空气净化技术概述

空气净化技术概述近年来,随着我国经济的飞速发展,出现了装修高档的写字楼和豪华的居室,室内环境发生了巨大变化。但现在许多居室的封闭式装修和室内所用的装饰材料造成了室内空气污染。美国环保局的统计表明,室内空气污染程度往往是室外的2～5倍,有时甚至可在100倍以上。常见的室内污染物有:甲醛、苯、氨等挥发性气体污染物、生物污染物以及颗粒物等。室内空气污染首先危害呼吸道,除引起“建筑物综合症”外,还会引起或加剧亚慢、慢性呼吸道疾患,如支气管炎、过敏性肺炎、肺癌及其他器官癌症。因室内装修导致的室内空气污染,致使人们健康受到危害的报道已不鲜见了。最近,许多医学科研人员的研究认为,室内空气中的挥发性有机化合物(VOCs)污染日益严重与当前白血病患者不断增多有密切关系。空气中的细菌微生物是呼吸道传染病的重要致病源,而如果长期吸入细微颗粒物将严重影响人体健康。室内空气污染在国际上已被列为危害人体健康的五大因素之一。室内环境问题关系居民身体健康,已经引起了人们的极大关注。1室内空气污染物类型造成室内空气污染的原因是多方面的,污染物也是多种多样的,目前我国室内空气污染主要有[1～6]:(1)各种燃料燃烧、烹调油烟及吸烟产生的CO、NO2、SO2、甲醛、多环芳烃和细微颗粒物等，室内淋浴和加湿空气产生的卤代烃等化学污染物。(2)建筑、装饰材料、家具和家用化学品释放的甲醛、苯、二甲苯等有害气体。(3)家用电器和某些办公设备导致的电磁辐射等物理污染和臭氧等。(4)室内环境是人们生活和活动的主要场所,人们每天有80/100～90/100的时间是在室内度过的,通常人员数量较多,通过人体呼吸、汗液等排出的氨类化合物、硫化氢、苯和甲苯等污染物，通过咳嗽、打喷嚏等喷出的流感病毒、结核杆菌和链球菌等生物污染物。甲醛和VOCs等（5）由于人体及宠物活动多产生的浮尘、飘尘，建筑物老化产生的粉尘（长时间不住的房间地面、桌面会有很厚的灰尘），宠物的脱毛及粪便、花粉、颗粒物（6）由于空调的广泛使用，使空气中的负离子数量急剧减少至100个/cc以下，远低于自然环境中10000个/cc的标准及人体所需的3000个/cc的基本含量2室内空气净化技术研究进展目前,室内空气的净化技术主要有高效Hepa过滤、吸附、负离子、静电、光催化、和紫外线杀菌、臭氧等空气净化方法。2.1高效Hepa过滤法HEPA是HighEfficiencyParticulateAirFILTER（高效率空气微粒滤芯）的缩写，它是一种国际公认最好的高效滤材，最初HEPA应用于核能研究防护，现在大量应用于精密实验室、医药生产、原子研究和外科手术等需要高洁净度的场所。HEPA由非常细小的有机纤维交织而成，对微粒的捕捉能力较强，孔径微小，吸附容量大，净化效率高，并具备吸水性，针对0.3微米的粒子净化率为99.97%。也就是说：每10000个粒子中，只能有3个粒子能够穿透HEPA过滤膜。因此，它的过滤颗粒物的效果是非常明显的！如果用它过滤香烟，那么过滤的效果几乎可以达到100％，因为香烟中的颗粒物大小介于0.5—2微米之间，无法通过HEPA过滤膜。因为人的肺是由肺泡所组成，如果颗粒物的大小刚好同肺泡之间的缝隙相同，那么它就将占据肺泡的位置，导致肺泡的张合度改变，从而影响肺的功能。目前，介于10-0.01微米之间的颗粒物对人体影响最大。因为它本身很轻，很难受重力的影响而落在地上，因此只能漂浮在空中。最重要的是病菌、病毒、污染物等都会附着在颗粒物表面上，如果被人吸入到肺部，就可能导致呼吸道系统方面的疾病。而且颗粒物中还有很多致癌物质，如：苯并（a）芘就是一种很强的致癌物质。它是由于燃烧而生成的，如：炒菜中的油烟、燃烧的沥青都含有大量的苯并（a）芘。除此之外，还有些金属元素，如：铅、砷等也都附着在颗粒物的表面上。最主要的是，人们无法阻挡这些有害物质进入人体内，只要是呼吸，这些颗粒物就会不知不觉的进入人体。常见的一种职业病---矽肺病，就是由于工人长期在粉尘环境下工作所导致的。2.2吸附法净化吸附法是利用某些有吸附能力的物质如活性炭、Al2O3、硅胶和分子筛等吸附剂吸附空气中有害成分从而达到消除有害污染物的目的。活性炭作为一种吸附材料已有悠久的历史,自20世纪初活性炭实现工业化以来,就被广泛应用于空气净化。但是常规的活性炭有一些自身的缺陷,使其在空气净化中的应用受到限制。近几十年已研制出蜂窝状活性炭、活性炭纤维(ACF)和新型活性炭等。其中,ACF由于其优越的吸附性能,成为近年来深受人们青睐的吸附材料。它能有效除去空气中的挥发性有害气体,同时,对可吸入颗粒物也有很好的去除效果。此外,在活性炭中添加一些物质经化学处理后,原来对活性炭吸附力很弱的气体(如NOx和SO2等)吸附力会增强[6]。ACF对于去除室内空气中低浓度的污染物是非常有效的,它是目前多种净化设备中用于过滤滤芯的一种主要材料。但是,能与活性炭发生反应的VOCs、会发生聚合反应的VOCs和大分子高沸点的有机物等,不宜用该方法。同时,虽然活性炭具有良好的吸附性能。采用最新的技术使纳米材料负载到炭材料的表面和孔隙内部，使炭材料的吸附性能与纳米材料空气催化性能得到有机的结合配方研制而成，对各种装饰材料所释放的甲醛、苯、氨、TVOC等有害气体，具有吸附、净化之功效，无二次污染；而且作用强效、持久。活性炭是经过活化处理的含碳物质，本身不会造成环境污染。活性炭具有了非常发达的树枝状微孔结构：50克装修除味活性炭的微孔内表面积平均在5万平米以上，比7个标准足球场的面积还大。活化后的微孔结构在形成发达的内表面积的同时，也形成了发达的细孔容积，可以捕捉更多的空气中的污染物分子，从而达到净化空气的目的。2.3静电技术静电技术在工业除尘中的应用已有近100年历史,将其应用于小环境的空气净化是一种新型的空气净化方法。它主要是利用高压静电场形成电晕,在电晕区里有自由电子和离子逸出,这些带电粒子就会在运动中不断地碰撞和吸附到尘埃颗粒上。从而使灰尘带上电荷,荷电后的粉尘等微粒在电场力作用下,就会沉积并滑落。使空气中的颗粒物和尘埃等除去,达到使空气洁净的目的。静电技术用于小环境空气净化可在有人的条件下进行持续动态的净化消毒,并具有高效的除尘作用(除尘效率在90/100以上)以及能同时除菌等特点。因为空气中的细菌大多附着在尘埃颗粒上,空气中的微粒数的减少就标志着细菌等微生物的减少,即能在除尘的同时除菌。但是其除菌的具体效果还有待进一步验证,而且该方法不能有效除去室内空气中的有害气体如VOCs[8]。同时该技术的使用会有适量臭氧的产生,而臭氧对人体是有害的，故该技术的重点应包含如何有效控制臭氧的释放量，缺点是指适用于小空间净化。2.4负离子技术利用一定浓度的空气负离子来净化空气及消毒,是因为负离子极易与空气中微小污染颗粒相吸附,成为带电的大离子,沉落在地面等的表面,从而使空气得到净化。负离子能使细菌蛋白质表层的电性两级颠倒,促使细菌死亡,达到消毒与灭菌的目的。高压电场会产生大量的负离子,负离子会随着气流扩散到空气中,从而使人们在清洁的空气中感受负离子新鲜空气。研究表明,在实验条件下,负离子的除菌效果超过浓度为3/100过氧乙酸的杀菌效果。蒋耀庭等[11]报道,在室内用人工负离子作用2h,室内空气中的悬浮微粒、细菌总数和甲醛等的浓度都有明显的降低。该技术能较为有效地除去空气中的细菌及尘埃,但是却使尘埃易吸附在墙纸和玻璃等处,不能清除出室内,而对于气体污染物,如VOCs的去除有待进一步研究。同时由于通常使用的离子发生器往往也伴有臭氧的产生，故该技术的重点是如何有效解决如何产生高浓度负离子并有效控制臭氧的产生量。空气负离子知识一、空气离子化空气离子化指大气中空气分子或原子形成带电荷的正、负离子的过程。㈠空气负离子的发生空气中气体分子或原子在某些外界因素作用下，其外层电子逸出，从而使空气分子或原子形成带正电的阳离子既空气正离子；一部分逸出的电子与中性分子结合成阴离子即空气负离子，故大气中空气离子实际是带正电或带负电的大气分子所组成的。空气离子的形成是正、负离子成对出现的。产生空气离子化的原因有天然因素和人为因素。大气的最高层，由于强烈的太阳紫外线和宇宙射线作用而形成使空气具有带电状态的电离层，在接近地面的大气对流层，因太阳紫外线能量削弱，除紫外线作用还有一定强度的宇宙线以及地壳表面和大气中的放射性元素作用，使这层空气产生较弱的离子化。大气中的中子流、闪电、流电，某些自然现象如瀑布、喷泉、大雨撞击、海岸浪花等也可以使空气发生电离作用。根据上述原理，可以用人工电离法来产生空气离子，如人工紫外线、放射性同位素、人工闪电、火焰燃烧、水滴喷溅[喷向电效应或勒纳德（lenard）效应]，工农业生产中的机械转动、化学反应、电弧放电以及高压、超高压静电、高频或低频电磁波、微波、激光等新技术的应用，均可使空气发生离子化。㈡空气负离子的浓度在一定地区离子浓度可基本达到动态平衡，并随季节、气候、环境、地区的不同而变化，同时还会受到工业布局、大气污染的影响，并于绿化程度有关，树梢的尖端效应和树木产生的烯类物质，花卉开放产生的芳香类物质可使负离子浓度增加，海滨地区空气清洁，负离子浓度高，阴雨天凝聚核增多负离子下降。有调查表明室外空气中负离子浓度在市区为300~400个/cm3，郊区为500~600个/cm3，，海滨地区为71000个/cm3，不同空气状况中空气负离子的浓度不同。美国建议居室中负离子浓度不低于1000个/cm3de；日本根据人在一昼夜应吸入1—3个空气离子生物学单位（一个空气离子生物学单位所含负离子数为8×109个），提出应保持环境中空气负离子数在1000—3000个/cm3。正常情况下，空气离子浓度约100~2000个/cm3，正离子较负离子多，某些密死循环境（如空调间）可使正离子浓度明显增高，现代建筑中的某些材料有减少空气负离子的作用，使空气离子的自然状况发生变化。二、空气负离子的多种效应㈠空气负离子生物效应大量研究表明：低浓度的空气负离子生物学作用不明显；高浓度（大于104个/cm3）的空气负离子，有明显的生物效应。负离子对健康呈良好作用可归纳如下几方面。1、神经系统空气离子可提高脑啡呔水平，增强其作用功能，从而调节中枢神经的兴奋---抑制过程，改善大脑皮质功能，缩短感觉时值和运动时值，对精神起镇静作用并可消除疲劳。人吸入3×105个/cm3负离子后，脑电图ɑ波由原来的10—11HZ减为8—9HZ，幅度增加20%，动物吸入105—106个/cm3负离子后，情绪稳定，出现最大运动反应并促进条件反射形成，对Y迷路辨别能力，爬竿逃避反射有明显促进作用，对记忆能力和学习能力有明显促进作用,但同样浓度正离子则对记忆能力和学习能力有不良影响.2、心血管和血液系统吸入2000~3000个/cm3空气离子，可以使心电图Q—T间期延长。负离子可使心率减慢，使高血压患者的血压趋于正常，对接触噪声作业工人有预防血压升高作用，正离子则可以引起血压升高。空气离子能刺激造血功能，促进红细胞、血红蛋白合成，并改善心脏泵功能，从而提高血液输氧功能。3、呼吸系统肺是空气离子主要作用部分，空气离子可促进肺内皮细胞清除5—HT使之转变为5—HIAA。负离子可使动物上呼吸道纤毛运动增强，使腺体分泌增加，提高平滑肌张力，改善肺通气功能，降低呼吸道对创伤的易感性。但吸入正离子可出现鼻咽粘膜干噪、烧灼感、肺呼吸量下降，使气管粘膜后壁收缩并抑制其正常蠕动。4、内分泌系统空气离子具有类激素样作用，正离子将应与糖皮质激素相似而负离子则与盐皮质激素相似。过量正离子引起尿中17—酮固醛排泄增加，负离子则使其排出减少。5、免疫系统空气负离子能提高机体细胞免疫和体液免疫功能，增强巨噬细胞吞噬率，增加血液中Y—球蛋白含量，提高试管内淋巴细胞存活率。临床应用可见呼吸系统疾病患者经负离子治疗后IgA、IgM和补体增加。对创伤动物负离子可促进其上皮增生、创口愈合。6、其它空气离子能促进细胞生物氧化过程，增强呼吸链中触酶作用，提高基础代谢率，促进成长发育。在负离子影响下，受试