等離子凈化技術(shù)1

1、西川和男Kazuo Nishikawa過在空氣中進行等離子放電產(chǎn)生出化學(xué)反應(yīng)性 極強的臭氧和浮游菌來進行空氣凈化的研究相 當(dāng)活躍。西川和男Kazuo Nishikawa過在空氣中進行等離子放電產(chǎn)生出化學(xué)反應(yīng)性 極強的臭氧和浮游菌來進行空氣凈化的研究相 當(dāng)活躍。同真空狀態(tài)中的離子相比，在普通大氣壓 下通過等離子體放電產(chǎn)生的離子，因壓力大， 電離度非常小，計測亦較困難，所以很難掌握 它的行動軌跡。我們對在普通大氣壓下由等離 子體放電產(chǎn)生的正負(fù)離子，用二層同心圓筒方 法對離子的濃度進行了測試。然后對使用飛行 時間分解型質(zhì)量分析裝置所生成的離子也進行 了相同的測試。根據(jù)實驗結(jié)果，尤其是對重視 了空氣凈

2、化效果后進行的實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在正 負(fù)離子束的相互作用下能大量的殺滅空氣中的 游菌，有效地凈化環(huán)境。在此實驗的基礎(chǔ)上， 我們成功地開發(fā)了利用等離子放電產(chǎn)生離子束實驗裝置及方法利用等離子放電產(chǎn)生的離子束進行空氣凈化的技術(shù)Air Purification Technology by means of Cluster Ions Generated by Discharge Plasma野島秀雄Hideo Nojima通過向空氣中釋放正、負(fù)離子束來達(dá)到凈 化空氣目的的全新概念的空氣凈化技術(shù)已開發(fā) 成功。用二層同心圓筒的方法對在普通大氣壓 下由放電等離子體產(chǎn)生的正、負(fù)離子的濃度進 行了測定，然后對使用飛行

3、時間分解型質(zhì)量分 析裝置所生成的離子也進行了相同的測定，其 結(jié)果證明離子束是由H+（H2O）和O- （H2O） （其中的m，n均為整數(shù)）構(gòu)成的。進一步關(guān) 空氣的凈化效果，發(fā)現(xiàn)在正、負(fù)離子束的相互 作用下能成功地高效地殺死空氣中的浮游菌， 滅菌率可達(dá)到約90%。We have developeda novel air purificationTechnology by心ns of posiEHy and negaE進行空氣凈化的全新概念的空氣凈化技術(shù)在 Charged ClUSter、. T poSitivelyand本文中將就在空氣中產(chǎn)生的正、負(fù)離子的基本negatively charged

4、cluster ions are generated by特性及由此開發(fā)出來的兀器件的空氣環(huán)境凈化 dischargplasmaat atmospheripressure. The ion特性進行闡述。 density was measured by the double co-cylinder method. Moreover, the generated ion species were.identified.ytime-of-flighfessspectrometerLtwasconfirmetlhatthestructuresf thepositively andnegativelyh

5、argecionswereH+(H O) , and O-(HO), respectively. We have examined the air 2 npurification properties of positively and negatively charged cluster ions. The suspended bacterias consideretdobe dueto theinteraction of positivelyndnegativelyhargeadusteiions.前言近年來，由于居住環(huán)境的高度密封化，人 們對去除空氣中的有害分子及浮游菌、造就健 康舒適的

6、居住環(huán)境的愿望越來越強烈。為此通1.1離子發(fā)生元件圖1為離子發(fā)生電極的剖面圖。在大氣壓 下用平板狀表面放電元件對放電等離子體進行 實驗。通過在電極間交替施加正高壓和負(fù)高壓， 使電極表面產(chǎn)生端面放電，由大氣壓下的放電 等離子體產(chǎn)生正、負(fù)離子。高電壓印加電極圖1離子發(fā)生電極的剖面圖1.2正、負(fù)離子的濃度測定由圖2所示，離子濃度測定裝置是使用被 稱為膠凝介質(zhì)電容的二層同心圓筒法對空氣中 離子進行計數(shù)的方式。其流量（0）1666.7cnb/sec, 圓筒長（L）為24cm,內(nèi)筒的半徑（r0）為1 cm, 外筒的內(nèi)徑（r1） 2.6cm,對外筒的施加電壓V， 設(shè)定為13.0V，臨界移動度為1cm2/V.

7、s以上的 離子進行測定。測試條件為在長20cm，直徑為 5.5cm的圓筒內(nèi)放置離子發(fā)生元件，在風(fēng)量為 0.36m3/min的空氣流通狀態(tài)下，對在離氣流吹 出部位10cm處空間的離子濃度進行測定的。此 時空氣的溫度保持在181 C,濕度應(yīng)保持在43 2%RH之間。圖2 離子濃度測定裝置1.3正、負(fù)離子的質(zhì)量光譜的測定均由飛行時間分解型質(zhì)量分析器對正負(fù)離 子的質(zhì)量光譜進行測定。1.4對空氣中的浮游細(xì)菌的滅菌實驗空氣中浮游細(xì)菌的滅菌實驗是當(dāng)離子產(chǎn)生 之后，經(jīng)一定的時間對空氣中的浮游細(xì)菌數(shù)量 進行測定。在溫度25 C，相對濕度42%， 13.5m3（2.0m*2.5m*2.7m）的區(qū)域內(nèi)噴灑菌霧，使

8、空氣中含菌濃度達(dá)到1000個/m3。用Biotest空 氣采樣器（40L/min,4分鐘取樣）采集浮游菌， 用寒天培養(yǎng)基培養(yǎng)后，檢測細(xì)菌數(shù)量。實驗菌 是類似大腸桿菌、真菌等霉菌中的一種，叫 kuladosupolyumu。1.5針對香煙煙霧中的氧化亞碳（即一氧 化二氮）的消除實驗測定實驗用箱為1m3（1m*1m*1m）用丙烯樹脂 做成的密封容器，箱內(nèi)放有帶有送風(fēng)裝置的離 子發(fā)生器混合攪拌器及煙霧吸入器、啟動吸煙 機，同時點燃5支香煙（MILDSEVEN），使離子 發(fā)生器動作并用管式氣體檢測器測定氧化亞氮 濃度的實時變化。實驗中，箱內(nèi)的環(huán)境溫度應(yīng) 保持在233C，濕度應(yīng)保持在5010%RH。2.

9、實驗結(jié)果及考察2. 1離子的發(fā)生特性在這次實驗中發(fā)現(xiàn)，所用離子發(fā)生器產(chǎn)生 的正、負(fù)離子各有數(shù)萬個/cm3,發(fā)生的程度基本 相同。2. 2正、負(fù)離子的同定義圖3為正離子的質(zhì)量光譜，并得知正離子 的質(zhì)量數(shù)以18為間隔進行表現(xiàn)的。如 19,37,55,73。由此可知正離子是由氫離子 H+生成的在其周圍配置著水分子后形湘+（H2O） m構(gòu)造的離子束。圖3圖3正離子的質(zhì)量光譜.ecn-evwuusu- &一A I L A i. - r100200300400圖4負(fù)離子的質(zhì)量光譜圖圖4負(fù)離子的質(zhì)量光譜圖正離子束負(fù)離子束圖5 正，負(fù)離子束模式圖照片1大腸菌繁殖照片圖4為負(fù)離子的質(zhì)量光譜圖。并得知負(fù)離 子的質(zhì)

10、量數(shù)也是以18為間隔進行表現(xiàn)的，如32, 50，68。由此可知負(fù)離子是由氧離子正離子束負(fù)離子束圖5 正，負(fù)離子束模式圖照片1大腸菌繁殖照片2 成的，在其周圍配置水分子后形成O- （H20） n 構(gòu)造的離子束。2圖5為由離子發(fā)生器產(chǎn)生的正，負(fù)離子束 的模式示意圖。3 .用于凈化空氣3.1對空氣中浮游細(xì)菌的滅菌效果3.1.1對浮游細(xì)菌（大腸菌）的滅菌效果圖6為空氣中的大腸桿菌濃度隨時間變化 情況的表示。向空氣中釋放濃度為5萬個/cm3 的正、負(fù)離子束，過一小時后確認(rèn)發(fā)現(xiàn)原空氣 中90%的大腸桿菌被殺死。照片1為采樣后用寒 天培養(yǎng)基培養(yǎng)24小時后的示意圖。在無正、負(fù) 離子的情況下發(fā)現(xiàn)有大腸桿菌的群體

11、，而在有 正、負(fù)離子作用的情況下未發(fā)現(xiàn)存在大腸桿菌 的群體。由此可知，在正、負(fù)離子存在的環(huán)境 中大腸桿菌會死亡。圖6正，負(fù)離子束除去浮游大腸菌濃度隨時間變化情況a.有正、負(fù)離子的情況 b.無正、負(fù)離子的情況圖7正、負(fù)離子發(fā)生和僅有負(fù)離子發(fā)生時的殺菌特性圖7為正、負(fù)離子發(fā)生和僅有負(fù)離子發(fā)生 時的殺菌特性表示圖。僅有負(fù)離子（濃度5萬 個/cm）發(fā)生的情況下，經(jīng)一小時后細(xì)菌的殘存 率仍有85% （殺菌率15%），滅菌效果非常弱小。 然后加入正離子，在正、負(fù)離子各自濃度為5 萬個/cm的情況下，經(jīng)一小時后，細(xì)菌的殘存率 僅為16% （殺菌率84%），取得了顯著的滅菌效 果。由此認(rèn)識到只有正、負(fù)離子束的

12、相互作用 才能有效的殺滅細(xì)菌。3.1.2對浮游真菌（霉菌）的殺菌效果圖8為空氣中浮游真菌濃度的隨時間變化 的示意圖。按正、負(fù)離子在空氣中放出各自濃 度為5萬個/cm，經(jīng)一小時后確認(rèn)發(fā)現(xiàn)，對浮游 真菌的殺菌效果達(dá)到90%。照片2為正、負(fù)離子 發(fā)生和僅有負(fù)離子發(fā)生時霉菌的繁殖情況表 示。經(jīng)10天放置后，僅有負(fù)離子發(fā)生的實驗中 仍見到霉菌繁殖，而在正、負(fù)離子同時存在的 情況下未發(fā)現(xiàn)有霉菌繁殖。由此可知，只有在 正、負(fù)離子束的相互作用下才能有效地抑制霉菌繁殖。圖8正，負(fù)離子束除去空氣中浮游真菌濃度隨時間變化情況照片2霉菌繁殖的情況：（a）菌繁殖。圖8正，負(fù)離子束除去空氣中浮游真菌濃度隨時間變化情況照片

13、2霉菌繁殖的情況：（a）正、負(fù)離子發(fā)生時（b）僅有負(fù)離子發(fā)生時圖10使用活性碳時，有無正、負(fù)離子對香煙煙霧中氧化亞氮的消除效果a活性碳b活性碳+正、負(fù)離子束圖9正、負(fù)離子束殺死浮游菌的分子結(jié)構(gòu)3.1.3正、負(fù)離子束殺死浮游菌的分子 結(jié)構(gòu)圖9為正、負(fù)離子束殺死浮游菌的分子結(jié) 構(gòu)示意圖。即由正、負(fù)離子束對浮游在空氣中 的細(xì)菌，真菌（霉菌）等進行包圍并在細(xì)菌表 面通過正、負(fù)離子束的化學(xué)反應(yīng)生成 OH及 樣2,由此讓細(xì)菌死亡。3. 2香煙煙霧中氧化亞氮的消除效果圖10為針對香煙煙霧中的氧化亞氮，使用 活性碳過濾器及在使用活性碳過濾器的同時附 加正、負(fù)離子束情況下，氧化亞氮殘存率隨時 間變化的情況表。僅

14、使用活性碳時的氧化亞氮 殘存率為50%，且達(dá)到吸附飽和狀態(tài)。然而使用 活性碳再加正、負(fù)離子束的情況下氧化亞氮完 全被除去。由此得知，因增加了正、負(fù)離子使 對消除香煙煙霧中氧化亞氮的消除效果是由于 加入了正、負(fù)離子而被大幅度提高了。3.3自然界中的離子濃度表1所表示的為自然界中的正、負(fù)離子濃 度。已經(jīng)知道在森林中正、負(fù)離子的濃度程度 幾乎是相同的，正、負(fù)離子是保持平衡的。而 高速公路附近辦公室等空氣受污染的地方正、 負(fù)離子的濃度很低。只有森林中的520%。另外， 在辦公室內(nèi)正離子的濃度偏高，正、負(fù)離子的平衡狀態(tài)遭到破壞。至此才明確到空氣清晰、 舒適的森林同空氣混濁的辦公室的異樣感的原 因是由于正

15、、負(fù)離子的平衡度及濃度存在很大 的差異的因素。依據(jù)上述實驗結(jié)果，本公司于 2001年開發(fā)的離子元件能夠通過感應(yīng)器感知空 氣的污染程度，釋放出同等比例的正負(fù)離子實 現(xiàn)凈化空氣，這種方式稱為CLEAN MODE。也可 以通過釋放多量的負(fù)離子來調(diào)整離子平衡，達(dá) 到使人精神振奮的效果，這種方式稱為REFRESH MODE。本公司的產(chǎn)品可以自由切換這兩種方式。 照片3為所開發(fā)的離子發(fā)生器照片。表1自然界中的正、負(fù)離子濃度負(fù)離子正離子個/cm3森林4, 1004, 3004, 1004, 200高速道路附近（屋外）700800700800辦公室內(nèi)50100200300照片3 離子發(fā)生器的照片。總結(jié)針對開發(fā)

16、成功的離子發(fā)生器生成的正、負(fù) 離子的基礎(chǔ)特性和空氣凈化特性進行了調(diào)查， 并將結(jié)果由如下幾點進行表述說明（1）產(chǎn)生的正離子和負(fù)離子的濃度基本相 同。正氫離子和負(fù)氧離子在配位水分子后形成 離子束。（2）在正、負(fù)離子束的相互作用下能有效 的殺滅空氣中的浮游細(xì)菌。（3）在活性碳上附加正、負(fù)離子能有效的 消除香煙煙霧中的氧化亞氮。（4 ）得知同空氣受到污染的辦公室環(huán)境相 比較，使人感覺到空氣清新舒適的森林環(huán)境是 由于正、負(fù)離子的濃度保持著平衡及濃度值高 的原因所致。此次開發(fā)成功的利用正、負(fù)離子進行空氣 凈化的技術(shù)對環(huán)境凈化已顯示出多方面的優(yōu)秀 特性，并已被裝載于空調(diào)器（空調(diào)、空氣清新 器、除濕器、加濕器、暖風(fēng)機）以及電冰箱上 進入了人們的家庭。今后，在家用電器以外的 其他領(lǐng)域應(yīng)該亦能得到廣泛的應(yīng)用。謝