家用空氣凈化器凈化技術(shù)的探討

 1 空氣凈化器過濾原理簡介
空氣凈化器是指能夠吸附、分解或轉(zhuǎn)化各種空氣污染物，有效提高空氣清潔度的設(shè)備，目前以清除室內(nèi)空氣污染的家用和商用空氣凈化器為主?？諝馕廴驹斐傻娜祟惿硇慕】祮栴}日趨嚴(yán)重，室內(nèi)空氣污染中的裝修污染已成為居民生活的重要污染源，大量使用美化裝飾材料所釋放的揮發(fā)性氣體、甲醛、二甲苯等，同時混合其他細(xì)菌病毒，嚴(yán)重危害居者的健康?，F(xiàn)在，具有去除室內(nèi)空氣污染物功能的空氣凈化器成為人們家用電器的新成員。
根據(jù)過濾原理——過濾材料利用分子運(yùn)動規(guī)則進(jìn)行有效的過濾作用，共有三類（見圖1）：①慣性碰撞吸附是指在氣流運(yùn)動方向變化后，顆粒由于慣性作用做直線運(yùn)動而碰撞到濾材上而產(chǎn)生的吸附。②擴(kuò)散吸附是指在由于布朗運(yùn)動，顆粒從氣流中擴(kuò)散到纖維表面，在靜電作用下吸附到纖維上。擴(kuò)散吸附只在氣體過濾時能起重要作用。③直接吸附是指當(dāng)顆粒直徑大于過濾介質(zhì)的通道孔徑時，不能通過而被攔截。直接吸附作用是表示孔徑分布的最基本的一個特征，孔徑越小，直接吸附的效率越高，去除顆粒的效率越高。
2 空氣凈化技術(shù)
圖2是常見的空氣過濾器基本結(jié)構(gòu)分解示意圖，其由機(jī)箱外殼、進(jìn)風(fēng)口及通道、濾網(wǎng)組件（初效過濾層、高效HEPA組件過濾層、活性炭吸附層）、風(fēng)機(jī)、出風(fēng)口及通道組成，其核心為濾網(wǎng)組件即空氣過濾芯（器），起到過濾凈化空氣的作用。根據(jù)其基本結(jié)構(gòu)，可知其影響空氣過濾器性能的因素主要有：濾料性能、被過濾氣流性質(zhì)、氣流速度和過濾器結(jié)構(gòu)。
在如圖3所示的空氣凈化過程中，進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入的有毒有害氣體，首先進(jìn)行第一層預(yù)過濾（即初過濾階段），該階段的濾材一般為海綿濾網(wǎng)、PP尼龍過濾網(wǎng)，抗菌過濾棉，亦有海綿與活性炭的復(fù)合型材料等，見圖4，圖5，圖6，譬如，其中的PP尼龍過濾網(wǎng)，材料為尼龍網(wǎng)，濾材以PP纖維紡織成型制成一體，外框?yàn)殇X合金，或者用鍍鋅框，用鐵絲支撐。尼龍網(wǎng)則用襯框繃緊后裝入框，尼龍網(wǎng)的層數(shù)可根據(jù)用戶的要求而定。其特性是除塵效果好，耐酸堿性，耐腐蝕性佳，阻力小，重量輕，能防潮，壽命長等優(yōu)點(diǎn)，預(yù)過濾網(wǎng)能夠清除大顆?；覊m懸浮物，花粉、大顆粒霉菌，寵物毛發(fā)等?？咕^濾棉能夠去除灰塵、霉菌細(xì)菌等微生物，若是復(fù)合材料，例如含活性炭，則已經(jīng)開始初步去除異味，甲醛等有害氣體了。
其次，進(jìn)入第二層（高效過濾層），其為HEPA組件（High efficiency particulate air Filter），空氣過濾凈化以纖維濾料為主，其原理是空氣經(jīng)過纖維材料制成的空氣過濾器時，空氣中的顆粒物被纖維濾材截留，即如圖1所示的過濾原理，使顆粒物與空氣實(shí)現(xiàn)分離，從而完成空氣的進(jìn)一步凈化過濾。根據(jù)我國的分類標(biāo)準(zhǔn)GB12218-89，GB/T14295-93，GB13554-92，可將空氣過濾等級大致分為三級：初級過濾（粒子粒徑≥5um）、中級過濾（1um≤粒子粒徑<5um）、高效過濾（粒子粒徑≤0.5um），高效過濾層主要用于捕集0.5um以下的顆?；覊m及各種懸浮物，濾材為超細(xì)玻璃纖維紙等，此層的HEPA組件其優(yōu)點(diǎn)是空氣可以通過，但空氣中的很細(xì)小的微粒無法通過，對直徑只有0.3um（人體頭發(fā)直徑的1/200）以上的微粒過濾效率達(dá)到99.7%以上，是細(xì)菌、極細(xì)灰塵顆粒，煙霧等污染物的有效過濾媒介。
上述的玻璃纖維紙作為高效過濾媒質(zhì)，不論其粒徑大小，其過濾特點(diǎn)是捕捉固體顆粒，所以，該凈化技術(shù)為固體污染物凈化，而對于活性炭這種特殊的材料，活性炭吸附技術(shù)是空氣凈化中的氣態(tài)污染物凈化技術(shù)，活性炭是利用木炭、竹炭等作為原料，通過物理化學(xué)方法對原料進(jìn)行加工處理而成的一種性能優(yōu)良的吸附劑，其表面積越大，吸附能力就越強(qiáng)。
最后，殺菌棉以及活性炭過濾網(wǎng)，能夠再次有效殺菌、除臭、除異味，對預(yù)過濾層的空氣中遺漏的微生物、病毒菌等進(jìn)行再過濾，最終輸出優(yōu)質(zhì)空氣，供室內(nèi)居者呼吸使用。
3 空氣過濾器性能檢測方法
由圖3的空氣凈化過程示意圖可知，空氣凈化器能夠?qū)崿F(xiàn)高效凈化功能的關(guān)鍵部件是高效空氣過濾器（HEPA過濾器），換言之，空氣過濾器性能的好壞直接影響著空氣凈化器凈化功能的優(yōu)劣。目前高效空氣過濾器過濾效率檢測方法有：D.O.P法、油霧法、最易穿透粒徑法MPPS等。
3.1 D.O.P法 DOP法檢測過濾器過濾效率時，需要人工制造所需塵源粒徑（0.3um），采用一種名為鄰苯二甲酸二辛酯（DOP-DiOctyl-Phthalate），其為無色透明液體，將該液體在嚴(yán)格控制的條件下加熱汽化，再用冷空氣與之混合，使之凝結(jié)產(chǎn)生與灰塵粒徑大小相同的液滴（0.3um），用于實(shí)驗(yàn)檢測用氣溶膠，是目前國際上較普遍的一種檢測方法。見圖7所示。
計(jì)算過濾效率的原理性公式如下：
Feff=■（1）
其中，上游濃度C■減去下游濃度C■的差值與上游原濃度C■比值的百分率就是過濾效率Feff。
3.2 油霧法 作為一種檢測手段，油霧法檢測空氣過濾器性能，同樣也需要測試時的塵源，以此保證塵源的粒徑大小，在此基礎(chǔ)上，并在規(guī)定的檢測條件下，將經(jīng)過充分混合均勻的油霧氣溶膠通過被測過濾器，測量過濾器前后的油霧濃度，由此來計(jì)算油霧過濾率和透過率。
3.3 MMPPS法 最易穿透粒徑法（The Most Penetrating Particle Size）MPPS，其基本原理是用特制的噴嘴將D.O.P、DEHS等液體彎壓噴霧，形成0.01-1um的多分散氣溶膠，作為實(shí)驗(yàn)用塵源，利用激光粒子計(jì)數(shù)器或凝聚核計(jì)數(shù)器測量過濾器上下游的粒子濃度，從而決定其效率。
4 空氣凈化技術(shù)發(fā)展趨勢
隨著全球工業(yè)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人類在實(shí)現(xiàn)高度發(fā)達(dá)的物質(zhì)文明的同時，自身卻處在重重矛盾之中，環(huán)境問題日趨嚴(yán)重，其中，空氣污染肆虐，如工業(yè)廢氣，汽車尾氣，燃煤產(chǎn)生的粉塵，室內(nèi)新型裝修材料的使用，因缺乏監(jiān)管及環(huán)保檢測，在貪圖美觀的背后，是這些化學(xué)材料的濫用，室內(nèi)環(huán)境污染問題日益突出，人們已經(jīng)進(jìn)入室內(nèi)空氣污染時期，但與此同時，人類自身健康意識也在增強(qiáng)，如何使家居環(huán)境改善，能夠呼吸潔凈空氣，健康生活，是世界各國面臨的共同問題。
采用空氣凈化技術(shù)制造的各種空氣凈化器，如雨后春筍般產(chǎn)生。早期的空氣凈化器功能單一，結(jié)構(gòu)簡單，難以滿足需求，目前設(shè)計(jì)的空氣凈化器，其發(fā)展趨勢是技術(shù)復(fù)合型，集各種功能于一身，且在原有凈化技術(shù)的基礎(chǔ)上，開發(fā)研制新型濾材，如光觸媒，其主要成分是TiO2，具有消毒功能，對各種常見的致病菌有較好的殺菌作用。所以，各種空氣凈化技術(shù)融合在一起是今后的發(fā)展方向。
5 結(jié)語
為了給人們提供清潔和安全的室內(nèi)空氣，空氣凈化器行業(yè)的技術(shù)人員正在進(jìn)行各種研究開發(fā)、創(chuàng)新設(shè)計(jì)，以此滿足用戶的需求，該市場前景廣闊，開發(fā)潛力巨大，隨著時間的推移，今后的空氣凈化器技術(shù)將更加完善，并有新的突破。