空气净化器研究背景意义及种类

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空气净化器研究背景意义及种类

空气净化器研究背景意义及种类

1 空气净化器研究的背景和意义

室内空气污染物的特征

颗粒污染物及其危害

气态污染物及其危害

2 空气净化装置种类及特点

污染物转移式室内空气净化器

污染物转化式室内空气净化器

1 空气净化器研究的背景和意义

进入 21 世纪后，环境污染的控制与治理是人类社会面临和亟待解决的重大

课题。特别是近年来，人们对环保的认识已由室外延伸到了室内。有调查显示：

室内空气的污染程度要比户外空气污染严重十至百倍以上。从汽油、建筑材料、

家具、香烟、电器等释放到室内的挥发性有机化学物质多达三百多种，其中包括

甲醛、苯系物、氨、二氯（三氯）乙烯、一氧化碳、二氧化氮，二氧化硫等高危

险、高毒害气体。这些化学物质会引发人类和动物中枢神经系统、呼吸系统、生

殖系统、循环系统和免疫系统的功能异常，出现头痛、咽喉发干和皮炎，损害 DNA，

长期吸入甚至可以引起白血病、癌症等难以治愈的疾病。

室内空气污染物的特征

室内空气污染与大气污染由于所处的环境不同,其污染特征也不同。室内空

气污染具有如下几方面特征：

(1)累积性:室内环境往往是相对封闭的空间，从污染物进入室内导致浓度升

高，到排出室外浓度渐趋于零,都需要经过较长的时间。室内物品,包括建筑装饰

材料、家具、地毯等都可能释放出一定的化学物质,它们将逐渐积累,导致室内污

染物浓度增大,从而对人体构成危害。

(2)长期性:由于大多数人大部分时间处于室内环境, 正常人每年有

80%~90%以上的时间在室内度过，即使浓度很低的污染物,长期作用于人体,健康

所遭受的潜在影响也是无法估量的。

(3)多样性:室内污染来源主要有消费品和化学品的使用,建筑和装饰材料以

及个人活动等。包括生物性污染物,如细菌;化学性污染物,如甲醛、氨气、苯、

一氧化碳、二氧化碳、氮氧化物、二氧化硫等;还有放射性污染物氡气等。 室内

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空气污染物是指存在于室内空气中对人体有害的颗粒物或气体，一般地，按其来

源和性质的不同，可分为颗粒污染物和气态污染物两大类。

颗粒污染物及其危害

颗粒污染物又可分为固体颗粒和微生物，主要是指:灰尘、可吸入颗粒物、

植物花粉、微生物细胞等，其主要来源于自然源和人工源。其中对人体危害最大

的是PM10，即空气动力学当量直径小于或等于10μm的颗粒物，亦称可吸入颗

粒物，可以进入人体的上下呼吸道。因为粒径大于10μm的颗粒会被鼻与呼吸道

粘液排除，所以对人体不产生危害，而小于10μm的颗粒和则可以深入肺部进行

沉积，甚至通过肺泡直接进入血液循环系统，危害呼吸系统和引起心血管系统的

病变，可能使人患肺炎、肺气肿、肺癌、矽肺等疾病。

气态污染物及其危害

气态污染物分为有机和无机有害气体污染物,无机的污染物包括一氧化碳、

二氧化碳、氮氧化物、二氧化硫、硫化氢、臭氧、氡气等；而室内气态污染物主

要是指挥发性有机物(Volatile Organic Compounds，VOCS)。VOCS是指饱和蒸

气压> Pa或沸点<260℃的有机化合物，按其化学结构可进一步分为:烷烃、烯烃、

芳香烃、卤烃类、酯类、醛类、酮类和其它类。目前已鉴定出3000多种。人们

可能同时和50～300种化合物接触，而其中每种化合物的浓度都在每立方米微克

的级别上。

苯和苯系物是人们最为关注的室内空气污染物之一。一方面是由于其来源

广：它广泛存在于涂料、油漆、粘合剂以及防水材料、合成纤维、塑料和燃料及

橡胶中，这些物质是最常用的家居用品。另一方面是其毒性大：苯暴露的主要途

径是以蒸汽形式被吸入，在血液/肺泡之间的分配系数为～,最初几分钟吸收率最

高,后随着血液浓度的上升而下降。吸入人体的苯30%～80%进入血液循环中,抑

制人体造血功能，致使红细胞、白细胞和血小板减少，诱发白血病，长期低浓度

暴露会伤害听力，导致头痛、头昏、乏力、苍白、视力减退及平衡功能失调问题；

苯还可以通过皮肤被吸收,但很少。目前，苯和苯系物已被世界卫生组织确定为

强致癌物质。再一方面是其化学性质稳定：苯特殊的大Π键结构很难被传统的化

学方法氧化分解掉。 面对室内空气污染的严峻形势，人们迫切需要寻求一种经

济有效且环境友好的处理方法。

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2 空气净化装置种类及特点

室内空气的净化方式分为自然净化法和强制净化法。自然净化就是通过自然

通风，开窗通风换气或安装排风扇，用新鲜空气置换室内被污染的空气，适合污

染物较轻的场合，但不适合中度以上的污染。自然净化的效果取决于室外环境的

清洁程度。强制净化则是采用一定的技术或技术产品使室内空气的质量好转，特

别适用于目前建筑节能、室内保温、统一空调的使用，要求居室和办公场所具有

良好的密封性，室内产生的污染物很难向室外扩散的现状。

污染物转移式室内空气净化器

这一类强制净化的处理控制方法又称非破坏性方法，即回收法，是室内空气

的传统处理方法，通常利用物理或化学方法将空气污染物进行收集。

(1)机械过滤式净化器

这种净化器由过滤除尘装置及送风装置组成。室内空气经过风机加压后通过

多孔性过滤材料如无纺布、滤纸和纤维材料等，将空气中的颗粒污染物捕集下来

以达到净化空气的目的。其特点是除尘效率高、容尘量大、使用寿命长；但是，

它只能有效去除空气中一定粒径范围的颗粒污染物，对气态污染物却无法去除.

因而，其性能不够完善，总体净化效果不佳。

(2)吸附式净化器

采用具有发达的孔隙结构和巨大的比表面积的吸附材料，如活性炭、分子筛

等，对有害气体进行吸附，利用吸附材料对气体具有较强吸附能力的特点，提高

了对气态污染物的净化效果，在总体上改善了净化性能，是目前市场上的主导产

品。但由于吸附材料存在吸附饱和状态，存在“二次污染”和吸附材料再生的问

题。因而，实际使用时不够方便，这是限制其广泛应用的主要原因，亟待解决。

(3)静电式净化器

由高压静电除尘装置利用阳极电晕放电原理，使空气中的尘粒带正电荷，借

助库仑力将带电尘粒捕集在集尘装置上，从而达到除尘净化的目的。它由离子化

装置、集尘装置、送风装置等部件构成，除尘效率可达到 90％以上，能够捕集

小于 ～μm 左右的微粒，压力损失小。对粒径较大的颗粒污染物的净化效果较

好，但是无法净化气态污染物，同时还会产生臭氧等二次污染物，属于逐步淘汰

产品。

(4) 负氧离子空气净化器

此种净化器由直流高压静电产生负离子，由负电产生臭氧，电晕极属直流电

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源的负极，集尘极属直流电源的正极，两级之间形成高压电场。负离子与空气中

微小污染颗粒相吸附, 成为带电的大粒子,沉降或吸附在物体表面，同时，通过

负离子还能杀灭某些细菌。因此，这种净化器有一定的杀菌和净化颗粒污染物的

作用，但同样也无法净化气态污染物，同时也会产生臭氧等二次污染物。

转移式室内空气净化器对于固体颗粒污染物的去除效果较好，缺点是对于气

态污染物特别是 VOCS 的去除效果较差。对于吸附式净化装置，随着时间的推移，

吸附材料将达到饱和，当温度、风速升高到一定程度的时候，所吸附的污染物就

有可能游离出来，再次进入室内空气之中，因此需要定时更新。

污染物转化式室内空气净化器

这一类强制净化的处理控制方法又称破坏性方法，即分解法。通过化学反应

而将气态污染物降解，最终变为对人体无害的物质。

(1)光催化空气净化器

光催化技术作为一种新型氧化技术日益受到国内外学者的关注。利用催化剂

(如二氧化钛)的光催化性，氧化吸附在催化剂表面的 VOCS，包括臭氧等强氧化

剂无法氧化的难降解物质和其他方法难以除去的痕量污染物，最终生成 CO2和

H2O。VOCS光催化降解的速率主要受吸附效率和光催化反应速率的影响，常见的

光催化剂主要是金属氧化物和金属硫化物，如 TiO2、ZnO、Fe2O3、WO3、ZnS 等，

其中，TiO2具有较高的化学稳定性和催化活性，对环境污染问题中突出的毒性

大、难生物降解的直链烃类、卤代芳香烃，如染料、农药、油类等物质具有很好

的氧化分解作用，能处理多种有机污染物，且价廉无毒，是最常用的光催化剂之

一。缺点是存在催化剂失活、催化剂难以固定，浓度降低降解率也随之下降等缺

点。总体上，该技术有望成为室内空气中 VOCS 消除的有效手段。

(2)臭氧空气净化器

臭氧消毒原理是通过高频电晕放电产生大量的等离子体，此时高能电子与气

体分子碰撞发生一系列物化反应，并将气体激活产生多种活性自由基，多种活性

自由基主要由 O3 组成。O3 作为强氧化剂在很低的浓度下就可瞬间完成氧化反

应, 因而对有毒 有害物质、细菌、病毒等产生氧化和分解作用，直至杀灭。臭

氧也可将有机物分解为二氧化碳和水，因此可以用于有机污染物的净化和消毒。

但作为强氧化剂，臭氧几乎能与任何生物组织反应。当臭氧被吸入呼吸道时，就

会与呼吸道中的细胞、流体和组织很快反应，导致肺功能减弱和组织损伤。臭氧

还能造成人的神经中毒，头晕头痛、视力下降、记忆力衰退等问题。

(3)生物法空气净化器

此法最早用于脱臭，含有 VOCS 的废气经加湿后通过生物滤床的布气板，

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高密度的微生物群具有较高的微生物吸附和生物氧化能力。在停留时间内，污染

物与生物层的微生物(主要是细菌)发生好氧反应,进行生物降解,最终生成 CO2

和 H2O。但此方法对成分复杂的废气或难以生物降解的 VOCS 去除效果较差。

综上所述，目前对颗粒污染物的净化方法发展的较为成熟，但对气态污染物还缺

乏实用高效的净化手段。因此，室内空气净化器的发展应以改善气态污染物的净

化效果为重点，才能适应市场的需要。同时，室内空气净化器还是一个新旧技术

并存的领域,也是一个很有发展前途的领域。如今，各种室内空气净化器层出不

穷，但就净化效果来说都不是很理想。必须综合各种净化原理的优点，完善其性

能，设计出综合性较强的多重净化起作用的室内空气净化器，才能彻底提高室内

空气品质。

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