室内空气净化技术及其发展趋势

室内空气净化技术及其发展趋势

摘要：该文介绍了目前最实用的空气净化技术及其发展趋势，为空气净化器选择提供参考。

关键词：室内空气空气净化空气净化器

随着人们生活水平的提高，人们越来越注重居室和办公场所条件改善，大量使用美化、装饰材料，导致大量的化学品在室内使用，使室内环境污染问题日益突出，因此人类进入了以“室内空气污染”为特点的第三次污染时期[1]。室内空气污染主要有装修材料所释放的总有机挥发性气体（TVOC）、甲醛、二甲苯、可吸入颗粒物PM10、可入肺颗粒物PM2.5等和细菌病毒等。较之室外环境污染，室内环境污染物的组分更加复杂、毒性也更大。人类80％以上的时间是在室内度过的，室内空气的污染程度有时超过室外的5～8倍，对人体的危害更为严重，因此急需运用空气净化技术对室内空气进行防治。

空气净化技术主要有固体污染物净化技术和气态污染物净化技术。

1 固体污染物净化技术

1.1 空气过滤净化技术

空气过滤净化以纤维滤料为主，其原理是空气经过纤维制成过滤器时空气中的颗粒物被纤维材料截留，颗粒物与空气分离，从而实现

空气净化。常用的有初级过滤、中级过滤和高效过滤。初效过滤器主要适用于空调与通风系统初级过滤、洁净室回风过滤、局部高效过滤装置的预过滤，主要用于过滤5μm及以上粒径的尘埃粒子。过滤材料有无纺布，尼龙网，铝波网，不锈钢网等。中级过滤主要用于捕集1～5μm的颗粒灰尘及各种悬浮物。高效过滤器主要用于捕集0.5μm 以下的颗粒灰尘及各种悬浮物。滤料材质为超细玻璃纤维纸，胶版纸、铝膜等。纤维过滤技术缺点是阻力较大。机械过滤只是转移空气中固态污染物，粘附在固态污染物上细小微生物细菌病毒等并没有死亡，甚至有机材料制成的滤料有可能成为微生物的营养物质，有可能形成二次污染。

值得注意的是HEPA(High efficiency particulate air Filter)，中文意思为高效空气过滤器，达到HEPA标准的过滤网，对于0.1μm和0.3μm 的有效率达到99.998%，HEPA网的特点是空气可以通过，但细小的微粒却无法通过。它对直径为0.3μm（头发直径的1/200）以上的微粒去除效率可达到99.7%以上，是烟雾、灰尘以及细菌等污染物最有效的过滤媒介（抽烟产生的烟雾颗粒直径为0.5μm）。

1.2 静电过滤技术

工作原理：高压静电场使空气中微粒荷电后被集尘板捕集。静电场一般由两级组成，空气通过一级过滤段时，在主极板和接地极之间的环流离子作用下，空气中的微粒荷电；然后是收集段，带电微粒在此收集段被捕集。特点：与传统过滤器相比，静电过滤器阻力小，降

压低，寿命长。

驻极体空气过滤器除尘是新一代静电过滤技术。驻极体采用特殊工艺使纤维上带有几百至上千伏电压，而纤维的间隙仅微米至亚微米数量级，从而形成了无数个无源集尘电极。纤维间隙电场达几十MV ／m甚至更高，等效面电荷密度商达90nc／cm2。驻极体空气过滤器除尘原理是利用滤材纤维本身带电和对带电粉尘静电吸引的库仑力作用捕获粉尘。驻极体纤维过滤器的阻力是机械型过滤器的l／9左右。在处理初始粉尘浓度200g/cm3，效率99.4%时，驻极体空气流动阻力仅12Pa，是高效玻璃纤维过滤器的0.1倍[2]。

1.3 PM

2.5净化技术

PM2.5是指大气中直径小于或等于2.5μm的颗粒物，也称为可入肺颗粒物。它的直径还不到人的头发丝粗细的1/20。世界卫生组织（WHO）2005年根据美国癌症协会和哈佛大学的研究结果制定了PM2.5的准则值。WHO认为PM2.5年均值小于10μg/m3是安全值；当PM2.5年均值为35μg/m3时，人的死亡风险比10μg/m3的情形约增加15%。《环境空气质量标准》(GB3095-2012)中规定PM2.5年和24h平均浓度限值分别定为35μg/m3和75μg/m3，与世界卫生组织(WHO)过渡期第1阶段目标值相同。中国尚未开展大范围的PM2.5监测，公开的PM2.5数据非常有限。2010年北京年均值70～80μg/m3，南京年均值70μg/m3，上海年均值53μg/m3，这些年均值都远高于GB3095-2012中PM2.5年均标准（35μg/m3）。室内空气PM2.5主要

来源于与室外通风换气时将室外空气中PM2.5的引入室内和人居活动造成的PM2.5（吸烟、烹饪）。在室外空气污染的情况下，通风时进入室内新风也会导致室内空气污染，即使得室内空气本底值空气污染。研究发现，吸烟烟雾易形成PM2.5，吸烟烟雾主要成份是PM2.5、苯并芘、重金属等致癌物质。20m2房间吸1支烟能够使室内PM2.5浓度从0.15mg/m3迅速增加到1.003mg/m3，升幅超过6倍。随着人们对PM2.5的毒害性越来越清晰，当室外空气作为新风因PM2.5会影响室内空气品质时，人们对净化室内空气PM2.5的技术需求将会急剧增加。PM2.5净化技术推荐采用HEPA过滤技术或驻极体静电收尘技术。

2 气态污染物净化技术

2.1 活性碳吸附空气净化技术

活性炭是一种非常优良的吸附剂，它是利用木炭、竹炭、各种果壳和优质煤等作为原料，通过物理和化学方法对原料进行破碎、过筛、催化剂活化、漂洗、烘干和筛选等一系列工序加工制造而成。其表面积越大，吸附能力就越强；活性炭是非极性分子，易于吸附非极性或极性很低的吸附质。非极性分子二甲苯和极性分子甲醛比较，活性碳吸附二甲苯的效率要远高于甲醛。活性碳空气净化技术缺点是活性碳存在一个饱和度问及活性碳吸附污染物只是转移并没有分解有害气体功效，有可能会形成二次污染。

2.2 光触媒空气净化技术

光触媒在紫外光的作用下，价带上的电子（eˉ）跃迁到导带，在价带上产生相应的空穴（h+）,生成具有极强氧化作用的超氧离子自由基、羟基自由基、超氧羟基自由基，不仅能将甲醛、苯、甲苯、二甲苯、氨、TVOC等有毒有害气体、污染物、臭气、细菌等氧化分解成无害的CO2和H2O，而且具有高效广谱的消毒性能，对各种常见的致病菌都有很好的抑制和杀灭作用。光触媒主要成份是TiO2。光触媒缺点是受自身价带电子与空空产生与复合的影响，光触媒光催化分解效率不高。为此，空气净化设计时人们通过将光触媒负载在活性碳纤维上，期望通过活性碳吸附提供给光触媒高浓度污染物，提高光触媒净化效率；光触媒分解活性炭吸附的污染物，可以实现活性碳再生。光触媒发展趋势对光触媒材料TiO2进行改性，以期利用自然光进行光催化反应在。

2.3 低温等离子体空气净化技术

低温等离子体是继固态、液态、气态之后的物质的第四态，当外加电压达到气体的着火电压时，气体被击穿，产生包括电子、各种离子、原子和自由基在内的混合体。放电过程中虽然电子温度很高，但重粒子温度很低，整个体系呈现低温状态，所以称为低温等离子体。等离子体空气净化机理是在放电过程中，电子从电场中获得能量，通过非弹性碰撞将能量转化为污染物分子的内能或动能，这些获得能量的分子被激发或发生电离形成活性基团，当污染物分子获得的能量大