室内空气净化技术的发展现状

孙桂涛江苏经贸职业技术学院，江苏南京　211168

室内空气净化技术的发展现状

孙桂涛
江苏经贸职业技术学院，江苏南京211168

本文就可吸入颗粒物、有机与无机污染气体和微生物的消除，对国内外现有空气净化技术进行了总结，描述了干式过滤、静电集尘、活性炭吸附、植物吸附、光催化和低温等离子体的技术特点。

室内；污染；空气净化

空气净化技术是指对以上污染物质的消除技术。用于人居建筑环境的常见净化技术包括：消除可吸入颗粒物的干式过滤和静电集尘技术，消除甲醛、TVOC的吸附、光催化、低温等离子技术和植物分解，消除微生物的紫外照射技术。

1　干式过滤

干式过滤器工作原理有扩散、拦截、碰撞等。1）扩散：指悬浮在空气中的粒子互相随机碰撞被捕获。2）拦截：粒径大于0.5μm径的粒子因粒径较大被过滤器纤维拦截。3）碰撞：粒径大于0.5μm的粒子因有比较大的惯性和纤维直接接触被捕获。4）静电效应：带静电的纤维对带电荷的粒子有吸引力，会将其捕获。

按照过滤效率从高到低排列，可将干式过滤器分为高效过滤器、中效过滤器和初效过滤器。以下针对三种过滤器分别进行特点讲解。初效过滤器一般使用的滤材基本上是玻璃纤维和人造纤维及金属丝网等。在空调系统中一般安装的就是这种初效过滤器，对空气的净化只起到保护的初级作用。中效过滤器的滤材采用的是玻璃纤维（比初效过滤器的玻璃纤维要小），无纺布（由人造纤维合成）及中细孔聚乙烯泡沫塑料等。中效过滤器一般应用于高效过滤器前，起到的主要作用就是前级保护。还有很少数的应用于对清洁度有较高要求的空调系统中。高效过滤器均采用的是极细玻璃纤维或者是无纺布合成纤维的滤材，一般是经过加工制成了轻便的纸张形状，统称为滤纸，对PM2.5期待非常好的拦截效果。

2　静电集尘

静电除尘在性质上分类是属于高效过滤器。它进行空气净化的原理是：携带粉尘小颗粒的气体通过由阴极线也就是电晕极和接地的阳极板作用合成的具有高压的电场时，因为电晕出现放电现象造成气体的电离，气体离子就在电场引力下逐步的阳板靠近，在靠近过程中遇到粉尘小颗粒，出现了碰撞，那么气体携带的负电游离到粉尘颗粒上，在电场的引力下粉尘就想阳极运动并释放出携带的电子，粉尘颗粒就自然而然的积攒在了阳极板上了，而气体就得到了净化。与其他种类的过滤器相比，静电过滤更适合捕集微细粒子。

3　吸附

吸附可以分为物理吸附和化学吸附两类。目前比较常用的吸附剂主要是活性炭。绿色植物吸附也引起人们的浓厚兴趣。

3.1活性炭吸附

活性炭吸附属于物理吸附。物理吸附是由于吸附质和吸附剂之间的范德华力而使吸附质聚集到吸附剂表面的一种现象。物理吸附属于一种表面现象，可以是单层吸附，也可以是多层吸附，

活性碳纤维是20世纪60年代随着碳纤维工业而发展起来的一种活性炭新品种，活性碳纤维在表面形态和结构上与粒状活性炭有很大差别。粒状活性炭含有大孔、中孔和微孔，而活性碳纤维则主要含大量微孔，微孔的体积占了总孔体积的90%左右，因此有较大的比表面积，多数为800～1500m2/g。与粒状活性炭比较的话，活性碳纤维具有吸附含量大、更加速度的优势，而且再生能力强，不容易被分化，因此一般不会造成二次污染，对SO2、H2S等无机气体的吸附能力也是非常明显的。活性碳纤维对去除毫克和微克级的有机物有显著的作用，因此要提升室内空气的质量，这种纤维是非常使用的，而且得到广泛的应用。

3.2植物吸附

美国航天局Wolverton在20世纪80年代研究出对CO2、甲醛净化效果最显著的十种植物。此后，国内外很多学者对植物净化空气进行了试验探索。植物净化的机制，以甲醛为例，主要包括茎叶吸收与吸附、植物体内运输及其代谢转化、根际微生物的降解作用以及土壤吸附等途径。在SO2耐受能力研究上发现，臭椿、垂柳、白蜡、旱柳、沙枣、丝绵木、桧柏、白皮松、云杉、侧柏、蜀葵、金盏菊、野牛草、结缕草及羊胡子草等植物有显著的耐受能力。桂花、腊梅、八仙花可以有效地吸收汞蒸气，万寿菊、矮牵牛、菊花等可以吸收大量的氟化物。对于氯气的吸收，可以对山茶、石榴、夹竹桃、广玉兰大量的使用。龙血树、雏菊、万年青可以吸收三氯乙烯。但植物净化能力有限，单纯采用植物达到的净化效果并不尽如人意。

4　光催化

光催化技术是利用光催化反应将有机污染物降解为无害的无机物。光催化反应的原理是要在光电过程中进行氧化还原反应。从半导体的电子结构分析，在半导体吸取大于其带隙能（Eg）光子的能量时，电子会脱离价带跃至导带上，造成价带上具有强氧化的空穴（h+）的出现。由于导带和价带空穴具有的氧化性和还原性，可以与其他依附在光催化剂上电子的给体和受体产生反应。比如，价带空穴可以氧化H2O，而电子可以将空气中的O2还原成为H2O2。由于OH基团和HO2都具有非常强的氧化能力，因此可以对有机污染物进行氧化处理，将其成功的分解为CO2、H2O、PO43－、SO42－、NO23－以及卤素离子等无机小分子。

对不同的污染物，具体反应过程不同。以甲醛为例，反应过程如下：

光催化技术净化室内空气上，具有高效、无毒无害、成本低等优势，但绝大多数的吸附能力确实极为有效的，而且存在于分子结构中的电子要达成跃迁，需要满足其能量要求高的条件才能完成，这样看来的话，对于有机污染物的降解确实存在不小的局限性。对于较高污染物积累浓度的空间，光催化净化的能力偏弱。

5　低温等离子体

等离子体是电子、离子、原子、分子等粒子集结在一起形成的一个集合体，也是物质的一种存在状态，属性上同时具备了高导电性和电中性。存在与等离子中的离子、电子和激发态原子都是反应非常活跃的物种。在20世纪80年代，利用高压脉冲电晕的方法进行等离子体的生产进行气体污染处理的技术研发成功。采用的原理就是利用高能电子（5eV～20eV）轰击污染气体分子，在激活、分解、电离等过程作用下，制造出强氧化物质例如自由基、原子氧和臭氧等物质，将污染的分子进行迅速的氧化，生成无害的新物质。以甲苯为例。采用低温等离子体对甲苯进行降解，不但完成的效率非常高，造成的副产物也非常少，而且没有二次污染的后顾之忧。但目前还存在能耗高和能量效率低的两个难点尚未破解。

6　紫外照射

利用紫外线杀菌消毒指的是利用紫外线对微生物机体细胞内部结构进行破坏造成结构中DNA也就是脱氧核糖核酸或RNA即核糖核酸分子或者再生分子的死亡，达到杀菌消毒的效果。紫外线杀菌作用最强的波段是250～270nrn。紫外线灯具有使用简易、方便，是目前大多数医院进行空气消毒的主要方法。紫外线消毒装置有直接照射的紫外灯管，也有隐藏照射的空气循环风筒。消毒效果和空气湿度、循环次数、风速和辐射强度都有显著关系。

7　结论

健康的室内空气质量对于保证人们的生活品质至关重要。随着强制性环保建筑材料、装饰材料的推广，人们绿色装修理念的普及，室内污染的威胁将显著下降。空气净化技术的发展也必将走向高效、节约、安全。空气净化技术与建筑本身的融合也将是未来研究的重点。

［1］黄翔，王与娟，樊丽娟.新型功能性空气过滤材料研究进展［J］.暖通空调，2009（1）：54-57.

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1674-6708（2015）152-0091-02

孙桂涛，副教授