動物學(xué)實驗室有害氣體凈化裝置研制

1、動物學(xué)實驗室有害氣體凈化裝置研制摘 要：為有效解決動物學(xué)實驗室有害氣體凈化 問題，研制了適用于動物學(xué)實驗室環(huán)境的有害氣體凈 化裝置。該裝置采用 STC12C5A60S2 為處理器，通過 MQ135和MQ-7傳感器檢測室內(nèi)空氣中的甲醛和一氧 化碳的濃度，利用初效過濾層、活性炭海綿和 TiO2 光催化劑層作為凈化材料對實驗室內(nèi)空氣中的污染物 進行凈化。 初步試驗結(jié)果表明： 該裝置凈化效果明顯， 工作穩(wěn)定、可靠，具備了實際應(yīng)用的技術(shù)條件。關(guān)鍵詞：動物學(xué)實驗室 有害氣體 凈化 中圖分類號： O631 文獻標(biāo)識碼： A 文章編號： 1674-098X（2016）01（a）-0124-02隨著我國高等教育

2、事業(yè)的飛速發(fā)展，實驗室作為 本科生科學(xué)實踐、研究生培養(yǎng)和教師科學(xué)研究的重要 場所，越來越得到了人們的重視。其中，以動物學(xué)實 驗室為代表的生物類實驗室更是在近年內(nèi)發(fā)生了迅猛 擴增和質(zhì)變，成為高校內(nèi)繼物理和化學(xué)類實驗室之后 的最為重要基礎(chǔ)實驗室之一。同時，不容忽視的是， 隨著該類實驗室實驗項目的增加、開放力度的加大， 實驗室的空氣環(huán)境污染問題也日益凸現(xiàn)。故該文特進 行了相關(guān)動物學(xué)實驗室有害氣體凈化裝置研究。1 動物學(xué)實驗室有害氣體凈化裝置工作原理 為滿足在動物學(xué)實驗室的空氣凈化要求，該文所 設(shè)計的凈化裝置采用模塊化設(shè)計，具體由傳感器、控 制器和空氣凈化機三部分組成。具體工作原理為，通 過污染氣體傳

3、感器采集實驗室內(nèi)的各種污染物的濃度 信號，并將該信號傳輸給以 STC12C5A60S2 單片機作 為核心元件的控制器。該控制器根據(jù)室內(nèi)空氣質(zhì)量 標(biāo)準(zhǔn)GB/T18883-20026規(guī)定的閾值，控制空氣凈化 機渦輪風(fēng)扇的開啟，使氣流流經(jīng)空氣凈化機，以達到 凈化空氣的目的。2 動物學(xué)實驗室有害氣體凈化裝置部件設(shè)計（ 1 ）傳感器的選擇與電路設(shè)計： 該文采用半導(dǎo)體 型氣敏傳感器檢測動物學(xué)實驗室室內(nèi)空氣中的甲醛和 一氧化碳等典型污染氣體，其采用的具體型號為 MQ135 甲醛傳感器和 MQ-7 一氧化碳傳感器。MQ135 和 MQ-7 傳感器都是采用的高低溫循環(huán)檢 測方式，當(dāng)檢測甲醛和一氧化碳時，傳感器的

4、電導(dǎo)率 隨著空氣中甲醛和一氧化碳濃度的增加而增加，并通 過轉(zhuǎn)換電路實現(xiàn)將阻值率的變化，從而達到轉(zhuǎn)換為與 該氣體濃度相對應(yīng)的輸出的數(shù)字信號和模擬信號。（2）控制器組成與電路設(shè)計：控制器由STC12C5A60S2單片機和液晶顯示器組成。該文所采 用的微處理器室STC12C5A60S2,屬于51系列單片 機，具有工作電壓穩(wěn)定，內(nèi)部集成專用復(fù)位電路等特 點，適用于該控制器的使用要求。液晶顯示器為凈化裝置提供了直觀的人機交互接 口，它可以及時為使用者提供凈化裝置所采集到的數(shù) 據(jù)信息，如室內(nèi)甲醛和 CO 的含量。本凈化裝置的設(shè) 計采用 1602 型液晶顯示器。（3）空氣凈化機設(shè)計： 該文采用多層過濾與光催

5、 化凈化相結(jié)合的凈化方式，進行空氣凈化機設(shè)計。即 該設(shè)計中的空氣凈化機采用初效過濾、活性炭過濾網(wǎng) 和 TiO2 光催化劑層相結(jié)合。其中初效過濾層能夠過 濾直徑大于5卩m的顆粒，它的過濾效率在90%以上, 活性炭海綿具有吸附作用，它的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)增大了污染 物的接觸面積提高了吸附效率；空氣經(jīng)過初效過濾層 和活性炭海綿的過濾后，再利用 TiO2 光催化劑層的 光催化原理進一步對污染物進行凈化。具體結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。3 模擬凈化試驗與凈化效果分析 為了對所設(shè)計的凈化裝置的功能和性能進行考核 驗證，該研究在接近實際空間環(huán)境的模擬實驗艙內(nèi)進 行了相關(guān)測試。（1）試驗方法。該試驗采用對比試驗，即一次為凈化裝

6、置不工作 的試驗；另一次為凈化裝置工作的試驗。凈化裝置不 工作的試驗僅僅是檢測密閉模擬實驗艙中甲醛和 CO 的含量，作為第二次試驗的對比參照。兩次試驗都是 選用二手煙作為主要的污染物，由于二手煙中含有甲 醛、CO等有害物質(zhì)，因此它能在一定程度上模擬動 物學(xué)實驗室室內(nèi)空氣中的污染物。（2）試驗步驟。 首先進行凈化裝置都不工作的試驗，斷開控制 電路之間的接口； 將煙霧以一定的方式噴入相對密封的實驗艙 中，觀察液晶顯示器上數(shù)據(jù)的變化， 并記錄實驗過程； 凈化試驗，首先重復(fù)步驟； 觀察液晶顯示器，當(dāng)液晶顯示器上甲醛與 CO 的含量的最大值與第一次大致相同時，快速連接控制 電路之間的接口； 記錄實驗過程

7、與數(shù)據(jù)，并進行相關(guān)分析。（3）試驗結(jié)果與分析。依據(jù)試驗結(jié)果，得到圖 2。通過圖 2 可以發(fā)現(xiàn)， 當(dāng)空氣凈化裝置工作時，甲醛和 CO 含量下降的程度 比凈化裝置沒有工作時的下降程度明顯增大。從而可 以證明，該文所設(shè)計的凈化裝置具有凈化功能。 同時， 經(jīng)過進一步的分析可以看出甲醛的濃度下降速率比 CO 的濃度速率下降快，證明該凈化裝置對甲醛的凈 化效果好于對 CO 的凈化效果。4 結(jié)語 該試驗所研制的動物學(xué)實驗室有害氣體凈化裝 置，可以實現(xiàn)對多種有害氣體的實時監(jiān)測，凈化效果 明顯。該項研究為改善動物學(xué)實驗室室內(nèi)空氣質(zhì)量奠 定了良好的技術(shù)基礎(chǔ)，在將其推廣實際應(yīng)用，還需在 該裝置與室內(nèi)其他空氣調(diào)節(jié)設(shè)備協(xié)調(diào)工作的合理性設(shè) 計方面進行進一步研究。參考文獻1 王杰，劉曉明 .高校實驗室安全管理工作探討 與對策研究J.實驗室技術(shù)與管理，2010, 27 (3): 247