尚蒙空气净化器性能的分析

苏亚静， 杨士春， 贠琳琦， 岳健雄, 付彦杰

(天津农学院 a. 食品科学与生物工程学院； b. 水利学院， 天津 300380)

0 引 言

近年来，随着经济的发展，空气的污染日益严重，室内密闭性越来越好，使空气难以向外流通，空气中污染物分为物理性污染物、生物性污染物和化学性污染物，物理污染物包括粉尘、噪声等；生物性污染物包括病毒、尘螨、皮屑、细菌等；化学性污染物包括甲醛、总挥发性有机物、苯等有害物质。空气污染可导致人产生头昏、胸闷，严重地会导致肺水肿、心脑血管等疾病[1-2]。

然而，随着人们接触的装饰材料越来越多，甲醛、苯及苯系物、总挥发性有机物的浓度也在逐渐增加，长期吸入一定浓度的甲醛，患慢性呼吸道疾病的概率就会增加，慢慢产生一些中毒现象，也会导致人体免疫系统的紊乱[3-4]，在室内一些不干净和潮湿的地方，成为了过敏源传播的途径，特别是尘螨能引起人体支气管哮喘病，室内的臭氧污染可引起人体支气管和肺部组织发炎甚至水肿等病变，以及一些呼吸道疾病[4]。空气中的PM2.5主要对心血管和呼吸系统造成影响，尤其是老人、儿童和心肺疾病患者更是敏感人群[5]。室内空气中的细菌和真菌对人体的影响最为严重，可能引起人体免疫力下降或者哮喘等[6]，所以必须高度重视空气污染，以防影响我们的健康和生活。

为了保证身体健康，越来越多的人选择了空气净化器，其最重要的组成部分空气滤网的质量直接影响空气净化器的净化效果，常见的空气滤网有活性炭过滤层、高效空气过滤器滤网、光触媒过滤网、驻极体过滤材料、抗菌性过滤材料、离子交换纤维过滤网、加湿滤网等[7]，王丽霞等[8]认为，不同净化原理对甲醛的净化效果存在较大的差异，净化效果较好的空气净化器，大部分利用活性炭吸附技术。而采用负载锰氧化物的颗粒活性炭对甲醛的净化效果存在明显提高[9]，等离子和光催化等非活性炭吸附的净化效果也比较不错[8]。

目前，静电纺丝作为一种新型材料，因为有纳米级直径、高孔隙率和大比表面积等优点，在医疗、生物、电子和环境保护等各个领域应用十分广泛[10-11]，其基本的过程是在聚合物溶液或熔体的高压静电场下克服其表面的张力从而产生带电的喷射流，熔体或溶液射流在喷射的过程中发生固化，最后落在接收极上形成纤维，所制成的纤维直径大概在数十纳米到数微米之间，主要呈无纺布状纤维毡的形式[12]，纤维膜阻气性随着纤维膜面的密度的增加，过滤效率也随着增加，对过滤空气中存在的PM0.5、PM2.5具有一定的作用[13]。顾广东等[14]研究出在一定时间范围内，纤维含量的提高可以提高纤维膜对空气中颗粒物的过滤效果。

为了提高空气净化效果，杨得全[15]提供了一种杀菌除有害气体空气净化器滤芯和净化器，它包括：按进气顺序依次为粗网、HEP颗粒物过滤网、纳米银及载体层、纳米氧化钛及载体层均设置透气微孔；所述的纳米氧化钛及载体层，是载体两侧涂有纳米氧化钛层结构；纳米氧化钛及载体层折叠成三角波浪形或褶皱。UV灯贯穿于纳米氧化钛及载体层中部；通过空气迂回流动，更增加了空气的净化效果。

实验证明，用纳米二氧化钛为主体原料制成的空气净化喷雾剂来降解甲醛，有显著的效果，而甲醛不同的初始浓度对降解效果也有一定的影响，随着甲醛初始浓度的增加，光催化速度会变快，如果甲醛初始浓度继续增加，光催化速度又会减慢，但是变化不明[16-17]。采用纳米银作为催化剂来净化甲醛，具有净化效果，去除率达到94.5%，并且无二次污染[18]。

1 试 验

1.1 仪 器

仪器包括：试验舱(30 m3)、智能恒流大气采样器、紫外分光光度计、微生物气溶胶发生器：PLG2000、培养基：普通营养琼脂培养基、马铃薯葡萄糖琼脂培养基、采样器：六级筛孔空气撞击式采集器、低温高速离心机、微电脑激光粉尘仪、粉尘采样器、臭氧分析仪、蛋白纯化系统、冷冻干燥机、酶标仪等。

1.2 测试方法

1.2.1总挥发性有机物去除率

采用气态污染物去除率试验方法进行总挥发性有机物去除率的测定：

(1) 将空气净化器按标准要求放置于试验舱内，把空气净化器调节到“最高风速”“紫外”“负离子”档，检验运转正常，然后关闭空气净化器。

(2) 打开高效空气过滤器来净化空气，污染物背景浓度降低至一定水平后，开启温湿度控制装置，使舱内环境温度为(25±2)℃，环境湿度为(50±10)%RH。

(3) 试验舱内用气体污染物发生装置添加一定量的气态污染物气体，当气态污染物浓度达到规定的初始浓度范围时，关闭气体污染物发生装置。

(4) 打开试验舱内的风扇，时间约10 min，待混合均匀时关闭。

(5) 风扇停止转动时，记录初始浓度样品Co。

(6) 打开要检测的空气净化器，作用时间为1 h小时，记录最终浓度样品Ct。

(7) 在不开启空气净化器的情况下，按照步骤(1)～(6)进行试验来测试自然衰退。

测试结束后，将记录的结果代入下式中进行计算，对照组总挥发性有机物总衰减率为：

(1)

试验组总挥发性有机物总衰减率的记录结果代入下式：

(2)

式中：Nt为试验组总挥发性有机物总衰减率；C0为试验组初始浓度；Ct为试验组终浓度。

试验组总挥发性有机物去除率的记录结果代入下式：

(3)

式中：Kt为试验组总挥发性有机物去除率

1.2.2噪声测定

在半消声室进行噪声实验测试，背景噪声为16.5 dB(A)，试验过程开启“最高风速”档。环境温度为19.8℃，环境湿度为58.7%RH，测试包络面为矩形包络面，测试半径d=1 m。

1.2.3杀菌率的测定

用白色葡萄球菌、金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、黑曲霉进行除菌率的测定，用空气自然菌进行消毒效果鉴定试验，试验的过程中机器开启“最高风速”“紫外”“负离子”档。

1.2.3.1白色葡萄球菌、金黄色葡萄球菌、大肠杆菌的测定

(1) 4～7代在37℃下培养24 h的细菌斜面培养物，用10 mL的营养肉汤进行反复吹洗，使用无菌过滤棉过滤洗下的菌苔，用营养肉汤进行稀释制备雾化菌悬液。

(2) 把试验所需要的试验器材放入两个气雾室内，温度调为20～25 ℃，相对湿度调为50%～70%，同时打开高效过滤器。

(3) 打开微生物气溶胶发生器，在0.2 MPa染菌15～20 min，喷雾染菌结束后，风扇继续搅拌10 min，静置15 min。

(4) 用六级筛孔空气撞击式采样器对对照组和试验组进行采样。

(5) 试验组开启空气净化器，作用时间1 h后进行采样，同时对照组也在相应时间段进行采样。

(6) 将两份没有使用过的同批培养基与样本同时培养，作为阴性对照。

(7) 试验重复3次，取算术平均值为试验结果。

1.2.3.2黑曲霉的测定

(1) 将5.0～10.0 mL 0.05%吐温80的PBS水溶液加入到第4～7代的黑曲霉罗氏瓶培养物中，刮洗黑曲霉分生孢子于溶液中并将孢子悬液移入装有玻璃珠的三角瓶中，震摇1 min并滤过除去菌丝，在5 000～6 000 r/min下离心20 min，在400倍的显微镜下进行观察，使用时，用生理盐水进行稀释制成雾化菌悬液。

(2) 将器材放入2个气雾室中，打开高效过滤器净化，调节温度20～25 ℃，相对湿度50%～70%。

(3) 打开微生物气溶胶发生器，在0.2 MPa下进行染菌，喷雾染菌完成后，用风扇搅拌5 min，然后静置5 min。

(4) 用六级筛孔空气撞击式采样器对对照组和试验组进行采样。

(5) 试验组打开空气净化器，作用时间1 h，对照组也在相应的时间段采样。

(6) 将两份没有使用过的同批培养基与样本同时培养，作为阴性对照。

(7) 试验重复3次，计算每次的除菌率。

将白色葡萄球菌、金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、黑曲霉的试验结果代入下式，计算总衰减率：

(4)

式中：Nt表示对照组白色葡萄球菌、金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、黑曲霉的总衰减率；V0表示对照组试验前的空气含菌量；Vt表示对照组试验后的空气含菌量。

白色葡萄球菌、金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、黑曲霉的去除率为：

(5)

式中：Kt为白色葡萄球菌、金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、黑曲霉的去除率；V1表示试验组试验前的空气含菌量；V2表示试验组试验后的空气含菌量；Nt为白色葡萄球菌、金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、黑曲霉的总衰减率。

1.2.3.3空气消毒试验方法

(1) 将实验器材一次性分别放入试验空间内，关闭门窗，使用六级筛孔空气撞击式采样器进行采样，作为试验前的样本。

(2) 打开空气净化器，作用时间1h，之后使用六级筛孔空气撞击式采样器进行采样，作为试验后的样本。

(3) 将两份没有使用过的同批培养基与样本同时培养，作为阴性对照。

(4) 试验重复3次进行，计算每次的除菌率。

将空气消毒试验方法的结果代入下式，计算空气自然菌的去除率：

(6)

1.2.4洁净空气量的测定

洁净空气量采用固态颗粒物PM2.5去除试验检测方法和气态污染物洁净空气量的试验方法，试验过程机器打开“最高风速”“负离子”。

1.2.4.1固态颗粒物PM2.5去除试验的检测方法

(1) 把试验器材放入试验舱内，打开高效空气过滤器，使固态颗粒物PM2.5背景浓度≤0.03 mg/m3，调节舱内温度为23～27℃，湿度为40%～60%，关闭高效空气过滤器和温湿度调节装置。

(2) 采用低压空气把香烟燃烧器的香烟烟雾吹送进实验舱且初始浓度控制在(5.0±0.5)mg/m3。

(3) 打开激光粉尘仪，测定固态颗粒物PM2.5的初始浓度，之后打开空气净化器。

(4) 检测固态颗粒物PM2.5的浓度，打开空气净化器。

(5) 关闭空气净化器，在同样测试的条件下做空白对照，测试自然衰减的情况。

将测定结果代入下式，计算PM2.5的洁净空气量

Q=60V(Ke-Kn)

(7)

式中：Q表示PM2.5的洁净空气量；Ke表示总衰减常数；Kn表示自然衰减常数；V表示试验舱容积。

1.2.4.2气态污染物洁净空气量的试验方法(甲醛甲苯)

(1) 将空气净化器按照标准放置于试验舱内，检验是否正常运行并关闭空气净化器。

(2) 打开高效空气净化器，当污染物浓度降低到一定水平后，调节温度为23～27℃，湿度为40%～～60%。

(3) 在试验舱内加入气态污染物气体，达到初始浓度范围。

(4) 打开风扇，时间约为10 min，混合均匀后关闭。

(5) 当风扇停止转动时，记录初始浓度样品。

(6) 打开待检测的空气净化器，每10 min采样一次，连续采样1 h。

(7) 在不打开空气净化器的情况下，按照步骤(1)～(6)进行试验，测试自然衰减。

将洁净空气量的测定结果(甲醛甲苯)代入下式中计算甲醛甲苯的洁净空气量：

Q′=60V(Ke-Kn)

(8)

1.2.5有害物质释放量(臭氧)

用臭氧分析仪进行检测分析，试验过程机器开启“最高风速”“紫外”“负离子”档。将待测试的机器放到洁净空间，测定环境本底浓度值，根据标准要求测定各指标的浓度值。

1.2.6除螨测试

(1) 把空气净化器放入测试仓的中央并调节温度在20～24℃，湿度在40%～60%，同时连接好仪器。

(2) 在试验舱内放入用高压粉尘喷发器喷送的100 mg尘螨抗原蛋白粉末，使其达到初始浓度，完成之后打开风扇搅拌均匀。

(3) 打开粉尘采样器，在10 min后收集500 L空气样品后关闭，之后在打开空气净化器，1、2 h之后，打开粉尘采样器，再分别收集500 L空气样品。

(4) 不打开空气净化器，在同样的条件下做空白对照，测试自然衰减。

(5) 待测的采样液分别做好标记，用真空冷冻干燥法将样品浓缩至1 mL。

(6) 双抗体夹心法检验样品中的过敏原尘螨抗原含量。按照ELISA试剂盒说明书测定主要过敏原尘螨抗原的浓度，包被尘螨抗原过敏原的单克隆抗体，4 ℃过夜，5%小牛血清蛋白封闭过夜，加入检测过程采集的样品，37 ℃孵育1 h，洗涤后分别对应加入生物素标记的抗尘螨抗原单抗，37 ℃孵育1 h,再加入辣根过氧化物酶标记的链霉亲和素。四甲基联苯胺底物显色，测吸光度(A450值)。以A450值为纵坐标，以蛋白浓度为横坐标，计算待测标本尘螨抗原主要过敏原相对含量。

将所得的结果代入下式中计算尘螨抗原总衰减率：

(9)

式中：Nt为尘螨抗原总衰减率；C0为对照组试验前空气尘螨抗原含量；Ct为对照组试验后空气尘螨抗原含量。

尘螨抗原去除率的数据代入下式：

(10)

2 结果分析

2.1 总挥发性有机物去除率

所测得的结果如表1所示。

表1 尚蒙空气净化器总挥发性有机物去除率的测定结果

对照组的初始浓度为6.12 g/m3，在作用60 min之后，下降到5.79 g/m3，自然衰退率为5.4%；而试验组的浓度由6.08 g/m3下降到2.36 g/m3，总衰减率为61.2%，去除率为59.0%。由此可见，尚蒙空气净化器对总挥发性有机物去除率作用效果显著。

2.2 噪声测定

噪声测定结果如下：平均声压级58.8 dB(A)，声功率级72.2 dB(A)。

2.3 杀菌率的测定

尚蒙空气净仪器杀菌率测定得结果如表2、3所示。

表2 尚蒙空气净化器杀菌率测定结果

表3 尚蒙空气净化器杀菌率测定结果(黑曲霉)

根据以上分析，可以得出白色葡萄球菌、金黄色葡萄球菌和大肠杆菌试验组的平均菌落数比对照组的平均菌落数下降的明显，白色葡萄球菌的除菌率达到99.98% ，金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的除菌率达到99.99%。

由表3可以得出，黑曲霉试验组的平均菌落数下降率比对照组的下降率高的多，空气净化器的除菌率达到99.97%。

空气净化器对空气自然菌的除菌结果如表4所示。

表4 尚蒙空气净化器对空气自然菌的测定结果

由表4可知，尚蒙空气净化器对空气自然菌的除菌率最低为98.44%，最高为98.59%。由此可以得出，该空气净化器的除菌效果优良，性能稳定。

2.4 洁净空气量的测定

PM2.5测试结果如下：自然衰减常数Kn=0.002 6，总衰减常数Ke=0.191 9，洁净空气Q=340.7 m3/h。

甲醛甲苯的测试结果如表5所示。结果显示，尚蒙空气净化器对甲醛的去除率达到89.5%，洁净空气量为69.7 m3/h，对甲苯的去除率为69.1%，洁净空气量为69.1 m3/h。

表5 尚蒙空气净化器洁净空气净化量(甲醛甲苯)的测定结果

2.5 有害物质释放量(臭氧)

根据有害物质释放量(臭氧)试验测得的结，该净化器的臭氧释放量(出风口5 cm处) <3 μg/m3，小于标准限制要求≤0.10 mg/m3。

2.6 除螨测试

尘螨测试结果所得的结果如表6所示。

表6 尚蒙空气净化器除螨测试结果

在作用1 h的情况下，对照组的自然衰减率为11.99%，空气净化器的去除率为98.14%；作用2 h，对照组的自然衰减率为16.37%，空气净化器的去除率为99.02%。

3 结 语

综上所述，通过对尚蒙空气净化器的总挥发性有机物去除率、杀菌、除螨等指标的测试结果表明，总挥发性有机物去除率、杀菌、除螨的测试结果均比对照组的测试结果下降的明显，噪声和臭氧均满足标准，洁净空气净化量(PM2.5)能够达到340.7 m3/h，对甲醛的去除率达到89.5%，洁净空气量为69.7 m3/h，对甲苯的去除率为69.1%，洁净空气量为69.1 m3/h。