近年来，由于科技的发展和社会的进步，工厂、汽车等工业排放加剧全国各地空气质量恶化，恶劣天气频发。人们为降低能耗，提高建筑物的密闭性，使建筑内换气量减少，室内空气环境进一步恶化。在这种情况下，人们开始重视逐渐恶化的空气污染对自身健康和日常生活的影响，如何应对和处理这一问题是当前须着重研究和探索的课题。    

目前室内污染物的成分和来源主要分3类。第一类污染物是颗粒物，尤其是以PM2.5为首的细颗粒物，因其直径极小，甚至可以深入到人体细支气管和肺泡中沉积，对人体呼吸道系统有极大的危害性。颗粒物污染物来源主要是汽车排放的尾气和燃料不完全燃烧产生的烟雾，还包括厨房油烟、香烟烟雾和建筑材料释放出的污染物等。第二类污染物是微生物，主要包括对人体有害的细菌、霉菌和病毒等，这类空气污染物主要来源于居室中潮湿霉变的墙壁、生活垃圾、宠物、室内花卉、地毯、空调滤网等。第三类污染物为气体污染物，主要分为有机污染物和无机污染物，有机污染物包括以TVOCs为首的各种气体污染物，包括烷类、醛类、酯类和芳烃类等，其来源主要有建筑材料、清洗剂、蜡制品、地毯、家具、黏合剂和油漆等；无机污染物则包括一氧化碳、氮氧化物、氨、臭氧、硫化氢、氡等，其来源包括建筑施工、厕所下水道、工业和汽车尾气等。现有的空气净化技术主要针对颗粒物、微生物以及气体污染物这三类进行处理。

    笔者对近年来应用的单一空气净化技术以及有发展潜力的协同型空气净化技术原理进行介绍，并归纳总结各种空气净化技术的净化范围、特点以及发展方向，最后对未来的空气净化技术进行展望。

    1单一空气净化技术原理

    1.1纤维过滤技术

    纤维过滤器按照过滤效率可分为粗效过滤器、中效过滤器、高中效过滤器、亚高效过滤器和高效过滤器。粗效过滤器滤料主要是易于清洗和更换的金属丝网、粗孔纺布、泡沫塑料等，其过滤效率基于粒径5μm的微粒进行评价；中效过滤器滤芯形式与粗效类似，滤料主要是中细孔泡沫塑料、复合无纺布、玻璃纤维等，其过滤效率基于粒径1μm的微粒进行评价；高中效过滤器与中效过滤器类似；亚高效过滤器滤料主要采用玻璃纤维滤纸、棉短纤维滤纸等，其过滤效率基于粒径0.5μm的微粒进行评价；高效过滤器（HEPA）滤料主要是超细玻璃纤维纸、合成纤维纸和石棉纤维纸等，其过滤效率基于粒径0.3μm的微粒进行评价。

    污染空气经过纤维过滤材料，主要受拦截效应、惯性碰撞、扩散效应、重力效应和静电效应这几种基本机制综合作用，对空气中的颗粒物以及附着在颗粒物上的细菌和病毒等微生物过滤。作用机制如下：微粒沿流线运动到纤维表面附近，当运动到纤维表面的距离等于或小于微粒半径，微粒会被纤维表面截留，这种作用即拦截效应（见图1）；气流在结构复杂的纤维层穿过时，流线激烈拐弯过程中，微粒因惯性作用脱离流线碰撞到纤维并滞留，即惯性碰撞（见图2）；对于直径较小的微粒，其布朗运动较为剧烈，这种不规则运动使粒子有更大机会接触并沉积到纤维表面，即扩散效应（见图3）；0.5μm以上的微粒会在重力作用下沉积到纤维，即重力效应；如果纤维或微粒都带上电荷，则可以产生吸附作用，将微粒吸附到纤维上，即静电效应。

    1.2活性炭及类似材料

    吸附是由于吸附剂和吸附质分子间的作用力引起的，这种吸附的作用力一般可分为两类：一类是由范德华力引起的分子之间的互相作用力；一类是化学键力，包括固体和气体之间的电子转移。这两种力同时存在，主要看哪种作用力为主。物理吸附以范德华分子相互作用力为主，把吸附质吸附在吸附剂表面，是可逆过程。化学吸附依靠固体表面与吸附气体分子间的化学键力，是化学作用的结果，其作用力远远超过物理吸附的范德华力，往往是不可逆过程。

    目前常用的吸附材料主要包括活性炭、活性炭纤维材料以及相关的衍生材料（如碳纳米管、石墨烯等）：

    1）活性炭是最为常见的吸附材料之一，在工业及日常领域均有极为广泛的应用。制备活性炭的原材料主要可分为植物类和矿物类：植物类包括锯屑、椰壳、核桃壳等；矿物类主要包括各种煤化度的煤，如泥煤、褐煤、烟煤、无烟煤等。

    2）活性炭纤维材料因其更好的吸附效果和更优异的物理特性，逐渐受到重视。与活性炭的结构不同，活性炭纤维含有的大量微孔直接开口于纤维表面，吸附质到达吸附位的扩散路径比活性炭短，且具有较大的表面积（1000~3000m2/g），吸附脱附速率快，吸附容量大。图4中左侧部分为活性炭的微观结构，右侧为活性炭纤维的微观结构。

    3）碳纳米纤维、碳纳米管和石墨烯等材料在空气净化应用中一般因材料成本等原因，不会作为吸附滤芯的主材料，而是用于某些特殊应用，如气体传感器等，例如一种PAN碳纳米纤维/ZnO2/SnO2复合材料，可用作类神经毒气DMMP的气体传感器；有外国学者针对利用碳纳米管制备气体传感器以及检测微量污染气体做了相关论述；国内清华大学的学者也对此类碳质材料在空气净化的应用上做了较完善的描述。

    4）类似活性炭材料的吸附剂（如活性氧化铝、硅胶和分子筛等），在工业上也有较广泛的应用。例如γ型氧化铝一般用于石油化工的吸附剂、催化剂和催化剂载体，大孔硅胶一般用于催化剂载体、消光剂等，而在空气净化领域最常用的仍是以活性炭为主的吸附剂。

    1.3静电除尘

    静电除尘技术原理，是利用高压电场形成电晕，将污染空气通过电晕区，使污染空气中的颗粒物带上电荷，然后在电场力的作用下，被吸附到极性相反的收集区并沉积，从而达到对空气中颗粒物进行净化的作用。

    常用的静电除尘器工作原理见图5。一般污染空气会经过预过滤器用于清除大颗粒污染物和气溶胶，然后通过电离段和集尘段，最终获得净化空气。

    图5静电除尘工作原理

    电离段的作用是给颗粒物荷电，荷电过程依过程的先后分为电晕放电和荷电2个阶段。在电晕放电区域，因为空气分子会自然辐射出电子，电子在电场力作用下，被加速到很高的运动速度，撞击到空气分子上，从而产生正离子和自由电子。这个过程在电离区瞬间完成，且撞击出的自由电子会继续撞击空气分子，在电离丝周围形成一层电子云或正离子云。

    经过电晕放电，已经产生了大量的正离子，颗粒和正离子混合在一起，由于正离子做布朗运动，会撞击到颗粒上，颗粒从而被荷上正电荷，这就是扩散荷电。扩散荷电无需电场，也与颗粒的种类无关。随着颗粒上正电荷的增加，颗粒会产生一个电场，排斥其他的正离子，从而会削弱后续的撞击。当颗粒上的电荷增加到一定程度，没有正离子能够克服排斥力撞击到颗粒，荷电即告结束。

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来源：慧聪新风网