空气净化技术调研.docx

空气净化技术空气净化技术是指从空气中分离和去除一种或多种污染物的技术应用空气 净化技术，一方面可以有效地改善室内空气质量，创造健康舒适的室内环境；另 一方面也是节约建筑能耗的有效途径，采用增加新风量来改善室内空气质量，需 要将室外进来的空气加热或冷却至室温，因而需要耗费大量能源，而应用空气净 化技术来改善室内空气质量则可以避免因此而带来的能源消耗，降低建筑能耗 按空气净化技术原理可分为过滤法、吸附法、离子化法、静电法和光触媒法、等 几类其中，过滤法和吸附法需要风机将空气抽入机器，通过内置滤网过滤空气， 从而达到过滤粉尘、异味、有毒气体和杀灭部分细菌的功能，称为被动式净化技 术，而离子化法、静电法和光触媒的为主动净化技术下面主要介绍当前主流的 一些室内空气净化技术1. 纤维过滤技术1.1 原理纤维过滤除尘是表面过滤和深层过滤的组合， 其基本机理可以 分为拦截效应、惯性效应、扩散效应、重力效应、静电效应等，如下图：微粒轨迹流线微粒轨微粒轨微粒 微粒轨迹丿寥流线C扩散效应d静电敢应a拦截效应b惯性效应这些机理都是以单根的圆柱状纤维过滤材质为基础，并假设颗粒物碰上纤维 就被纤维以范德华力捕获1.2 影响因素在一个滤器中，纤维对微粒的捕捉是多种机理作用的结果，不同的纤维、不 同的微粒，其主导机理有所不同。

当微粒的直径比较大时，拦截效应及惯性效 应占主导作用，同时重力效应也起较大的作用；当微粒的直径VO.lym时，扩散 效应占主导作用；如果纤维采用驻极体材料，则静电效应占主导作用；对于直 径约0.3pm的中等大小的微粒，一方面惯性效应比较低，同时扩散也不太强， 因此过滤效率最低过滤效率还与微粒种类、 滤速、 纤维直径、 温度、湿度、气流压力、容 尘量、纤维种类等有关：固态微粒的过滤效率比较高；滤速在某一值时过滤效率 最低，小于和大于这个滤速时过滤效率都增加；纤维直径越小，就越能达到更高 的过滤效率；温度升高使小微粒的扩散过滤效率提高，但使大微粒的重力效应和 惯性效应降低；湿度的增加使静电效应和扩散效应降低；滤器随容尘量的增加产 生搭桥效应，提高过滤效率1.3 滤器材料过滤用的纤维种类比较多，早期使用植物纤维和石棉纤维比较多，但石棉纤 维有致癌作用，已经很少使用随着玻璃纤维的广泛应用，使空气过滤器得到普 及推广 玻璃纤维滤纸由于具有容尘量大、 抗冲击、耐火、过滤效率高等优点 一度占据大部分市场份额随着合成纤维滤纸的发展，合成纤维滤器价格便宜、 可焚烧、加工方便的优点使其市场份额日益扩大合成纤维滤纸按是否带静电可 分为两种，一种是不带电的，另一种是采用驻极体技术将静电固定在纤维上，使 纤维利用静电作用吸附灰尘，从而大大提高净化效率，降低风阻，而目前需要解 决的问题是提高驻极体寿命。

1.4 技术特点过滤除尘具有过滤效率高、价格便宜、使用方便的优点缺点是滤器需要定 期更换、易被水滴糊死、风阻比较大、细菌容易在滤器表面繁殖等针对风阻比 较大的缺点，室内空气净化采用的过滤器通常为无分隔板的折叠结构，因而使滤 纸总面积为滤器迎风面积的几十倍，从而大大降低风阻，但仍然达不到静电除尘 器的低阻力而为了解决滤器表面细菌繁殖的问题，目前市场上出现了具有抗菌 作用的滤器，使穿过滤器的细菌失活需要定期更换是纤维过滤器的一个缺陷 纤维过滤器除了初效滤器能进行水洗外，中效和高效滤器不能进行水洗为此，美国科学家发明了一种PTFE滤膜与传统过滤材料的复合材料，不仅过滤效率高, 阻力小，还能水洗恢复过滤性能2. 吸附技术吸附是利用多孔性固体吸附剂处理气体混合物，使其中所含的一种或数种组 分吸附于固体表面上，从而达到分离的目的为吸附剂的选择性高，它能分开其 他方法难以分开的混合物，有效地清除浓度很低的有害物质，净化效率高，设备 简单，操作方便，所以该法特别适合于室内空气中的挥发性有机化合物、氨>HS> SO、NO 等气体状态污染物的净化2x2.1 吸附原理处于相界面层的分子（或原子、离子），由于两侧体相中分子对它的作用力 不同而处于不均衡的作用力之下，所以将受到一个垂直于界面的合力。

这就使得 界面层分子所具有的能量与体相分子不同，即具有附加的界面能，因而界面层分 子有自发吸引其他分子使其所受作用力均衡并降低自己能量的倾向，其结果将使 界面层中一种或几种组分分子的浓度与体相不同，这就是吸附作用产生的原因2.2 技术特点及应用 吸附技术由于脱除效率高，富集功能强，适用于几乎所有的恶臭有害气体的 处理，因而是脱除有害气体比较常用的方法常用的吸附剂有颗粒活性炭、活性炭纤维、沸石、分子筛、多孔黏土矿石、 活性氧化铝及硅胶等其中又以颗粒活性炭、含高锰酸钾的活性氧化铝及复合活 性炭纤维最常用）其中，活性炭具有吸附和催化性能，它不溶于水和其他溶剂， 具有物理和化学上的稳定性除了高温下同臭氧、氯、重铬酸盐等强氧化反应外， 在实际条件下都极为稳定，所以活性炭的用途最为广泛然而活性炭治理见效慢， 不能在短时间内达到清除污染的目的所以，近些年已研制出各种新型的活性炭， 如蜂窝状活性炭球状活性炭，活性炭纤维（ACF）和新型活性炭等目前，对于活性炭净化空气的研究主要集中在其吸附应用和吸附性能的改进 上其中（ACF）由于吸附容量大、吸附速度快等优越的性能备受人们关注日 本最先将（ACF）用于有机废气处理技术，此后这项研究得到了人们的重视°C.H.Ao 和S.C.Lee对ACF与光催化结合净化室内空气中的VOCs进行了研究，取得了满 意效果。

ACF）具有良好的吸附性能、容易再生再利用、生成的炭粉尘少等优点 缺点：活性炭只能暂时吸附一定的污染物，温度、风速升高到一定程度的时候， 所吸附的污染物就有可能游离出来，再次进入呼吸空间造成二次污染虽然（ACF） 不能从根本上除去污染物，且易造成二次污染，但由于其优点显著，应用日益广 泛，也是当今世界最先进的室内空气净化处理技术之一3. 非平衡态等离子体技术发端于 20 世纪 60 年代的等离子体化学是涉及高能物理、放电物理、放电化 学、反应工程学和高压脉冲技术等领域的一门交叉学科进入80年代后，等离 子体应用于污染治理成为国内外研究热点之一3.1 技术原理 非平衡等离子体技术利用气体放电产生的具有高度反应活性的电子、原子、 分子和自由基与各种有机、无机污染物分子反应，从而使污染物分子分解成为小 分子化合物3.1.1 预荷电集尘 预荷电集尘是利用极不均匀电场，形成电晕放电，产生等离子体，其中包含 的大量电子和正负离子在电场梯度的作用下，与空气中的微粒发生非弹性碰撞， 从而附着在上面，使之成为荷电粒子在外加电场力作用下，荷电粒子向集尘极 迁移，最终沉积在集尘极上3.1.2 催化净化 等离子体催化净化机理包括两个方面：在产生等离子体的过程中，高频放电 产生瞬间高能量，打开某些有害气体分子的化学键，使其分解成单质原子或无害 分子；等离子体中包含大量的高能电子、离子、激发态粒子和具有强氧化性的自 由基，这些活性粒子的平均能量高于气体分子的键能，它们和有害气体分子发生 频繁的碰撞，打开气体分子的化学键，同时还会产生大量的・OH、・HO、・O等自 由基和氧化性极强的O ,它们与有害气体分子发生化学反应生成无害产物。

在化 学反应过程中，添加适3当的催化剂，能使分子化学键松动或削弱，降低气体分子 的活化能从而加速化学反应3.2 非平衡等离子体发生技术 产生非平衡等离子的方法比较多，如电子束照射法、介质阻挡放电法、辉光放电法、射频放电法、微波放电法、沿面放电法和电晕放电法等由于介质阻挡 放电和电晕放电可以在常温常压下进行，所以在净化有机污染物的应用比较多 由于介质阻挡放电具有稳定、均匀、漫散、大空间反应区域等优点更加适合净化 大气气态有机污染物3.3 技术特点 这一技术的最大特点是可以高效、便捷地对各种污染物进行破坏分解，使用的设备简单，便于移动，适合于多种工作环境它不仅可以对气相中的化学、生 物战剂进行破坏，而且可以对液相、固相的化学、放射性废料进行破坏分解；不 仅可以对低浓度的有机污染物进行分解，而且对高浓度的有机污染物也有较好的 分解效果当非平衡等离子体技术与催化技术相结合后，可以更加有效地控制反 应副产物的生成与分布，免除或减少吸附法的后处理过程虽然低温等离子技术可以将大部分有机污染物分解为CO和HO,但是在反 22应不完全的情况下，会产生其它不完全降解产物（如CO）高压电场也不可避免 会产生O和NO,需要通过电路设计进行改进。

同时，低温等离子技术目前还 存在能耗高的缺点，影响其在室内空气净化器上的推广应用4. 光催化氧化技术（光触媒）20 世纪 70 年代，日本的 Fujishima 和 Honda 以 TiO 作为光催化剂的研究 2 工作发表以后，纳米半导体光催化技术的研究得到了极为迅速的发展，尤其是在 环境科学方面的应用研究取得了出乎意料的进展由于 TiO 的化学稳定性高，2 耐光腐蚀，并且具有较深的价带能级，可使一些吸热的化学反应在被光辐射的 TiO 表面得到实现和加速，加之 TiO 对人体无毒，因此尤以 TiO 的光催化研究 最为活跃4.1 光催化原理主要利用光源，激发半导体价带中的电子到导带上，形成高活性e-，同时 在价带中产生空穴h+,在电场的作用下，部分空穴迁移到材料表面上，可以将 OH—、H2O氧化成・OH自由基，・OH自由基的氧化能力非常强，可以氧化大部 分有机污染物和部分无机污染物，并最终氧化成CO和HO因此光催化技术具 22有环保、广谱等优点其基本的光催化反应式如下：TiO..十 hy —> h+ 十叵h++e~ I EHfi fir +OH~b 十OH~ -> HO-+ HO +H +S + O3 -、Oro; + ir -> no.mo. - > ha H2O2 +O[ t OH + OH~ + Q ///l 一砂- Ogu/i十//）' +（戈—+足（7十其它产4期 M"+/7E「一>M4.2 技术特点光催化技术治理空气污染具有以下特点： 广谱性：迄今为止的研究表明光催化对几乎所有的污染物具有治理能力。

经济性：光催化在常温下进行，直接利用空气中的o2作氧化剂，气相光催 化可利用低能量的紫外灯，甚至直接利用太阳光杀菌灭毒：利用紫外光控制微生物的繁殖已在生活中广泛使用但光催化的 杀菌灭毒作用不仅仅是单独的紫外光作用，而是将紫外光和催化结合在一起肢解 微生物的过程，其效果无论从降低微生物数量的效率还是对微生物杀灭的彻底性 从而使其失去繁殖能力等方面都是单独紫外光技术无法比拟的，在杀灭微生物方 面更是与借助阻隔作用减少微生物数量的过滤法不可同日而语的但是，光催化反应受反应仓结构、 光强分布等影响也比较大，反应仓结构 和紫外灯发布主要是要使紫外光均匀分布，提高净化效率和紫外光的利用效率， 目前我国在这方面的研究还不充分 而且不耐高湿、 净化不完全时有副产物产 生5. 臭氧净化技术臭氧净化是一种常用的杀菌净化技术，几乎对所有病菌、病毒、霉菌、真菌、 原虫及卵囊都具有明显的灭菌效果，且灭菌速度快，是氯的 300-600 倍，紫外线 的 3000 倍臭氧由于其强氧化性，被广泛应用于水的消毒、空气的消毒、物体表面的消 毒、消毒水、及环境的除臭除异味等领域随着臭氧技术应用的发展，臭氧技术 的研究及应用在国际上已形成独立的产业，发展前景十分广阔。

臭氧的发生技术主要有：光化学法 电化学法 电晕放电法和高频陶瓷沿面放 电法等由于臭氧的稳定性极差，环境温度越高，臭氧的分解速度越快而在实 际应用中，臭氧浓度只能达到一定的量，才有明显的消毒灭菌作用所以只有快 速、大量地产生臭氧。