近年來(lái)，由于科技的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，工廠、汽車(chē)等工業(yè)排放加劇全國(guó)各地空氣質(zhì)量惡化，惡劣天氣頻發(fā)。人們?yōu)榻档湍芎模�提高建筑物的密閉性，使建筑內(nèi)換氣量減少，室內(nèi)空氣環(huán)境進(jìn)一步惡化。在這種情況下，人們開(kāi)始重視逐漸惡化的空氣污染對(duì)自身健康和日常生活的影響，如何應(yīng)對(duì)和處理這一問(wèn)題是當(dāng)前須著重研究和探索的課題。    

目前室內(nèi)污染物的成分和來(lái)源主要分3類(lèi)。第一類(lèi)污染物是顆粒物，尤其是以PM2.5為首的細(xì)顆粒物，因其直徑極小，甚至可以深入到人體細(xì)支氣管和肺泡中沉積，對(duì)人體呼吸道系統(tǒng)有極大的危害性。顆粒物污染物來(lái)源主要是汽車(chē)排放的尾氣和燃料不完全燃燒產(chǎn)生的煙霧，還包括廚房油煙、香煙煙霧和建筑材料釋放出的污染物等。第二類(lèi)污染物是微生物，主要包括對(duì)人體有害的細(xì)菌、霉菌和病毒等，這類(lèi)空氣污染物主要來(lái)源于居室中潮濕霉變的墻壁、生活垃圾、寵物、室內(nèi)花卉、地毯、空調(diào)濾網(wǎng)等。第三類(lèi)污染物為氣體污染物，主要分為有機(jī)污染物和無(wú)機(jī)污染物，有機(jī)污染物包括以TVOCs為首的各種氣體污染物，包括烷類(lèi)、醛類(lèi)、酯類(lèi)和芳烴類(lèi)等，其來(lái)源主要有建筑材料、清洗劑、蠟制品、地毯、家具、黏合劑和油漆等；無(wú)機(jī)污染物則包括一氧化碳、氮氧化物、氨、臭氧、硫化氫、氡等，其來(lái)源包括建筑施工、廁所下水道、工業(yè)和汽車(chē)尾氣等�，F(xiàn)有的空氣凈化技術(shù)主要針對(duì)顆粒物、微生物以及氣體污染物這三類(lèi)進(jìn)行處理。

    筆者對(duì)近年來(lái)應(yīng)用的單一空氣凈化技術(shù)以及有發(fā)展?jié)摿Φ膮f(xié)同型空氣凈化技術(shù)原理進(jìn)行介紹，并歸納總結(jié)各種空氣凈化技術(shù)的凈化范圍、特點(diǎn)以及發(fā)展方向，最后對(duì)未來(lái)的空氣凈化技術(shù)進(jìn)行展望。

    1單一空氣凈化技術(shù)原理

    1.1纖維過(guò)濾技術(shù)

    纖維過(guò)濾器按照過(guò)濾效率可分為粗效過(guò)濾器、中效過(guò)濾器、高中效過(guò)濾器、亞高效過(guò)濾器和高效過(guò)濾器。粗效過(guò)濾器濾料主要是易于清洗和更換的金屬絲網(wǎng)、粗孔紡布、泡沫塑料等，其過(guò)濾效率基于粒徑5μm的微粒進(jìn)行評(píng)價(jià)；中效過(guò)濾器濾芯形式與粗效類(lèi)似，濾料主要是中細(xì)孔泡沫塑料、復(fù)合無(wú)紡布、玻璃纖維等，其過(guò)濾效率基于粒徑1μm的微粒進(jìn)行評(píng)價(jià)；高中效過(guò)濾器與中效過(guò)濾器類(lèi)似；亞高效過(guò)濾器濾料主要采用玻璃纖維濾紙、棉短纖維濾紙等，其過(guò)濾效率基于粒徑0.5μm的微粒進(jìn)行評(píng)價(jià)；高效過(guò)濾器（HEPA）濾料主要是超細(xì)玻璃纖維紙、合成纖維紙和石棉纖維紙等，其過(guò)濾效率基于粒徑0.3μm的微粒進(jìn)行評(píng)價(jià)。

    污染空氣經(jīng)過(guò)纖維過(guò)濾材料，主要受攔截效應(yīng)、慣性碰撞、擴(kuò)散效應(yīng)、重力效應(yīng)和靜電效應(yīng)這幾種基本機(jī)制綜合作用，對(duì)空氣中的顆粒物以及附著在顆粒物上的細(xì)菌和病毒等微生物過(guò)濾。作用機(jī)制如下：微粒沿流線運(yùn)動(dòng)到纖維表面附近，當(dāng)運(yùn)動(dòng)到纖維表面的距離等于或小于微粒半徑，微粒會(huì)被纖維表面截留，這種作用即攔截效應(yīng)（見(jiàn)圖1）；氣流在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的纖維層穿過(guò)時(shí)，流線激烈拐彎過(guò)程中，微粒因慣性作用脫離流線碰撞到纖維并滯留，即慣性碰撞（見(jiàn)圖2）；對(duì)于直徑較小的微粒，其布朗運(yùn)動(dòng)較為劇烈，這種不規(guī)則運(yùn)動(dòng)使粒子有更大機(jī)會(huì)接觸并沉積到纖維表面，即擴(kuò)散效應(yīng)（見(jiàn)圖3）；0.5μm以上的微粒會(huì)在重力作用下沉積到纖維，即重力效應(yīng)；如果纖維或微粒都帶上電荷，則可以產(chǎn)生吸附作用，將微粒吸附到纖維上，即靜電效應(yīng)。

    1.2活性炭及類(lèi)似材料

    吸附是由于吸附劑和吸附質(zhì)分子間的作用力引起的，這種吸附的作用力一般可分為兩類(lèi)：一類(lèi)是由范德華力引起的分子之間的互相作用力；一類(lèi)是化學(xué)鍵力，包括固體和氣體之間的電子轉(zhuǎn)移。這兩種力同時(shí)存在，主要看哪種作用力為主。物理吸附以范德華分子相互作用力為主，把吸附質(zhì)吸附在吸附劑表面，是可逆過(guò)程。化學(xué)吸附依靠固體表面與吸附氣體分子間的化學(xué)鍵力，是化學(xué)作用的結(jié)果，其作用力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)物理吸附的范德華力，往往是不可逆過(guò)程。

    目前常用的吸附材料主要包括活性炭、活性炭纖維材料以及相關(guān)的衍生材料（如碳納米管、石墨烯等）：

    1）活性炭是最為常見(jiàn)的吸附材料之一，在工業(yè)及日常領(lǐng)域均有極為廣泛的應(yīng)用。制備活性炭的原材料主要可分為植物類(lèi)和礦物類(lèi)：植物類(lèi)包括鋸屑、椰殼、核桃殼等；礦物類(lèi)主要包括各種煤化度的煤，如泥煤、褐煤、煙煤、無(wú)煙煤等。

    2）活性炭纖維材料因其更好的吸附效果和更優(yōu)異的物理特性，逐漸受到重視。與活性炭的結(jié)構(gòu)不同，活性炭纖維含有的大量微孔直接開(kāi)口于纖維表面，吸附質(zhì)到達(dá)吸附位的擴(kuò)散路徑比活性炭短，且具有較大的表面積（1000~3000m2/g），吸附脫附速率快，吸附容量大。圖4中左側(cè)部分為活性炭的微觀結(jié)構(gòu)，右側(cè)為活性炭纖維的微觀結(jié)構(gòu)。

    3）碳納米纖維、碳納米管和石墨烯等材料在空氣凈化應(yīng)用中一般因材料成本等原因，不會(huì)作為吸附濾芯的主材料，而是用于某些特殊應(yīng)用，如氣體傳感器等，例如一種PAN碳納米纖維/ZnO2/SnO2復(fù)合材料，可用作類(lèi)神經(jīng)毒氣DMMP的氣體傳感器；有外國(guó)學(xué)者針對(duì)利用碳納米管制備氣體傳感器以及檢測(cè)微量污染氣體做了相關(guān)論述；國(guó)內(nèi)清華大學(xué)的學(xué)者也對(duì)此類(lèi)碳質(zhì)材料在空氣凈化的應(yīng)用上做了較完善的描述。

    4）類(lèi)似活性炭材料的吸附劑（如活性氧化鋁、硅膠和分子篩等），在工業(yè)上也有較廣泛的應(yīng)用。例如γ型氧化鋁一般用于石油化工的吸附劑、催化劑和催化劑載體，大孔硅膠一般用于催化劑載體、消光劑等，而在空氣凈化領(lǐng)域最常用的仍是以活性炭為主的吸附劑。

    1.3靜電除塵

    靜電除塵技術(shù)原理，是利用高壓電場(chǎng)形成電暈，將污染空氣通過(guò)電暈區(qū)，使污染空氣中的顆粒物帶上電荷，然后在電場(chǎng)力的作用下，被吸附到極性相反的收集區(qū)并沉積，從而達(dá)到對(duì)空氣中顆粒物進(jìn)行凈化的作用。

    常用的靜電除塵器工作原理見(jiàn)圖5。一般污染空氣會(huì)經(jīng)過(guò)預(yù)過(guò)濾器用于清除大顆粒污染物和氣溶膠，然后通過(guò)電離段和集塵段，最終獲得凈化空氣。

    圖5靜電除塵工作原理

    電離段的作用是給顆粒物荷電，荷電過(guò)程依過(guò)程的先后分為電暈放電和荷電2個(gè)階段。在電暈放電區(qū)域，因?yàn)榭諝夥肿訒?huì)自然輻射出電子，電子在電場(chǎng)力作用下，被加速到很高的運(yùn)動(dòng)速度，撞擊到空氣分子上，從而產(chǎn)生正離子和自由電子。這個(gè)過(guò)程在電離區(qū)瞬間完成，且撞擊出的自由電子會(huì)繼續(xù)撞擊空氣分子，在電離絲周?chē)�形成一層電子云或正離子云。

    經(jīng)過(guò)電暈放電，已經(jīng)產(chǎn)生了大量的正離子，顆粒和正離子混合在一起，由于正離子做布朗運(yùn)動(dòng)，會(huì)撞擊到顆粒上，顆粒從而被荷上正電荷，這就是擴(kuò)散荷電。擴(kuò)散荷電無(wú)需電場(chǎng)，也與顆粒的種類(lèi)無(wú)關(guān)。隨著顆粒上正電荷的增加，顆粒會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電場(chǎng)，排斥其他的正離子，從而會(huì)削弱后續(xù)的撞擊。當(dāng)顆粒上的電荷增加到一定程度，沒(méi)有正離子能夠克服排斥力撞擊到顆粒，荷電即告結(jié)束。

溫馨提示：內(nèi)容僅供信息傳播，供參考.

來(lái)源：慧聰新風(fēng)網(wǎng)