空气净化过滤器的净化原理

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2017-11-23 环球过滤分离技术网

    导读:空气净化就是指对室内空气污染进行整治。可以提高室内空气质量，改善居住、办公条件，增进身心健康。具有功能全面、外观时尚的产品优势。

空气净化标准
1、《室内空气质量标准》 　　
2、《民用建室内环境污染控制规范》 　　
3、《室内装饰装修材料有害物质限量》 　　
4、《车内空气污染物浓度限值及其测量方法》 　　
5、《国家环保友好汽车实施方案》 　　
6、《公共场所集中空调通风系统卫生管理办法》 　　
7、《家用和类似用途电器的抗菌、除菌、净化功能》

污染物来源及危害
1、氧气和二氧化氮对呼吸道有损伤。CO除引起急性中毒外，其慢性影响为损伤心肌和中枢神经。颗粒物中含有大量的多环芳烃(PAH)，其中有很多是致癌原。例如,3,4-苯并 [a]芘的某些代谢中间产物的致癌性就很强。从1775年P.波特发现英国扫烟囱工人易患阴囊癌开始，人们逐渐认识到煤焦油中有致癌物。80年代对云南省宣威县肺癌高发原因的研究，证明了当地燃煤的烟气中，含有大量致癌的PAH。另一项流行学调查发现，北方非肺癌高发地区的农民肺癌原因之一是冬季家中燃烧蜂窝煤而不安装烟囱。液化石油气燃烧颗粒物的二氯甲烷提取物中，含有硝基多环芳烃，这是一种强致突变物。

　　
2、一些地区的煤中含有较多的氟、砷等无机污染物，燃烧时能污染室内空气和食物，吸入或食入后，能引起氟中毒或砷中毒。

　　
3、调。烹调产生的油烟不仅有碍一般卫生，更重要的是其中含有致突变物。 　　
4、内不清洁，致敏性生物滋生。主要的室内致敏生物是真菌和尘螨。主要来自家禽、尘土等。真菌的滋生能力很强，只要略有水分和有机物，即能生长。例如玻璃表面、家用电器内部、墙缝里、木板上、甚至喷气式飞机的高级汽油筒的塞子上也能生长。尘螨喜潮湿温暖，主要生长在尘埃、床垫、枕头、沙发椅、衣服、食物等处。无论是活螨还是死螨，甚至其蜕皮或排泄物，都具有抗原性，能引起哮喘或荨麻疹。 　

　
5、人传播病原体。患有呼吸道传染病的病人，通过呼出气、喷嚏、咳嗽、痰和鼻涕等，可将病原体传播给他人。

　　
6、室内使用的复印机、静电除尘器等仪器设备产生臭氧(O3)。O3是一种强氧化剂，少量臭氧可以消毒杀菌并能除去室内异味，但过量的臭氧对呼吸道有刺激作用，尤其能损伤肺泡。据美国加州空气资源管理局(California Air Resource Board)规定，室内臭氧浓度不得≥0.05ppm,否则会对人体造成伤害。
　　
7、室内缺少负离子。家用电器产生的电磁辐射就是正离子对人体的伤害。如果辐射强度很大，会使人头晕、嗜唾、无力、记忆力衰退。因此为了健康应及时补充室内空气负离子。减少辐射带来的危害。

　　
8、室内的尘埃、燃烧颗粒物、飞沫等污染物，与室内的空气轻离子结合，形成重离子。前者在污浊空气中仅能存留1分钟，而后者则能存留1小时，这样就加强了重正离子的不良影响：头痛、心烦、疲劳、血压升高、精神萎靡、注意力衰退、工作能力降低、失眠等。 　　

9、内物品中有害因子的直接散发 室内有很多物体和用品，其本身即含有各种有害因子，一旦暴露于空气中，就会散发出来造成危害。

主要来自以下几方面： 　　
10、材料。某些水泥、砖、石灰等建筑材料的原材料中，本身就含有放射性镭。待建筑物落成后，镭的衰变物氡(222Rn)及其子体就会释放到室内空气中，进入人体呼吸道，是肺癌的病因之一。室外空气中氡含量约为10Bq/m3以下，室内严重污染时可超过数十倍。美国由氡及其子体引起的肺癌超额死亡人数为1～2万。

11、脲—甲醛泡沫绝热材料(UFFI)的房屋，可释放出大量甲醛，有时可高达10mg/m3以上。甲醛具有明显的刺激作用，对眼、喉、气管的刺激很大；在体内能形成变态原，引起支气管哮喘和皮肤的变态反应；能损伤肝脏，尤其是有肝炎既往史的人，住进UFFI活动房屋以后，容易复发肝炎。长期吸入低浓度甲醛，能引起头痛、头晕、恶心、呼吸困难、肺功能下降、神经衰弱，免疫功能也受影响。动物试验能诱发出鼻咽癌。尚未见到人体致癌的流行学证据。 　　

12、建筑材料中含有石棉，可散发出石棉纤维。石棉能致肺癌，及胸、腹膜间皮瘤。 　　

13、装饰用品和装潢摆设。常用的有地板革、地板砖、化纤地毯、塑料壁纸、绝热材料、脲—甲醛树脂粘合剂以及用该粘合剂粘制成的纤维板、胶合板等做成的家具等等都能释放多种挥发性有机化合物，主要是甲醛。中国沈阳市某新建高级宾馆内，甲醛浓度最高达1.11mg/m3,普通居室内新装饰后可达0.17mg/m3左右，以后渐减。此外，有些产品还能释放出苯、甲苯、二甲苯、CS2、三氯甲烷、三氯乙烯、氯苯等不下百余种挥发性有机物。其中有的能损伤肝脏、肾脏、骨髓、血液、呼吸系统、神经系统、免疫系统等，有的甚至能致敏、致癌。 　　

14、生活和办公用品。例如化妆品、洗涤剂、清洁剂、消毒剂、杀虫剂、纺织品、油墨、油漆、染料、涂料等都会散发出甲醛和其他种类的挥发性有机化合物、表面活性剂等。这些都能通过呼吸道和皮肤影响人体。

空气净化注意事项

       由于室内空气污染并不是一时能够解决的问题，特别是针对于那些已经使用不合理材料装修过房子的人，重装修是不切实际的，在这种情况下只有对日常生活中的一些细节加以留意来尽量减少和避免室内空气的污染：

　　1)通风换气是最经济的方法，不管住宅里是否有人，应尽可能地多通风，一方面它有利于室内污染的排放，另一方面可以便装修材料中的有毒气体尽早的释放出来；

         2)保持室内环境一定的湿度和温度，湿度和温度过高，大多数污染物就从装修材料中散发的快，这在室内有人时不利，同时湿度过高有利于细菌等微生物的繁殖。但是在住宅内无人时，比如外出旅游时就可以采取一些措搞提高湿度：

　　3)在使用杀虫剂、熏香剂和除臭剂时要适量，这些物质对室内害虫和异味有一定的处理作用，但同时它们也会对人体产生一些危害。特别是在使用湿式时，产生的喷雾状颗粒可以吸附大量的有害物质进入体内，其危害比用干式的严重的多；

　　4)尽量避免在室内吸烟，它不仅危害自身，而且对周围人群产生更大的危害。

　　5)在经济条件允许的情况下，最好还是在室内安装空气置换通风净化处理系统，因为该系统功能齐全、效果好，该设备将室外新鲜空气经过多次过滤、净化、增湿、热交换、光触媒杀菌、负离子增氧等处理和后送进室内，同时又将室内污浊的有害气体经过净化处理后排除室外，是对传统空调通风及排风通风方式的创新，从而达到高效节能，双向环保。

净化方式优劣比较

　　臭氧空气消毒器-臭氧的作用原理

        臭氧的分子是由三个氧原子组成的。臭氧的化学性质极不稳定，总想分解。O3如果遇到空气中的污染物时,O3中的O立即“冲向”污染颗粒物后引起“爆炸”，从而消灭空气中的污染颗粒物。O3与污染颗粒“同归于尽”后，即变为CO2和H2O,而O3本身还原为O2。臭氧是一种高效的消毒剂。高浓度的臭氧化对人体具有危害，因此，臭氧空气消毒器不能在有人的状态下使用。

　　光触媒空气净化器-光触媒的作用原理
　　光触媒空气净化器是近年来国内外比较流行的一种空气净化器。光触媒实际上是属于半导体的一种。半导体(Semiconductor)是指其导电率介于导体和绝缘体之间的材料，如TiO2、ZnO和Fe2O3。因为这些半导体在光线的照射下，表现出强大的氧化能力，因此称为光触媒。在空气净化方面常用的光触媒是TiO2。在光触媒空气净化器里一般都安装了紫外线灯管，其目地是利用紫外线的照射来激发光触媒。当紫外线照射（或太阳光）光触媒时，光触媒释放带负电荷的电子而光触本身则变为带正电荷的空穴(hole)，电子和空穴呆产生强氧化剂（自由基）。空气中的有害物质接触到光触媒时被分解。

　　[什么是自由基(Free radical)？物质是由分子组成的，分子又由原子构成；原子是由带正电荷的原子核和带负电荷的电子组成的。带正电荷的质子和不带电荷的中子组成原子核。正常情况下，因为质子的正电荷与电子负电荷的总量相等，所以表现出中性。在外界能量的作用下，如果分子或原子失去原有的电子，就成为正离子；而得到额外的电子时，则成为负离子。自由基(Free radical)是指带有一个或多个不配对（奇数）电子的原子、分子、离子等。负离子也可以带电子，但不能称为自由基，因为负离子所带的额外电子都是配对的（偶数）。例如：H2O=H++OH-在这个反应式中H的全部电子都转移到OH-上成为负离子，而H+的电子数为零（偶数），成为正离子。重要的是OH-中额外的电子与O原子中外层的电子配对，电子数为10个（偶数），因此是负离子。]

　　自由基只能在很短时间内单独存在。自由基因为带有不配对的电子，总在寻找电子来配对。为了“抢劫”电子，自由基攻击周围稳定的分子时，分子的配对电子被自由基抢去，本身又变为新的自由基。新的自由基又攻击其它分子，这样引起氧化-还原连锁反应，最终导致物质的破坏。目前，光触媒的主要用途是去除空气中的挥发性有机气体(Voltatile Organic Compounds,VOC's)。

　　紫外线空气消毒器主要部件-紫外线灯管
　　紫外线空气消毒器的核心部件是紫外线灯管(Germicidal Ultroviolet lamp,UV lamp)。人类使用紫外线已经有大约70余年的历史。紫外线是一种波长为100-400nm,介于可见光和X-射线的高能量的电磁波。紫外线根据其波长可分为三种：A波段紫外线（长波紫外线）的波长为315-400nm;B波段紫外线（中波紫外线）的波长为280-315nm；C波段紫外线（短波紫外线）的波长为100-280nm。杀菌作用最强的紫外线的波长是254nm,也就是C波段紫外线，因为微生物吸收最多的就是这个波段的紫外线。当微生物吸收C波段紫外线后，在微生物细胞内引起光化学反应，细胞核中的DNA（去氧核糖核酸）将遭到破坏，使细胞立即死亡或丧失繁殖能力（病毒被灭活）。

　　在医疗行业里，目前普遍使用紫外线灯来消毒室内空气。但紫外线灯的缺点是不能直接照射人体否则会导致人体的损害（如引起皮疹或眼结膜炎）。因此，使用紫外线灯来消毒室内空气时，必须在无人状态下使用。

　　紫外线空气消毒器(UV air sterilzier)在国外也常见，其基本结构是把紫外线灯管放置在密闭的容器里，利用风机把室内空气强制性地引进并与紫外线接触达到杀菌的作用。单纯紫外线空气消毒器只能杀灭空气中的微生物但不能清除空气中污染颗粒物。因此，单纯的紫外线空气消毒器并不属于空气净化器的范畴。

　　HEPA空气净化器的主要部件-高效过滤器(HEPA)
　　HEPA是High Effieiency Particulate Air Filter的缩写。美国于1942年成立了专门的过滤器开发组，开发出木纤维，石棉、棉花的混合材料，其过滤效率达到了99.96%，即为现在的HEPA的雏形。随后又开发了玻璃纤维混合滤纸并且在原子技术方面得到了应用，最终确定该材料针对0.3µm粒子(DOP测定法,DOP的两组分相接触时就生成了0.3µm的尘源）具有99.97%以上的捕集效率，并命名为HEPA过滤器。当时制做滤料的材料是纤维素，但该材料存在耐火性和吸湿性差的问题；其间也曾用石棉作为过滤材料，但石棉会产生致癌性物质，所以现在的高效滤器的滤料则以玻璃纤维为主流。

　　[ULPA(Ultra Low Penetration Air Filter,ULPA)：随着超规模集成电路的发展，人们又开发出了针对0.1µm粒子（尘源仍是DOP)的超高效过滤器，其过滤效率达到了99.99995%以上，命名为ULPA过滤器。ULPA与HEPA相比，滤料结构更紧凑、过滤效率更高。ULPA暂时主要用于电子行业，在制药和医疗部门尚未见到应用的报告。]

　　HEPA过滤式空气净化器是国外最常见的空气净化器之一。不过，目前在中国HEPA过滤式空气净化器并不受用户的欢迎。原因之一是，中国空气净化器行业起步较晚，用户只重视空气净化器对空气的除菌（消毒）效果，尚不关心对空气的净化效果。另外，中国尘土比较严重,HEPA的使用寿命可能相对缩短，也就意味着HEPA过滤器需要经常更换。

　　

        静电吸附式空气净化器的核心部件是静电吸附装置（亦称高压静电场）
　　静电吸附装置是由放电丝和负极板组成的。在高压发生器的作用下静电吸附装置可产生4KV-8KV的直流高压电压并在静电吸附装置内部形成很强的静电场。当室内空气通过静电吸附装置时，空气中的颗粒物（包括微生物）被迫带上正电荷后被吸附到负板上。试验报到，静电吸附装置能够捕捉直径为0.01µm的颗粒物。静电吸附式空气净化器是国内最常见的空气净化器之一。

　　国内外常用的静电吸附装置主要有两类，即两段式静电吸附装置(Two Stage Precipitator) 和蜂窝状静电吸附装置(Beehived Electrostatic Dust Collector)。

　　两段式静电吸附装置是国际上最常用的优秀的静电吸附装置，其优点是不仅提高了除菌和集尘效率而且容易清洗。目前，两段式静电吸附装置深受国内空气净化器生产企业的青睐。

　　静电吸附装置实际上是空气过滤器(Electrical filter)的一种。静电吸附装置的优点(Pros)是⑴阻力相对小⑵清洗后可反复使用⑶可以永远保持净化效果静电吸附装置的缺点(Cons)是⑴必须要定期清洗，否则其集尘效率将明显下降。