民用净化技术

民用净化技术 前言： 人的一生有一半的时间要在住宅中度过 ,住宅的功能已由原来的栖息地转变为人们用以调节情绪、缓解工作压力，陶冶情操、保持身心健康的重要休息场所。 室内环境污染已经成为了现代人的“贴身杀手”。我们在热衷装修的同时，应对室内环境污染提高警惕！ 一、室内空气污染 什么是室内空气污染 : 室内空气污染就是室内空气受到各种对健康有害的化学物质和放射性物质的污染，并且污染程度超过国家法定标准。最常见的室内空气污染物为：可吸入颗粒，甲醛、苯、氨、挥发性有机物、放射性氡气、等等。 室内环境污染源 : 造成室内空气污染的物质按状态分，主要有悬浮颗粒物和气态污染源两种： 1、悬浮颗粒物 ：较大的悬浮颗粒物如灰尘、棉絮等 。 2、气态污染源 ：一氧化碳、二氧化碳、甲醛及有机蒸气 等。 人类活动 燃料燃烧及加热 建筑材料及装饰材料 室外来源 家用电器 常见污染源对人体的危害 : 1.甲醛 甲醛是一种无色易溶的刺激性气体。刨花板、密度板、胶合板等人造板材、胶粘剂和墙纸是空气中甲醛的主要来源，释放期长达 3 15年。可经呼吸道吸收，甲醛对人体的危害具长期性、潜伏性、隐蔽性的特点。长期吸入甲醛可引发鼻咽癌、喉头癌等严重疾病。 2.苯 苯是一种无色、具有特殊芳香气味的气体。胶水、油漆、涂料和黏合剂是空气中苯的主要来源。苯及苯系物被人体吸入后，可出现中枢神经系统麻醉作用；可抑制人体造血功能，使红血球、白血球、血小板减少，再生障碍性贫血患率增高；还可导致女性月经异常，胎儿的先天性缺陷等。 3.氡 氡 ,是一种无色、无味、无法察觉的惰性气体。水泥、砖沙、大理石、瓷砖等建筑材料是氡的主要来源，地质断裂带处也会有大量的氡析出。氡及其子体随空气进入人体，或附着于气管粘膜及肺部表面，或溶入体液进入细胞组织，形成体内辐射，诱发肺癌、白血病和呼吸道病变。世界卫生组织研究表明，氡是仅次于吸烟引起肺癌的第二大致癌物质。 建造房屋的地基、地下土壤和建筑墙体材料和装饰石材，含有大量的氡，能释放出对人体危害很大的 射线 氡引起肺癌示意图 4.氨 氨 ,是一种无色而有强烈刺激气味的气体。主要来源于混凝土防冻剂等外加剂、防火板中的阻燃剂等。对眼、喉、上呼吸道有强烈的刺激作用，可通过皮肤及呼吸道引起中毒，轻者引发充血、分泌物增多、肺水肿、支气管炎、皮炎，重者可发生喉头水肿、喉痉挛，也可引起呼吸困难、昏迷、休克等，高含量氨甚至可引起反射性呼吸停止。 容易被忽视的室内空气污染引发的症状： 1）室内闻不到明显气味，但是搬进新居后、购买家具或者其他室内用品 1年内出现的任何不适症状：头昏、恶心、失眠、咳嗽、容易疲乏、皮肤干涩、过敏症状等等。 2）家人或同事共患一种疾病，原因不明。 3）室内养的观赏植物不易成活、或者叶子发黄，枯萎。 二、中国 民用建筑室内污染 现状 全国每年由室内空气污染引起的死亡人数已达 11.1万人，每天大约是 304人。中国室内装饰协会环境检测中心透露的这个数字，恰好相当于全国每天因车祸死亡的人数。 全国每年由家具污染引起的死亡人数与交通事故死亡人数比 05101520253035404550第一季度 第三季度家居污染交通 民用建筑室内污染特征： 室内污染浓度低； 污染源种类多； 测量难度大； 对人体健康影响机理尚不太清楚； 对人体危害往往很缓慢，潜伏周期长度 等。 由于室内污染源很多，污染物更多，一些污染物能够位人们的感觉器官所感知，但无法用现有的仪器进行监测，还有更多的污染物既不能为人们所感知，也不能用仪器监测出，但这些污染物有可能对健康、舒适性产生影响。因此，室内净化技术的使用变得尤为重要。 三、净化技术 过滤和吸附技术 光催化 (光触媒 ) 净化技术 非平衡等 离子洁净技术 负离子洁净技术 臭氧空气净化技术 3.1过滤和吸附技术 该技术使用最为广泛。主要通过采用多种滤材，如多重滤网、无纺布、滤纸、纤维、泡棉等，对空气中的悬浮颗粒、有害气体进行吸附，从而达到改善空气质量的目的。 吸附具有很高的选择性和高分离效果，能脱除痕量（ 10-6级）物质，所以在空气污染控制中吸附净化法日益受到重视，特别是用于去除其它方法难以分离的低浓度有害物质和处理排放标准要求严格的废气效果更好。 吸附剂及其选择 对吸附剂的要求： （ 1)有大的比表面积 ,吸附能力强 ；(2)吸附选择性要好 ；(3) 具有一定的粒度 ,较高的机械强度、化学稳定性和热稳定性 ；(4)大的吸附容量 ；(5)来源广泛 ,价格低廉 ；(6)容易再生和再利用。 常用吸附剂及其功能 吸附剂 可去除的有害气体 活性炭 苯、甲苯、二甲苯、丙酮、乙醇、乙醚、甲醛、苯乙烯、氯乙烯、恶臭物质 、硫化氢、氯气、硫氧化物、氮氧化物、氯仿、一氧化碳 浸渍活性炭 烯烃、胺、酸雾、碱雾、硫醇、二氧化硫、氟化氢、氯化氢、氨气、汞、甲 醛 活性氧化铝 硫化氢、二氧化硫、氟化氢、烃类 浸渍活性氧化铝 甲醛、氯化氢、酸雾、汞 硅胶 氮氧化物、二氧化硫、乙炔 分子筛 氮氧化物、二氧化硫、硫化氢、氯仿、烃类 (1)活性炭 活性炭制作 活性炭是目前应用较多的一种吸附剂，用于气体净化的活性炭是以煤粉等为原料，以煤焦油做调和剂，成型后经干燥、炭化、活化等工序制成。 工艺：原料经粉碎及加黏合剂成型后，经加热脱水（ 120 130 ）、炭化（ 170 600 ）、活化（ 700 900 ）而制得。 特性 (1)具有稳定的化学性质 ；(2)可以耐强酸、强碱 ；(3)能经受水浸、高温、高压作用 ；(4)不易破碎 ；(5)几何特性见下表。 活性炭的选择： 活性炭小孔的表面积占比表面积的 95%以上，所以吸附量主要受小孔支配。由于活性炭的原料和制造方法不同，细孔的分布情况相差很大，应根据吸附质的分子直径和活性炭的细孔分布情况选择合适的活性炭。 常用吸附剂的特性 比表面积 (m2/g) 孔隙体积微观孔 /宏观孔 (cm3/g） 松散密度 （ g/L） 比热容 (J/kg.K) 活性炭（木炭） 1000 1500 0.6 0.8；0.5 0.8 300 500 840 木炭 -窄孔 600 1000 0.3 0.6；0.3 0.4 400 500 840 木炭 100 0.05 0.10；0.2 0.3 600 840 氧化硅胶 -窄孔 600 850 0.35 0.45；0.1 700 800 920 氧化硅胶 -大孔 250 350 0.3 0.45；0.05 0.10 400 800 920 活性氧化铝 100 400 0.4；0.1 700 800 880 分子筛 500 1000 0.25 0.30；0.3 0.4 600 900 920 (2)树脂吸附剂 树脂吸附剂也叫吸附树脂，是一种新型有机吸附剂。具有立体网状结构，呈多孔海绵状，加热不熔化，可在 150 下使用，不溶于一般溶剂及酸、碱，比表面积可达到 800m2/g；按照基本结构分类，吸附树脂大体可分为非极性、中极性、极性和强极性四种类型。 树脂吸附剂的结构容易人为控制，因而它具有适应性大，应用范围广、吸附选择性特殊、稳定性高等优点，并且再生简单。 (3)活性炭纤维 最近研制出的一种活性碳纤维，纤维直径为 10 20m ，具有和活性碳一样的吸附特性。形状采用 W字形、圆筒形、卷绕形等。 有关资料报道 ， 活性炭纤维的外表面积比粒状活性炭大100倍以上 两者的体积密度相差 10倍 ， 与粒状活性炭相比 ， 活性炭纤维有更多的微孔直接与吸附质接触 ， 而且吸附质直接暴露于纤维表面进行吸附和解析 ， 因而也能更快达到吸附平衡而更有效地利用微孔 。 比表面积相同时 ， 活性炭纤维比粒状活性炭吸附质的吸附能力更高 ，而吸附低浓度的以及痕量的吸附质时也更有效 。 由于活性炭纤维具有优异的结构特征以及良好的吸附性能，在室内空气净化方面也取得了较好的效果，活性炭纤维不仅能广泛用于有机物的吸附与清除，而且能够有效地去除异味。 3.2光催化 (光触媒 ) 净化技术 光催化净化是基于光催化剂在紫外线照射下具有氧化还原能力而净化污染物的。是一种分子级的金属氧化物材料，它涂布于基材表面，在光线的作用下，产生强烈催化降解功能，能有效地降解毒害气体、杀菌、除臭、抗污。 自 1972年 Honde等人发现 TiO2被光照辐射后可以持续发生水的氧化还原反应，并产生 H2以来，人们对这一催化反应过程进行了大量研究。结果表明，这一技术不但在废水净化处理方面具有巨大潜能，在空气净化（特别是在挥发性有机物 VOC）方面也具有广阔应用前景。 由于光催化氧化分解挥发性有机物，可以利用空气中的 O2作氧化剂，而反应能在常温常压下进行，在分解有机物的同时还能杀菌除臭，所以特别适合于室内挥发性有机物的净化。 光催化氧化的特点： （ 1）直接用空气中的 O2作氧化剂，反应条件温和（常温、常压）； （ 2）可以将有机污染物分解为 CO2和 H2O等无机小分子，净化效果彻底； （ 3）半导体光催化剂化学性质稳定，氧化还原性强，成本低，不存在吸附饱和现象，使用寿命长。 目前 ,纳米光催化技术越来越受到重视 ,该技术在净化室内空气污染物方面有很多其他方法所不具备的优势 : 广谱性 。 光催化对几乎所有的污染物都具有治理能力 。 经济性 。 光催化在常温下进行 ,直接利用空气中的氧气作氧化剂 。 消毒灭菌 。 无论从降低微生物数目的效率 ,还是从杀灭微生物的彻底性 ,从而使其失去繁殖能力都比单独采用紫外线技术或过滤技术所无法比拟的优势 。 光催化净化空气技术的应用产品 ,大致可分为 3种类型： 结构材料 :获得具有光催化功能的新型材料 ,如贴面材料 、 天花板 、 墙纸等 。 绿色健康产品 :可在现有的家用电器产品上 (如空调器 、 加湿器、 空气净化器 、 暖风机等 )附设光催化净化功能 ,开发而成的新一代高效绿色健康产品 。 洁净灯 :将光催化剂直接复合到灯的外壁制成各种灯具 。 洁净灯具具有 2种功能 :一是人员在灯具下办公空间的空气环境得到净化 ；二是灯的表面能达到自洁 。 总之 ,因光催化空气净化技术具有反应条件温和、经济和对污染物全面治理的特点 ,所以可广泛应用于有限空间空气净化领域 (如建筑室内、隧道、交通工具、飞行器等有限空间 )。 3.3、 非平衡等 离子洁净技术 非平衡等离子体的特点在于通过放电产生的电子温度远远高于系统中其他重粒子的温度。根据这一特点研究了非平衡等离子体对环境污染物的处理技术 非平衡等离子体空气净化机理： 非平衡等离子体空气净化机理涉及到三个同时发生的三个过程 : (1)预荷电集尘 ；(2)催化净化 ；(3)负离子发生。 (1)预荷电集尘原理 : 利用极不均匀电场 ,形成电晕放电 ,产生等离子体 ,其中包含的大量电子和正负离子在电场梯度的作用下 ,与空气中的颗粒污染物发生非弹性碰撞 ,从而附着在上面 ,使之成为荷电离子 ,在外加电场力的作用下 ,被集尘极所收集。 静电集尘是一个物理过程 ,在这个过程中 ,对悬浮在空气中直径小于 100 m的总悬浮颗粒 (TSP)和直径小于l0 m的可吸入颗粒 (PM10)有较高的清除效率。 (2)催化净化原理 : 在产生等离子体的过程中 ,高频放电产生的瞬时高能量 ,打开某些有害气体分子的化学键 ,使其分解成单质原子或无害分子 。 等离子体中包含了大量的高能电子 、 离子 、 激发态粒子和具有强氧化性的自由基 ,这些活性粒子的平均能量高于气体分子的键能 ,它们和有害气体分子发生频繁的碰撞 ,打开气体分子的化学键生成单原子分子和固体颗粒 ,同时产生的大量 OH 、 HO 2、 O 等自由基和氧化性极强的 O3,它们与有害气体分子发生化学反应生成无害产物 。 在化学反应的过程中 ,添加适当的催化剂 ,能使分子化学键松动或削弱 ,降低气体分子的活化能从而加速化学反应 。 (3)负离子发生过程 : 负离子的作用 : 调节了空气中的离子平衡 ； 有效地清除空气中的污染物。 高浓度的负离子同空气中的有毒化学物质和病菌悬浮颗粒物相碰撞使其带负电。则这些带负电的颗粒物就会吸引其周围带正电的颗粒物 (通常空气中的细菌、病毒、孢子等是带正电 )。这种积聚过程一直持续到颗粒物的重量足以使它降落在地面为止。除了积聚过程外 ,在有限的空间里空气中带负电的颗粒物还被吸附到带正电的表面上 ,而通常情况下 ,房间里面大多数物体的表面 (包括墙壁、地面、家具、电器等 ) 都是带正电的。调节空气中的离子平衡 ,使负离子浓度保持在适当的水平 ,这对改善空气品质有着重要的意义。 总之 ,非平衡等离子体不仅可以清除总悬浮颗粒 ,而且可以清除各种有害气体 ,还可以调节离子平衡 ,具有其他净化技术不可比拟的优点。通过不断的技术创新和开发 ,寻找开发能与催化剂进行最佳配置的等离子体反应器、合适催化剂以及研究放电对消除过程中的中间产物或最终产物的影响 ,使用该技术净化室内空气污染物将具有非常乐观的前景。 3.4、负离子洁净技术 由于空气负离子对于改善人体健康和室内空气环境方面的积极作用 ,空气负离子产生技术便成为人们为之努力的方向。空气负离子的发生技术主要有 :电晕放电、水发生和放射发生 3种。 1.电晕放电 将充分高的电压施加于一对电极上 ,其中高压负极连接在一根极细的针状导线或具有很小曲率半径的其他导电体上 ,在放电极附近的强电极区域内 ,气体中原有的少量自由电子被加速产生 ,并进一步碰撞电离。这个过程在极短的瞬间重演了无数次 ,于是形成被称为“电子雪崩”的积累过程 ,在放电极附近的电晕内 ,产生大量的自由电子和正离子 ,其中正离子被加速引向负极 ,释放电荷。而在电晕外区 ,则形成大量的气体负离子。 2.水动力型负离子发生技术 利用动力设备和高压喷头将水从容器中雾化喷出 ,雾化后的水滴以气溶胶形式带负电而成为负离子 ,其发生负离子的浓度取决于水的雾化状况 ,一般可达到 104-105个 /cm3。水滴带电是通过外加力剥离水滴形成水雾 (细小水雾 ),水雾从水滴表面脱离时带上负电荷 ；与此同时 ,剩余水滴便带上等量的正电荷。 3.放射性负离子发生技术 利用放射性物质或紫外线电离空气产生负离子 ,其特点是设备简单 ,产生负离子浓度高 ,但需要有特殊的防辐射措施 ,使用不当会对人体产生极大的危害。因此 ,在一般情况下不宜使用。 空气负离子是借助凝结和吸附作用 ,附着在固相或液相污染物微粒上 ,从而形成大离子并沉降下来 ,从而降低空气污染物浓度 ,起到净化空气的作用。 在污染物浓度高的环境里 ,若清除污染物所损失的负离子得不到及时补偿 ,则会出现正负离子浓度不平衡状态 ,存在高浓度的空气正离子现象 ,结果使人产生不适感。故在此环境下 ,需要人为产生负离子来补偿不断被污染物消耗掉的负离子 :一方面能维持正负离子的平衡 ；另一方面可以不断地清除污染物 ,从而达到改善空气质量的目的。 空气负离子的净化效应： 下图给出了空气中负离子浓度随空气污染程度和 空气湿度的变化关系： 负离子密度与空气污染程度、相对湿度的关系 负离子发生器作为净化室内空气的产品对空气净化有促进作用 ,但是单纯依靠发生器产生的负离子净化空气是片面的 ,因为空气中的负离子极易与空气中的尘埃结合 ,成为具有一定极性的污染粒子 ,即“重离子”。而悬浮的重离子在降落过程中 ,依然附着在室内家具，电视机屏幕、墙壁等物品上 ,当人活动时又会使其再次飞扬到空气中 ,造成室内空气的污染 ,所以负离子发生器只是附着灰尘 ,并不能清除空气污染物或将其排出室外。 3.5、臭氧空气净化技术 臭氧作为已知的最强氧化剂之一，具有强氧化、高效消毒和催化作用。 100多年来，各国在开发和利用臭氧技术方面作了大量研究，臭氧净化技术在室内环境污染治理中已被大量使用。 我国 室内空气中臭氧卫生标准 (GB/T18262 1997)规定 ,室内臭氧浓度限值为0.1mg m3(1h平均最高容许浓度 )。 臭氧的有关性质：臭氧具有不稳定特性和很强的氧化能力。 臭氧的特性：常温下是呈淡蓝色、带草腥味气体 ； 标准状态下 ,臭氧的密度是 2.144 kg/m3； 臭氧在水中的溶解度是氧的 10 15倍 ,但稳定性较差 ； 强氧化能力 ,几乎对所有的金属都有氧化腐蚀作用。 臭氧在空气净化中的作用： 臭氧的应用主要是其极强的氧化能力与灭菌消毒性能 ,即氧原子可以氧化细菌的细胞壁 ,利用击穿细胞壁与体内的不饱和键化合而杀灭细菌。 臭氧在污染治理、消毒、灭菌过程中 ,还原成氧气和水 ,故在环境中不存在残留物。同时 ,臭氧还能对有害物质进行分解 ,使其转化成无毒副产物 ,有效地避免残留而造成的二次污染。 臭氧在室内空气净化中的应用是将臭氧直接与室内混合或将臭氧直接释放到室内空气中 ,利用臭氧极强的氧化作用 ,达到灭菌消毒的目的。由于将臭氧直接释放到空气中 ,整个室内空间及该空间的所有物品周围 ,都充满了臭氧气体 ,因而消毒灭菌范围广 ,其工作量也比消毒喷洒和擦洗消毒小得多 , 应用方便。 臭氧除了具有灭菌消毒作用外 ,其强氧化性可快速分解带有臭味及其他气味的有机或无机物质 ,可迅速消除室内各种有机挥发性化合物的毒害。 另外