室內(nèi)空氣凈化技術(shù)的研究進(jìn)展及應(yīng)用

1、室內(nèi)空氣凈化技術(shù)的研究進(jìn)展及應(yīng)用摘要：現(xiàn)今，室內(nèi)空氣污染已嚴(yán)重危害到人體的健康，并成為世界性的問題，對(duì)室內(nèi)空氣凈化技術(shù)的研究顯得十分必要。文章重點(diǎn)介紹目前主要的室內(nèi)空氣凈化技術(shù)和方法，分析其作用原理和應(yīng)用范圍、各種技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)及研究進(jìn)展，最后對(duì)凈化技術(shù)的研究方向和前景進(jìn)行了展望。引言室內(nèi)空氣污染早在上世紀(jì)60年代中期就已出現(xiàn)，隨著人們生活水平的提高，裝修業(yè)日益興起，室內(nèi)空氣污染問題也日趨嚴(yán)重。人類有90%的時(shí)間是在室內(nèi)工作和生活的，其中60%左右的時(shí)間是在家里。據(jù)有關(guān)國(guó)際組織調(diào)查，全世界每年有280萬人直接或間接死于裝修污染，世界上30%的新建和重修的建筑物存在有害于健康的室內(nèi)空氣污染1。因此

2、，對(duì)室內(nèi)空氣的凈化也變得越來越重要。室內(nèi)空氣凈化是借助專門的系統(tǒng)分離或轉(zhuǎn)化室內(nèi)空氣污染物，使其從室內(nèi)空氣中分離出來，或轉(zhuǎn)化成無害的物質(zhì)。該法特別適用于污染源控制和通風(fēng)不能解決的室內(nèi)空氣污染的場(chǎng)所。目前應(yīng)用較為廣泛的室內(nèi)污染物的凈化技術(shù)主要有：吸附凈化技術(shù)、離子化技術(shù)、光催化氧化技術(shù)、生物凈化技術(shù)、植物凈化技術(shù)等。1 單一室內(nèi)空氣凈化技術(shù)1.1吸附凈化技術(shù)吸附凈化技術(shù)是利用多孔性固體吸附劑處理氣體混合物，使其中一種或多種組分吸附在固體表面上，從而達(dá)到分離的目的。吸附技術(shù)由于脫除效率高，富集功能強(qiáng)，適用于幾乎所有的惡臭有害氣體的處理，因而是脫除有害氣體比較常用的方法，分為物理吸附和化學(xué)吸附兩種。近

3、來開發(fā)的活性碳纖維(ACF)具有吸附容量大、吸附速度快、對(duì)低濃度物質(zhì)的吸附性能特別優(yōu)良、再生條件不苛刻，e對(duì)ACF與光催化結(jié)合凈化室內(nèi)空氣中的VOCs進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，即使在十億分之一濃度水平，仍可取得滿意效果2。1.2膜分離凈化膜分離凈化技術(shù)是一項(xiàng)簡(jiǎn)單、快速、高效和經(jīng)濟(jì)節(jié)能的新技術(shù)，是利用各組分在壓力推動(dòng)下透過膜的傳質(zhì)速率不同而達(dá)到分離的目的。目前用于分離氣體的合成膜主要有有機(jī)聚合膜和無機(jī)膜兩種類型。有機(jī)膜具有分離系數(shù)高的優(yōu)點(diǎn)，但它耐熱和耐腐蝕性差，使用過程中易老化，易堵塞，氣體分離通透性低。目前用于室內(nèi)空氣中揮發(fā)性有機(jī)物的凈化的研究還未見報(bào)道。無機(jī)膜分離技術(shù)已廣泛應(yīng)用于空氣分離制取富氧

4、、濃氮的氣體及天然氣分控制等領(lǐng)域，龔圣等3對(duì)利用無機(jī)陶瓷膜凈化室內(nèi)空氣做了相關(guān)報(bào)道，但其對(duì)室內(nèi)低濃度VOC的去除效果并不理想。而有機(jī)膜具有高的分離系數(shù)，因此怎樣使兩者有機(jī)結(jié)合起來，揚(yáng)長(zhǎng)避短，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，也已成為研究的熱點(diǎn)。1.3生物過濾技術(shù)生物法凈化有機(jī)廢氣的研究，國(guó)外是從20世紀(jì)80年代初逐步展開的，最初應(yīng)用是在堆肥場(chǎng)和動(dòng)物脂肪加工場(chǎng)的有機(jī)廢氣脫臭處理方面。目前主要用在處理低濃度、高流量的臭味、氨氮化合物以及有機(jī)揮發(fā)性氣體等，尤其是針對(duì)苯、甲苯、乙苯及苯乙烯的研究處理已經(jīng)成為當(dāng)前研究的一個(gè)熱點(diǎn)。而國(guó)內(nèi)是從20世紀(jì)90年代開始，利用生物技術(shù)處理揮發(fā)性有機(jī)污染化合物。金耀明4等利用生物膜分離技術(shù)分

5、離醇、醛、酮和苯、甲苯、乙苯、二甲苯以及苯乙烯等簡(jiǎn)單的芳香族化合物，效果非常明顯。殷峻等5進(jìn)行了泥碳生物濾塔處理低濃度H2S惡臭氣體的實(shí)驗(yàn)，去除率達(dá)到99%以上。生物過濾法有其廣泛的前景，具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，投資少、操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行費(fèi)用低、可靠安全、較強(qiáng)的惡臭去除能力、能耗低、不受冬季寒冷氣候的影響，如果設(shè)計(jì)得當(dāng)，運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用很低。主要缺點(diǎn)是占地面積大、難以控制濾料的均一性、透氣性、濕度、溫度和pH等至關(guān)重要的操作參數(shù)。1.4靜電技術(shù)靜電技術(shù)在工業(yè)除塵中的應(yīng)用已有近100年歷史，將其應(yīng)用于小環(huán)境的空氣凈化是一種較新的空氣凈化方法。它主要是利用高壓靜電場(chǎng)形成電暈，在電暈區(qū)里有自由電子和離子逸出，這些

6、帶電粒子就會(huì)在運(yùn)動(dòng)中不斷地碰撞和吸附到塵埃顆粒上。從而使灰塵帶上電荷，荷電后的粉塵等微粒在電場(chǎng)力作用下，就會(huì)沉積并滑落，使空氣中的顆粒物和塵埃等除去，達(dá)到使空氣潔凈的目的。但是其除菌的具體效果還有待進(jìn)一步驗(yàn)證，而且該方法不能有效除去室內(nèi)空氣中的有害氣體如VOCs等6，同時(shí)，該技術(shù)的使用會(huì)產(chǎn)生臭氧，而臭氧對(duì)人體是有害的7，靜電技術(shù)還存在吸附不徹底的缺點(diǎn)8。1.5納米TiO2光催化技術(shù)在光作用下，納米TiO2能把空氣中的甲醛、氨氣、苯等有害氣體轉(zhuǎn)化為無毒化合物，對(duì)環(huán)境空氣起到極好的凈化作用，并能避免二次污染的發(fā)生。王曉強(qiáng)等9在凈化空氣多功能內(nèi)墻涂料的制備及其性質(zhì)研究中得出：隨著光照時(shí)間的延長(zhǎng)，不含

7、納米TiO2的樣品箱內(nèi)甲醛濃度幾乎沒有變化，而在含有納米TiO2的樣品箱內(nèi)甲醛濃度逐漸下降。在納米TiO2含量分別為1%、2%、3%時(shí)，甲醛降解率分別為81.4%、86.1%、92.3%，在3%時(shí)降解率達(dá)到最大。陳小泉10等對(duì)納米TiO2晶體膠體膜的光催化降解作了研究，在某100平方米居民樓居室，測(cè)濃后，進(jìn)行納米膠體處理，施工一周后，按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定殘留濃度。其結(jié)果見表1-1：表1-1 納米膠體對(duì)實(shí)際居室空氣的凈化效果 單位：mg/m3 1.6低溫等離子體凈化技術(shù)低溫等離子體凈化技術(shù)去除氣態(tài)污染物的作用機(jī)理：常壓下，氣體放電產(chǎn)生的高度非平衡等離子體中，數(shù)萬度的電子溫度遠(yuǎn)高于氣體溫度，此種特性對(duì)治

8、理有害氣體具有極其重要的價(jià)值。這種高度非平衡等離子體中含有大量的激發(fā)態(tài)、亞穩(wěn)態(tài)、游離態(tài)粒子以及各種離子、電子和光子等。它們的能量和部分氣體分子結(jié)合能如表1-2所示11，從表中的數(shù)據(jù)比較可以看出，這些活性粒子的化學(xué)性質(zhì)比基態(tài)分子活躍得多。在電場(chǎng)作用下，氣體分子處于激發(fā)態(tài)，當(dāng)氣體分子獲得的能量大于其分子鍵的結(jié)合能時(shí)，氣體分子的分子鍵斷裂，有害氣體分子直接分解成單質(zhì)原子或由單一原子構(gòu)成的無害氣體分子。表1-2 低溫等離子體能量和一些氣體分子的鍵能袁旭東等12對(duì)低溫等離子體凈化室內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物方面作了研究，匯總了幾種揮發(fā)性有機(jī)物在低溫等離子體作用下的分離效率，如甲烷為29，丁烷為58，乙烯為96，三氯

9、乙烷為90，三氯乙烯為99，四氯乙烯為99等。目前，對(duì)于低溫等離子體凈化技術(shù)的研究或改進(jìn)不斷的進(jìn)行著，特別是低溫等離子體與光催化相結(jié)合方面。二者如果結(jié)合運(yùn)用，能夠有效的發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)，相互協(xié)同作用，能夠更快的分解空氣中的有害物質(zhì)和滅菌除臭，在一定的程度上能夠提高其凈化效率。1.7負(fù)離子技術(shù)空氣負(fù)離子凈化技術(shù)的原理為：空氣中的負(fù)離子能與空氣中的微小污染顆粒相吸附，成為帶電的大離子，而沉降下來。在污染物沉積的過程中，負(fù)離子的數(shù)目也在大量的減少。此外，負(fù)離子還能起到消毒與滅菌的目的。適當(dāng)濃度的負(fù)離子對(duì)人體的生理功能有某些促進(jìn)作用，但負(fù)離子并不能真正的清除室內(nèi)空氣中的污染物，把它們排出室外，只是單純的

10、使其附著在地面或家具表面上，有可能因飛揚(yáng)再次污染室內(nèi)空氣。馮艷文等13應(yīng)用天然礦物的改性活化技術(shù)和納米稀土激活技術(shù)研制的健康環(huán)保型建筑內(nèi)墻涂料，不僅具有較為優(yōu)越的常規(guī)性能，還集無污染、抗菌、防霉、輻射遠(yuǎn)紅外線、釋放負(fù)離子等對(duì)人體健康有益的功能于一身。負(fù)離子技術(shù)也可應(yīng)用到建材上，如負(fù)離子涂料，其能夠持續(xù)釋放的負(fù)離子與室內(nèi)污染源持續(xù)釋放的有害氣體（正離子）不斷中和、降解，可長(zhǎng)期起到去除甲醛的作用。1.8其它凈化技術(shù)綠色植物凈化技術(shù)是靠綠色植物自身的阻滯吸收、貯藏和轉(zhuǎn)化作用降低室內(nèi)污染物的濃度提高室內(nèi)空氣品質(zhì)，以降低對(duì)人體的損害。綠色植物能凈化室內(nèi)空氣，保持室內(nèi)空氣有較高的品質(zhì)。能凈化空氣中污染物的

11、植物主要有蘆薈、吊蘭、綠蘿、君子蘭、仙人掌、鵝掌柴、美人蕉、常春藤和文竹等。李慶君14對(duì)7種觀賞植物吸收甲醛能力進(jìn)行了測(cè)定，結(jié)果為海芋綠蘿虎皮蘭綠寶石佛肚竹肉桂，且2 年生的虎尾蘭吸收甲醛的能力強(qiáng)于5年生的虎尾蘭。黃愛葵15用改良Wolvertio的試驗(yàn)裝置，對(duì)4種植物凈化苯及甲醛能力進(jìn)行了研究結(jié)果表明，愛玉合果芋黃金葛金邊虎尾蘭吊蘭；但對(duì)4種植物在苯環(huán)境中的生理抗性研究表明，愛玉合果芋吸收苯的效果最好，并且抗性最強(qiáng)，其次是黃金葛、金邊虎尾蘭，吊蘭的抗性最差，有個(gè)別葉片葉尖出現(xiàn)枯萎現(xiàn)象，其它植物葉片表面未出現(xiàn)變化。說明植物在有較高污染物濃度的環(huán)境下，其生理狀況會(huì)發(fā)生變化，在一定程度上影響其生長(zhǎng)

12、。選擇植物凈化室內(nèi)空氣的前提是輕度污染。應(yīng)有針對(duì)性地根據(jù)污染物種類，選擇所需要的植物進(jìn)行凈化。紫外線消毒凈化技術(shù)主要是用于消毒真菌、細(xì)菌。紫外線消毒裝置平均去除空氣中菌數(shù)效率能達(dá)到84%以上。臭氧凈化技術(shù)原理是以普通空氣通過高壓電場(chǎng)，使空氣中的氧電離，并迅速合成臭氧，它克服可紫外線及一些常用化學(xué)消毒劑的不足之處。另外，對(duì)室內(nèi)空氣污染防治新技術(shù)、新方法的研究取得了顯著的進(jìn)展，相繼開發(fā)出遮蓋法、相消法、掩蔽法、冷凝法、高溫燃燒法和濕式除氣法(吸收法)等一系列新方法、新技術(shù)。2多種控制技術(shù)的組合上述的各種單一凈化技術(shù)，雖然在某些污染物的去除上取得了滿意的效果，但由于室內(nèi)污染物來源廣，種類多，各種凈化

13、技術(shù)受限于自身的局限性，表現(xiàn)在：(1)只能對(duì)一種或幾種污染物具有良好的凈化效果，而對(duì)其它污染物卻無能為力；(2)反應(yīng)生成的副產(chǎn)物會(huì)造成二次污染；(3)有些副產(chǎn)物如O2或O3等會(huì)影響凈化效果；(4)受環(huán)境因素影響較大；(5)能耗偏大，能量的利用率低。上述單一的方法均存在一定的局限性，無法全面祛除室內(nèi)空氣污染，必須進(jìn)行綜合使用各種技術(shù)，將多種技術(shù)融合，取長(zhǎng)補(bǔ)短，才能徹底解決室內(nèi)空氣污染問題。程琰16等的研究報(bào)道，發(fā)展組合技術(shù)是技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)之一，如活性炭吸附技術(shù)與光催化技術(shù)的組合，活性炭的吸附能力使氣態(tài)污染物富集到某一特定的環(huán)境，從而提高了光催化氧化反應(yīng)速率，而且可以吸附中間副產(chǎn)物使其進(jìn)一步被催化

14、氧化，達(dá)到完全凈化。另外，由于被吸附的污染物在光催化劑的作用下參與了氧化反應(yīng)，使活性炭得以再生，從而也延長(zhǎng)了活性炭的使用周期。文遠(yuǎn)高17等提出了依次采用多種控制技術(shù)的組合來控制和解決室內(nèi)空氣污染方案，靜電除塵用于去除空氣中的顆粒物及塵埃；活性炭用于可吸入粒子的進(jìn)一步凈化，同時(shí)吸附空氣中的部分有害氣體；光催化氧化系采用光源照射納米材料（如TiO2）有效分解甲醛、苯、氯乙烯等有機(jī)污染物和SOX、NOX等無機(jī)物；光源一般采用紫外光，其兼有除臭、殺菌等功能；負(fù)離子發(fā)生器產(chǎn)生負(fù)氧離子，能使空氣清新，有助于消除人體疲勞，同時(shí)可中和空氣中帶正電的微粒。該方案處理過程較復(fù)雜，需定期更換吸附材料，實(shí)際應(yīng)用中效果

15、如何有待進(jìn)一步研究。3結(jié)論與展望目前，室內(nèi)污染物種類繁多，成分復(fù)雜，包括無機(jī)物、VOCs、微生物等。盡管各種凈化技術(shù)有其優(yōu)勢(shì)，但基于單一凈化技術(shù)的局限性，在室內(nèi)空氣凈化的研究方面人們積極探索聯(lián)合處理方法?，F(xiàn)階段，根據(jù)所處理的污染物類型的不同，將目前主要的室內(nèi)凈化技術(shù)(靜電、過濾、吸附、光催化、等離子、負(fù)離子、膜技術(shù)以及生物技術(shù)等)合理地結(jié)合在一起，綜合各種方法的優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)單一方法的不足。為此，學(xué)者們將高效濾料用于室內(nèi)空氣污染物凈化，高效濾料結(jié)合了過濾吸附，電化學(xué)氧化還原，離子化相結(jié)合，即避免了單一凈化技術(shù)的弱點(diǎn)，又可以反復(fù)沖洗利用，是當(dāng)前用于室內(nèi)空氣凈化方法中最具有生命力的新方向之一。結(jié)合室內(nèi)

16、空氣污染及其控制技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，提出以下幾點(diǎn)展望。（1）采用綜合方法，凈化室內(nèi)空氣污染?，F(xiàn)有的技術(shù)都各有長(zhǎng)短，單憑某一種技術(shù)很難達(dá)到理想的效果。發(fā)展組合技術(shù)是技術(shù)發(fā)展的方向之一。（2）選用經(jīng)濟(jì)合理、無二次污染或副作用的技術(shù)。技術(shù)是否實(shí)用很大程度上取決于其經(jīng)濟(jì)性；有違“技術(shù)綠色化”趨勢(shì)的技術(shù)缺點(diǎn)，必不利于實(shí)際應(yīng)用。（3）開發(fā)一體化、小型化的空氣凈化裝置。由于室內(nèi)空氣污染涉及到污染物的種類多樣，目前使用的空氣凈化器都不是采用某個(gè)單一的技術(shù)手段，而是針對(duì)所需去除污染物的種類，采用多種技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化組合的復(fù)合式技術(shù)手段。（4）以裝飾治理裝飾污染，開發(fā)具有凈化功能的建筑裝飾材料?？諝鈨艋牧吓c建筑裝飾材料

17、實(shí)現(xiàn)復(fù)合，充分發(fā)揮后者的載體功能，以裝飾治理裝飾污染，該方法從源頭進(jìn)行防治，是一種值得考慮的方法。參考文獻(xiàn)1 陳曉東. 中國(guó)室內(nèi)裝修污染及健康危害研究進(jìn)展J. 中國(guó)公共衛(wèi)生，2003， 19(10)：126.2 AO C H，Lee S CCombination effect of activated carbon with TiO2 for the photode gradation of binary pollutants at typical indoor air levelJJournal of Photochemistry and Photobiology A：Chemistry，2

18、004，161：1311403 龔圣，黃肖容，隋賢棟室內(nèi)空氣凈化技術(shù)J環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備，2004，5(4)：5557，694 金耀明，陳建孟生物過濾技術(shù)在大氣污染控制中的應(yīng)用J環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備，2001，2(3)：76805 殷峻，方士，陳英旭泥炭生物濾塔處理低濃度H2S氣體的試驗(yàn)研究J環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2003，23(1)：39426 Richardson G，Harwood G J，Eick S A，et alReduction of fine air borne particulates(PM3)in a small city centre of fice，by altering electrostatic forces JThe Science of the Total Environment，2001，269：1451557 張文麗，徐東群，崔九思空氣細(xì)顆粒物(PM215)污染特性及其毒性機(jī)理的研究進(jìn)展J中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)，2002，18(1)：59638 Niu J L，Tung T C W，Burnett JQuantifica