搜索
室内空气污染的净化技术1室内空气污染的净化技术1引言对于大多数人来说，一生中的绝大部分时间是在室内度过的，因此，从某种角度上说室内环境比室外更重要，对人们的生活和工作质量以及公众的身体健康影响远超过室外环境。鉴于室内空气污染的危害性及普遍性，有专家认为，继“煤烟型”污染和“汽车尾气污染”之后，人类已经进入以“室内空气污染”为标志的第三污染时期。因此研究其净化技术势在必行。室内污染是指由于室内引入能释放有害物质的污染源或室内环境通风不佳而导致室内空气中有害物质无论是从数量上还是种类上不断增加，并引入人的一系列不适症状的现象。近年来，随着生活水平的提高，大量新型装饰材料、家具以及生活用品不断进入室内，由此造成的室内环境污染也日趋严重。针对日趋严重的室内空气污染，科研人员积极投入室内空气污染的防治以及净化研究工作之中，涌现出了大量的室内空气净化技术及相关产品。2室内空气净化方法2.1吸附净化技术吸附是借助多孔性固体吸附剂表面存在不平衡力的作用，使气态污染物吸附在其表面，从而实现从气流中分离出来的目的。吸附技术分为物理吸附、化学吸附两种。2.1.1物理吸附主要由于吸附剂与吸附质之间的分子间力的作用所引起的吸附为物理吸附。适合挥发性有机化合物、放射性气体氡、尼古丁、焦油等的净化。目前使用较广的是活性炭，它吸附能力强、化学稳定性好、机械强度高，还有硅藻土是重要的非金属矿物材料，具有强吸收性、大比表面积、高空隙率及耐高温的优良性质。2.1.2化学吸附化学吸附技术是在物理吸附材料表面浸泡活性化学物质以及分子筛，在吸附过程中，发生相应的化学反应，以催化分解、中和有害气体。化学吸附的实质是一种发生在固体颗粒表面的化学反应，固体颗粒表面与吸附质之间产生的化学键结合，它反应需要活化能且速度慢。例如，用溴浸渍炭去除乙烯和丙烯，用硫化钠浸渍炭去除甲醛，用高锰酸钾浸渍的活性氧化铝去除乙烯等，皆属于化学吸附。2.2低温等离子净化法低温等离子净化法是在常温常压下利用高压放电来获得非平衡等离子体，大量高能电子的轰击会产生·O和·OH等活性粒子，一系列反应使有机物分子最终降解为CO2、H2O。其催化净化机理包括两个方面:在产生等离子体的过程中，高频放电产生的瞬时高能量破坏某些有害气体的化学键，使其分解成单原子或无害分子;等离子体中包含了大量的高能电子、离子、激发态离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健能，它们和有害分子频繁碰撞，气体分子的化学键破裂生成单原子和固体颗粒，同时产生的·OH、·HO2、·O等自由基和O3与有害气体分子反应生成无害产物。低温等离子体适合于室内空气中挥发性有机化合物的处理。室内空气污染的净化技术22.3催化净化法催化净化法是在催化剂的作用下，将有害气体氧化分解成无害物质的一类方法的总称。以TiO2光催化剂为例，其净化原理是TiO2在受到阳光或荧光灯的紫外线照射后，其内部电子(即空穴对)受激发，产生具有强氧化分解能力的活性氢氧(羟)基原子团。在光、氧、水的作用下可降解几乎所有附着在氧化钛表面的各种有机物，如氢化物、氮氧化物、硫化物、氯化物等。催化净化法分为传统催化法、等离子体催化法和纳米材料光催化法等。室内空气污染物的浓度一般比较低，所以对于传统催化法而言，其运行费用比较高，因而应用范围受到了限制。目前应用得比较好的有等离子体催化技术和纳米材料光催化技术。等离子体催化技术几乎对所有有害气体都有很高的净化效率，但是易产生CO、O3、NOx，需增加进一步氧化和碱吸收的后处理过程，且设备费用昂贵，因此在应用方面也有一定的局限性。纳米光催化技术是最新发展起来的技术，能耗低、操作简单、无二次污染，有很好的发展前景。日本在光催化空气净化机开发方面一直走在科技和市场的前沿。大近公司1998年在它的产品中首先使用了光触媒脱臭技术，脱除臭气和有毒气体。夏普公司采用了类似大近公司的技术，着重考虑了净化器的内部结构，利用多层脱除系统，生物酵素滤净器、磷灰石滤净器、高效含尘气体滤净器和活性炭滤净器、光触媒滤净器，大幅度强化了脱臭和脱除有毒气体的功能。日立公司采取光触媒和活性炭复合工作，利用两层的光触媒滤净，对难处理的NO有较好的除去效果。2.4臭氧消毒法臭氧作为消毒剂对空气中细菌等微生物具有很强的杀灭效果。臭氧杀灭微生物作用机制是破坏肠道病毒的多肽链，使RNA受到损伤，它可与氨基酸残基(色氨酸、蛋氨酸和半胱氨酸)发生反应而直接破坏蛋白质。臭氧可使噬菌体中的RNA被释放出来，电镜观察还可发现噬菌体被断裂成小的碎片。有研究表明，嘌呤和嘧啶经臭氧作用后紫外吸收发生改变。臭氧可与细菌细胞壁脂类双键反应，穿入菌体内部，作用于脂蛋白和脂多糖，改变细胞的通透性，从而导致细胞溶解、死亡。破坏或分解细菌的细胞壁，迅速扩散入细胞内，氧化破坏细胞内的酶，使之失去生存能力。臭氧靠其强氧化性能可快速分解产生臭味及其它气味的物质，如胺、硫化氢、甲硫醇等，臭氧对其氧化分解，生成无毒无气味的小分子物质。邢协淼等人进行了低浓度臭氧净化室内空气中甲醛的实验研究，实验中低浓度臭氧对甲醛的去除率为41.17%，说明了臭氧对甲醛具有净化作用。2.5烟雾消毒和过氧乙酸净化肖慈英等人研究了酚类烟雾剂雾化后在室内空气中的分布规律以及对空气中细菌的杀灭效果。实验结果表明，在30min作用时间内能够有效地杀灭空气中99.92%的金黄色葡萄球菌，在120min作用时间内空气中自然菌的平均杀灭率可达99.66%;同时，烟雾的沉降促使了TSP的沉降，降低了空气中浮尘等颗粒物的浓度，对室内空气环境具有一定的净化作用。过氧乙酸消毒主要是依靠其强大的氧化能力杀灭致病微生物。一方面，过氧乙酸分解产物中的自由羟基可破坏菌体维持生命的重要成分，使蛋白质变性，而丧失生存能力;另一方面过氧乙酸中的氢离子使细胞的通透性改变，影响细菌的吸收、排泄、代谢与生长，或引起菌体表面蛋白质和核酸的水解，使酶类失去活性，而达到杀菌作用。此外还有紫外线消毒法。紫外线是一种低能量的电磁辐射，当菌体吸收紫外线后主要引起原生质的变化，使蛋白质和核酸变性及抑制酶类的合成，导致细胞的变性或死亡，达到消毒灭菌的作用，但同时对人的皮肤及眼睛有损害作用，还可使人产生气短、胸闷、恶心等副作用。室内空气污染的净化技术32.6涂料净化涂料净化主要是指在涂料中添加能与空气中的污染气体发生发应的材料，主要是纳米TiO2和稀土等光催化材料。这些功能涂料能有效地降低环境中污染性气体的浓度，发生的光催化反应能将空气中的氮氧化合物、甲醛、苯、二氧化硫等污染物直接分解成无毒无味的物质，从而达到消除空气污染和净化空气的目的。日本、西欧等国家先后提出了在传统建筑材料中添加纳米光催化材料使其增加光催化空气净化功能的解决方案。2.7膜分离技术近些年来，膜技术作为气体分离的新技术，以其简单、快速、高效和经济节能等优点成为人们研究的热点。20世纪80年代后，膜分离技术在海水淡化、食品工业、生物化工及化学化工等领域的液相分离和VOC的回收中得到了广泛的应用，还用于分离与回收石油化工生产中排放的乙烷蒸气、甲苯、二氯甲烷、氯乙烯等。用于气体分离的膜主要分有机膜和无机膜。有机膜分离技术在其他方法难以回收的有机物的分离方面有了很大的进展；无机膜广泛应用在制取富氧、浓氮、炼气、石油化工及合成氨的回收和酸性气体脱除方面。无机膜分离技术虽然以其化学性质稳定、不被微生物降解、较大的机械强度、容易控制孔径尺寸等优点在室内空气净化方面有着巨大的潜力，但是它的气体分离系数很低，对室内空气中低浓度的VOC去除效果不理想。而有机膜虽然分离系数较高，但是它存在气体分离通透量低、耐热和耐腐蚀性差等缺点。所以如何将这两种膜的优点结合起来将是一个研究热点。2.8室内植物净化植物净化作为一种新型的净化手段受到越来越广泛的关注。研究发现，植物不仅可以用于对土壤和水体中的重金属和有机污染物以及环境中放射性物质等的吸收和去除，也可以净化空气。美国航空航天局的科学家威廉·沃维尔在测试中发现，在24h照明条件下，芦荟可吸收1m3空气中90%的甲醛；常春藤可吸收90%的苯；龙舌兰则可吸收70%的苯、50%的甲醛和20%的三氯乙烯。用植物净化室内空气有很多优点，其不仅成本低，废物量小，不易造成“二次污染”，而且使用方便，还能美化室内居住环境。此外，植物还能给居室带来其它的益处，如植物的蒸腾作用能增加房间内空气的湿度从而减小居室主人患感冒的几率，植物能对人们的心理产生美好的作用等。植物净化室内空气具有广阔的前景，只要经过一定的努力就能把这种绿色净化的理念贯彻到千家万户。但总的看来，目前在绿色植物应用于室内空气净化的研究刚刚起步，还很不成熟。主要问题有以下几方面：①对有关植物净化室内空气能力的研究还不够系统和全面；②没有深入研究植物净化室内空气的机制；③如何解决植物吸收室内空气污染物后的衰退和吸收能力下降等问题；④怎样把植物的观赏性与其净化室内空气的功能性结合起来考虑的问题。相信随着人们对室内环境重要性认识的加强，植物净化室内空气污染的研究将更为系统和深入，绿色植物在净化居室和办公场所环境方面将大有作为。3结束语由于空气的复杂性，传统和新兴的各种净化技术都存在各自的局限性。吸附技术、低温等离子体技术等没有从根本上消灭有害物质，有的还带来二次污染;纳米光催化技术在常温常压的条件下能彻底消除有害气体，但是它不能解决室内空气中的悬浮物及危害很大的细微颗粒物问题。如果将光催化技术和无机膜分离技术相结合，将TiO2负载到无机膜上，不仅可避免光催化因催化剂表面微孔的堵塞引起的失活问题，使室内空气污染的净化技术4光催化技术能更好地发挥其优越的除VOC等有害气体和异味的性能，同时，又弥补了无机膜不能很好地除去有害气体的缺陷，该净化技术还具有节能环保等特点。参考文献[1]王元元，张立志.室内空气净化技术的研究与进展[J].科技综述,2006,36(12):24~28.[2]李辉，孔庆媛等.室内空气净化技术的研究与探讨[J].林业机械与土木设备,2010,38(5):30~33.[3]张前程，张凤宝等.室内空气中有机物的光催化净化[J].环境科学与技术,2003,26(3):56~66.[4]龚圣，黄肖容.室内空气净化技术[J].环境污染治理技术与设备,2004,5(4):55~57.[5]符适，胡平放.民用建筑室内空气污染净化技术的研究进展[J].建材与装饰,2008,4:282~284.[6]丁照兵，李娟等.室内空气净化技术研究综述.微量元素与健康研究,2008,25(2):63~65