家用空气净化器净化技术的探讨

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家用空气净化器净化技术的探讨

作者：杨晓平来源：原创日期：2013-12-11人气：1339

 1 空气净化器过滤原理简介
空气净化器是指能够吸附、分解或转化各种空气污染物，有效提高空气清洁度的设备，目前以清除室内空气污染的家用和商用空气净化器为主。空气污染造成的人类身心健康问题日趋严重，室内空气污染中的装修污染已成为居民生活的重要污染源，大量使用美化装饰材料所释放的挥发性气体、甲醛、二甲苯等，同时混合其他细菌病毒，严重危害居者的健康。现在，具有去除室内空气污染物功能的空气净化器成为人们家用电器的新成员。
根据过滤原理——过滤材料利用分子运动规则进行有效的过滤作用，共有三类（见图1）：①惯性碰撞吸附是指在气流运动方向变化后，颗粒由于惯性作用做直线运动而碰撞到滤材上而产生的吸附。②扩散吸附是指在由于布朗运动，颗粒从气流中扩散到纤维表面，在静电作用下吸附到纤维上。扩散吸附只在气体过滤时能起重要作用。③直接吸附是指当颗粒直径大于过滤介质的通道孔径时，不能通过而被拦截。直接吸附作用是表示孔径分布的最基本的一个特征，孔径越小，直接吸附的效率越高，去除颗粒的效率越高。
2 空气净化技术
图2是常见的空气过滤器基本结构分解示意图，其由机箱外壳、进风口及通道、滤网组件（初效过滤层、高效HEPA组件过滤层、活性炭吸附层）、风机、出风口及通道组成，其核心为滤网组件即空气过滤芯（器），起到过滤净化空气的作用。根据其基本结构，可知其影响空气过滤器性能的因素主要有：滤料性能、被过滤气流性质、气流速度和过滤器结构。
在如图3所示的空气净化过程中，进风口进入的有毒有害气体，首先进行第一层预过滤（即初过滤阶段），该阶段的滤材一般为海绵滤网、PP尼龙过滤网，抗菌过滤棉，亦有海绵与活性炭的复合型材料等，见图4，图5，图6，譬如，其中的PP尼龙过滤网，材料为尼龙网，滤材以PP纤维纺织成型制成一体，外框为铝合金，或者用镀锌框，用铁丝支撑。尼龙网则用衬框绷紧后装入框，尼龙网的层数可根据用户的要求而定。其特性是除尘效果好，耐酸碱性，耐腐蚀性佳，阻力小，重量轻，能防潮，寿命长等优点，预过滤网能够清除大颗粒灰尘悬浮物，花粉、大颗粒霉菌，宠物毛发等。抗菌过滤棉能够去除灰尘、霉菌细菌等微生物，若是复合材料，例如含活性炭，则已经开始初步去除异味，甲醛等有害气体了。
其次，进入第二层（高效过滤层），其为HEPA组件（High efficiency particulate air Filter），空气过滤净化以纤维滤料为主，其原理是空气经过纤维材料制成的空气过滤器时，空气中的颗粒物被纤维滤材截留，即如图1所示的过滤原理，使颗粒物与空气实现分离，从而完成空气的进一步净化过滤。根据我国的分类标准GB12218-89，GB/T14295-93，GB13554-92，可将空气过滤等级大致分为三级：初级过滤（粒子粒径≥5um）、中级过滤（1um≤粒子粒径<5um）、高效过滤（粒子粒径≤0.5um），高效过滤层主要用于捕集0.5um以下的颗粒灰尘及各种悬浮物，滤材为超细玻璃纤维纸等，此层的HEPA组件其优点是空气可以通过，但空气中的很细小的微粒无法通过，对直径只有0.3um（人体头发直径的1/200）以上的微粒过滤效率达到99.7%以上，是细菌、极细灰尘颗粒，烟雾等污染物的有效过滤媒介。
上述的玻璃纤维纸作为高效过滤媒质，不论其粒径大小，其过滤特点是捕捉固体颗粒，所以，该净化技术为固体污染物净化，而对于活性炭这种特殊的材料，活性炭吸附技术是空气净化中的气态污染物净化技术，活性炭是利用木炭、竹炭等作为原料，通过物理化学方法对原料进行加工处理而成的一种性能优良的吸附剂，其表面积越大，吸附能力就越强。
最后，杀菌棉以及活性炭过滤网，能够再次有效杀菌、除臭、除异味，对预过滤层的空气中遗漏的微生物、病毒菌等进行再过滤，最终输出优质空气，供室内居者呼吸使用。
3 空气过滤器性能检测方法
由图3的空气净化过程示意图可知，空气净化器能够实现高效净化功能的关键部件是高效空气过滤器（HEPA过滤器），换言之，空气过滤器性能的好坏直接影响着空气净化器净化功能的优劣。目前高效空气过滤器过滤效率检测方法有：D.O.P法、油雾法、最易穿透粒径法MPPS等。
3.1 D.O.P法 DOP法检测过滤器过滤效率时，需要人工制造所需尘源粒径（0.3um），采用一种名为邻苯二甲酸二辛酯（DOP-DiOctyl-Phthalate），其为无色透明液体，将该液体在严格控制的条件下加热汽化，再用冷空气与之混合，使之凝结产生与灰尘粒径大小相同的液滴（0.3um），用于实验检测用气溶胶，是目前国际上较普遍的一种检测方法。见图7所示。
计算过滤效率的原理性公式如下：
Feff=■（1）
其中，上游浓度C■减去下游浓度C■的差值与上游原浓度C■比值的百分率就是过滤效率Feff。
3.2 油雾法 作为一种检测手段，油雾法检测空气过滤器性能，同样也需要测试时的尘源，以此保证尘源的粒径大小，在此基础上，并在规定的检测条件下，将经过充分混合均匀的油雾气溶胶通过被测过滤器，测量过滤器前后的油雾浓度，由此来计算油雾过滤率和透过率。
3.3 MMPPS法 最易穿透粒径法（The Most Penetrating Particle Size）MPPS，其基本原理是用特制的喷嘴将D.O.P、DEHS等液体弯压喷雾，形成0.01-1um的多分散气溶胶，作为实验用尘源，利用激光粒子计数器或凝聚核计数器测量过滤器上下游的粒子浓度，从而决定其效率。
4 空气净化技术发展趋势
随着全球工业经济的快速发展，人类在实现高度发达的物质文明的同时，自身却处在重重矛盾之中，环境问题日趋严重，其中，空气污染肆虐，如工业废气，汽车尾气，燃煤产生的粉尘，室内新型装修材料的使用，因缺乏监管及环保检测，在贪图美观的背后，是这些化学材料的滥用，室内环境污染问题日益突出，人们已经进入室内空气污染时期，但与此同时，人类自身健康意识也在增强，如何使家居环境改善，能够呼吸洁净空气，健康生活，是世界各国面临的共同问题。
采用空气净化技术制造的各种空气净化器，如雨后春笋般产生。早期的空气净化器功能单一，结构简单，难以满足需求，目前设计的空气净化器，其发展趋势是技术复合型，集各种功能于一身，且在原有净化技术的基础上，开发研制新型滤材，如光触媒，其主要成分是TiO2，具有消毒功能，对各种常见的致病菌有较好的杀菌作用。所以，各种空气净化技术融合在一起是今后的发展方向。
5 结语
为了给人们提供清洁和安全的室内空气，空气净化器行业的技术人员正在进行各种研究开发、创新设计，以此满足用户的需求，该市场前景广阔，开发潜力巨大，随着时间的推移，今后的空气净化器技术将更加完善，并有新的突破。

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