状态下寿命较短。③水洗过滤型，主要用于去除易溶于水的气体如甲醛、氨气等[3],这类气体污染物极易溶于水,而达到去除气体污染物的目的。但是以上3种净化方式均存在一定的不足及问题，不能完全去除空气中的污染物。

2014年上海市对市场上的净化器进行风险监测，共采集样品30批次，覆盖本市生产和销售的主要品牌，经检测，7批次产品臭氧浓度超过1.0 mg/m3，可能对人体造成伤害;24批次产品标称或宣传具备甲醛净化功能，但其中仅有2批次产品净化效率不低于50%，有9批次产品不具备甲醛净化功能;23批次产品标称或宣传具备甲苯净化功能，但其中仅3批次产品净化效率不低于50%，有14批次产品不具备甲苯净化功能;26批次产品标称具备可吸入颗粒物(粒径≤2.5 μm)净化功能，其中17批次产品净化效率不低于50%，有1批次产品不具备可吸入颗粒物净化功能。其它城市的净化器市场同样存在同类问题。

为了实现更加全面有效的净化空气，我们将3种净化方式有效的结合在一起，设计了这款便携式液体型空气净化器，突破性地使用了PP粉溶液净化加消毒空气。PP粉溶液除了进行液体净化外还可将还原性有害气体和细菌去除[4-7]，因此该净化器采用3级4重净化，可使空气更加洁净和清新。现将研究情况介绍如下。

1　材料与方法

1.1材料与器械

1.1.1材料ABS塑料板、有机玻璃、U星玻璃管、电源线、调速器、电源指示灯、活性炭香烟、火柴、活性炭滤膜，活性炭滤层、清水、PP粉溶液。

1.1.2器械12V 2A高速风机、烟雾室(自制)、塑料熔焊机、测试箱、产品模型。

1.2方法

1.2.1整体设计我们结合了物理和化学的方法，设计了这款便携液体型空气净化器。此装置由6部分组成，分别为进风口(加装普通滤膜)、动力装置、活性炭吸附层、U型管防倒流装置、PP粉溶液净化部分、出风口。空气先经过进风口处净化膜、再经活性炭吸附层、然后进入PP粉溶液，空气经过多次不同方式的净化处理，可将空气中的微尘、细菌、甲醛等有害物质彻底去除，净化器见图1。

图1　便携式液体型空气净化器

1.2.2活性炭吸附层活性炭吸附层(3 mm)，用于去除悬浮颗粒及部分气体物质。其原理一是自身独特的孔隙结构，内部孔隙结构发达、比表面积大、吸附能力强。原理二是分子之间相互作用力，虽然分子运动速度受温度和材质等原因的影响，但它在微环境下始终是不停运动的。由于分子之间拥有相互吸引的作用力，当一个分子被活性炭内孔捕捉进入到活性炭内孔隙中后，由于分子之间相互吸引的原因，会导致更多的分子不断被吸引，直到添满活性炭内孔隙为止。并且在普通空间空气中，有害气体的质量远远小于活性炭的使用量，使用一段时间后将活性炭吸附层取出放置在太阳下曝晒或在干燥箱烘干就可将再生，就可以长期使用。

1.2.3动力装置本产品的动力装置由两部分组成，包括鼓风装置及调速装置，可根据不同的使用环境情况来调整风机转速，从而达到理想的净化效果。由于空气经过滤膜、活性炭吸附层后再通过“单向阀”进入PP粉溶液，空气流动的阻力有较大，要求风机的功率要增加，因此导致净化器的噪声变大。经过反复试验，利用“U型管”代替“单向阀”，空气流动的阻力显著减小，因此利用低压12V、2A小功率直流风机，就可达到良好的使用效果，该净化器体积小便于携带、低压安全系数高、噪声低、可用于车载、桌面个人使用。

1.2.4PP粉液体净化层PP粉即高锰酸钾(KMnO4，Mr=158.04)，无机化合物，紫黑色针状结晶，在医药上用作防腐剂、消毒剂、除臭剂；在水质净化及废水处理中，作水处理剂。其作用机制为：通过氧化菌体的活性基团，呈现杀菌作用，有效杀灭各种细菌繁殖体、真菌、结核杆菌；亦能灭活乙型肝炎病毒和芽孢，可以将甲醛等还原性有害气体氧化，同时杀灭空气中的细菌；低浓度的高锰酸钾可用净水，漱口等。且此浓度为0.1%的高锰酸钾呈现漂亮的浅紫红色，不但使本作品外观更加靓丽，而且颜色起到了指示的作用，当颜色由紫红色变为浅褐色时就是该更换液体之时。

1.2.5工作流程打开电源开关→电源指示灯亮→打开运行开关→空气由进风口处净化膜经过一次过滤→空气经活性炭吸附层经过二次净化→空气再进入PP粉溶液处进行3次净化处理→洁净空气顶部出风口处释放。

2　结　果

2.1去除烟雾(香烟烟雾)效果实验

2.1.1经过净化膜、活性炭吸附层净化在净化器内不加PP粉溶液，放入烟雾室内，将香烟取出烟丝于蒸发皿中，点燃(不能有明火)，有烟雾产生时放入烟雾室内，将整个烟雾室密封，当烟雾充满整个烟雾室时，将蒸发皿取出。然后启动净化器，并计时，仔细观察整个净化过程中烟雾室内的烟雾情况，待整个烟雾室中的烟雾消失时记入时间。

2.1.2经过净化膜、活性炭吸附层、PP粉溶液净化在净化器内加PP粉溶液，放入烟雾室内，将香烟取出烟丝于蒸发皿中，点燃(不能有明火)，有烟雾产生时放入烟雾室内，将整个烟雾室密封，当烟雾充满整个烟雾室时，将蒸发皿中取出。然后启动净化器，并计时，仔细观察整个净化过程中烟雾室内的烟雾情况，待整个烟雾室中的烟雾消失时记入时间。

2.1.3净化效果比较见表1。

表1　净化效果比较

3　讨　论

本产品将滤膜、固体吸附和液体净化多种不同的净化方式，有机的结合于一体，使用液体过滤的方法，经过固体吸附及液体净化3级净化处理，可有效去除空气中的微小颗粒及甲醛等有害气体。所用PP粉溶液为医院常用的消毒液，浓度为0.1%，可安全有效杀灭空气中微生物。

该产品体积较小，所用电压12 V，安全可靠，适用范围广，可以用于车内、桌面及家庭室内空气的净化之用。该产品结构简单，外形设计为圆柱形，材质为有机玻璃，机身透明，让人感觉到此机械产品的巧妙和优美。操作方便，易于清洗维护，适应时代社会发展，满足市场需求，便利、轻松。

近年来沙尘暴和雾霾天气的频发，严重危害了人们的生活健康。同时，随物质生活水平不断提高，人们对生活质量有了更高的要求，所以空气净化器已经成为家庭必需品。本作品在吸附过滤和液体过滤的基础上研发，利用三道净化程序确保空气完全净化，使用更加安全放心。在产品推广方面，本产品制作体积较小、轻便，适用于10平米以下的生活环境，例如家用、车载或办公室桌面。可以根据市场需求设计不同风格，以满足大众之需求。同时本产品具有净化效率高，操作简便及节能的优点，使空气净化更加彻底完全该设计简练，尽量控制成本，便于生产，有较大的推广前景。

[1]吴倩.空气净化器 市场潜力巨大国产品牌要跟进[J].现代行业，2013，3：52-54.

[2]张译洁.空气净化器新国标有望上半年发布[J].质量观察，2015，5:38-39.

[3]徐业林,宣圣珍,吴同俊车用净化器对车内空气质量净化效果的研究[J].安徽预防医学杂志，2009，15(1)：22-23.

[4]丁水兰，刘 远，余 刚.轿车内甲醛净化的数值模拟研究武汉纺织大学学报[J]．2014，27(6)：73-77.

[5]王 春，丁年平，杨础，等.空气净化器净化效果的研究[J]．轻工科技，2015，198(5)：82-83.

[6]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局．GB 21551.3 -2010 家用和类似用途电器的抗菌除菌净化功能空气净化器的特殊要求[S]．北京: 中国标准出版社，2010.

[7]崔树玉，李子尧，赵克义，等.微生物气溶胶自然消亡率影响因素研究[J]．中国消毒学杂志，2008，25(2): 141 -142.

[8]魏兰芬，张磊，许激，等．生物气溶胶粒径分布及稳定性研究[J]．中国消毒学杂志，2011，28(2): 158 -160.

[9]杨冠东，丁年平，夏枫耿，等.空气净化器除菌性能检测方法的研究[J]．中国消毒学杂志，2015，32(6)：531-533.

Study on portable liquid type air purifier

LIANG Dong-qing TANG Rui-jie LIU Shu-li QIAN Ya-jing YANG Zhi-xiao

(Taishan Medical University,Taian 271016,China)

Objective:To design a portable liquid air purifier.Methods: 3 grade purification processing,such as membrane filter,activated carbon adsorption layer and PP powder solution was used.Results: Under the same condition,the time to remove the smoke through filtration membrane and activated carbon adsorption layer is 8 minutes; The time was 6 minutes by the membranes,activated carbon adsorption and distilled water; The time to remove the smoke through the membranes,activated carbon adsorption and the PP powder solution was 4.5 minutes.The time to remove smoke was shortened by 25% and 43.75% respectively though the distilled water and PP powder solution.Conclusion: The result of the experiment shows that on the basis of the membranes and solid adsorption purifier,the purifier's purification efficiency is increased obviously.Moreover,the PP powder solution can also wipe out the harmful material such as harmful gases and bacteria in the air,and can also judge the degree of air pollution in order to replace when the color of the PP powder solution turn purple to light brown on the basis of the color change of the PP solution.This purifier is small in size,safe and reliable with low voltage dc motor,and easy to carry.

PP powder solution；activated carbon filter；air purifier

2014年国家级大学生创新训练项目(201410439022)。

梁冬青(1992—)，女，山东菏泽人，2014级临床医学本科学生。

杨志孝。

TU834.8+4

A

1004-7115(2016)05-0531-03

10.3969/j.issn.1004-7115.2016.05.020

2016-01-27)