动物学实验室有害气体净化装置研制

吴桐 张宇 刘艳华

摘 要：为有效解决动物学实验室有害气体净化问题，研制了适用于动物学实验室环境的有害气体净化装置。该装置采用STC12C5A60S2为处理器，通过MQ135和MQ-7传感器检测室内空气中的甲醛和一氧化碳的浓度，利用初效过滤层、活性炭海绵和TiO2光催化剂层作为净化材料对实验室内空气中的污染物进行净化。初步试验结果表明：该装置净化效果明显，工作稳定、可靠，具备了实际应用的技术条件。

关键词：动物学实验室 有害气体 净化

中图分类号：O631 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）01（a）-0124-02

随着我国高等教育事业的飞速发展，实验室作为本科生科学实践、研究生培养和教师科学研究的重要场所，越来越得到了人们的重视。其中，以动物学实验室为代表的生物类实验室更是在近年内发生了迅猛扩增和质变，成为高校内继物理和化学类实验室之后的最为重要基础实验室之一。同时，不容忽视的是，随着该类实验室实验项目的增加、开放力度的加大，实验室的空气环境污染问题也日益凸现。故该文特进行了相关动物学实验室有害气体净化装置研究。

1 动物学实验室有害气体净化装置工作原理

为满足在动物学实验室的空气净化要求，该文所设计的净化装置采用模块化设计，具体由传感器、控制器和空气净化机三部分组成。具体工作原理为，通过污染气体传感器采集实验室内的各种污染物的浓度信号，并将该信号传输给以STC12C5A60S2单片机作为核心元件的控制器。该控制器根据《室内空气质量标准GB/T18883-20026》规定的阈值，控制空气净化机涡轮风扇的开启，使气流流经空气净化机，以达到净化空气的目的。

2 动物学实验室有害气体净化装置部件设计

（1）传感器的选择与电路设计：该文采用半导体型气敏传感器检测动物学实验室室内空气中的甲醛和一氧化碳等典型污染气体，其采用的具体型号为MQ135甲醛传感器和MQ-7一氧化碳传感器。

MQ135和MQ-7传感器都是采用的高低温循环检测方式，当检测甲醛和一氧化碳时，传感器的电导率随着空气中甲醛和一氧化碳浓度的增加而增加，并通过转换电路实现将阻值率的变化，从而达到转换为与该气体浓度相对应的输出的数字信号和模拟信号。

（2）控制器组成与电路设计：控制器由STC12C5A60S2单片机和液晶显示器组成。该文所采用的微处理器室STC12C5A60S2，属于51系列单片机，具有工作电压稳定，内部集成专用复位电路等特点，适用于该控制器的使用要求。

液晶显示器为净化装置提供了直观的人机交互接口，它可以及时为使用者提供净化装置所采集到的数据信息，如室内甲醛和CO的含量。本净化装置的设计采用1602型液晶显示器。

（3）空气净化机设计：该文采用多层过滤与光催化净化相结合的净化方式，进行空气净化机设计。即该设计中的空气净化机采用初效过滤、活性炭过滤网和TiO2光催化剂层相结合。其中初效过滤层能够过滤直径大于5μm的颗粒，它的过滤效率在90%以上，活性炭海绵具有吸附作用，它的网状结构增大了污染物的接触面积提高了吸附效率；空气经过初效过滤层和活性炭海绵的过滤后，再利用TiO2光催化剂层的光催化原理进一步对污染物进行净化。具体结构如图1所示。

3 模拟净化试验与净化效果分析

为了对所设计的净化装置的功能和性能进行考核验证，该研究在接近实际空间环境的模拟实验舱内进行了相关测试。

（1）试验方法。

该试验采用对比试验，即一次为净化装置不工作的试验；另一次为净化装置工作的试验。净化装置不工作的试验仅仅是检测密闭模拟实验舱中甲醛和CO的含量，作为第二次试验的对比参照。两次试验都是选用二手烟作为主要的污染物，由于二手烟中含有甲醛、CO等有害物质，因此它能在一定程度上模拟动物学实验室室内空气中的污染物。

（2）试验步骤。

①首先进行净化装置都不工作的试验，断开控制电路之间的接口；

②将烟雾以一定的方式喷入相对密封的实验舱中，观察液晶显示器上数据的变化，并记录实验过程；

③净化试验，首先重复步骤②；

④观察液晶显示器，当液晶显示器上甲醛与CO的含量的最大值与第一次大致相同时，快速连接控制电路之间的接口；

⑤记录实验过程与数据，并进行相关分析。

（3）试验结果与分析。

依据试验结果，得到图2。通过图2可以发现，当空气净化装置工作时，甲醛和CO含量下降的程度比净化装置没有工作时的下降程度明显增大。从而可以证明，该文所设计的净化装置具有净化功能。同时，经过进一步的分析可以看出甲醛的浓度下降速率比CO的浓度速率下降快，证明该净化装置对甲醛的净化效果好于对CO的净化效果。

4 结语

该试验所研制的动物学实验室有害气体净化装置，可以实现对多种有害气体的实时监测，净化效果明显。该项研究为改善动物学实验室室内空气质量奠定了良好的技术基础，在将其推广实际应用，还需在该装置与室内其他空气调节设备协调工作的合理性设计方面进行进一步研究。

参考文献

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