GreenWind室內(nèi)空氣凈化器濾芯的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化

作品名稱：GreenWind室內(nèi)空氣凈化器濾芯的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化大類：科技發(fā)明制作B類小類：能源化工簡介：本項目制定一套集室內(nèi)大氣污染模擬、采樣、分析于一體的規(guī)范化方法，搭建了空氣凈化器對室內(nèi)多種空氣污染物去除效果的測試平臺。以大孔吸附樹脂和大孔離子交換樹脂為原料分別固載錳氧化物、CaO2開發(fā)高效新型濾芯，與HEPA過濾網(wǎng)等部件有機組合、制造高效環(huán)保空氣凈化器。在實現(xiàn)高效去除室內(nèi)空氣污染物的基礎(chǔ)上，優(yōu)化風(fēng)道設(shè)計，克服目前空氣凈化器對室內(nèi)空氣的重復(fù)循環(huán)化處理，以期達到輸送新風(fēng)的效果。詳細介紹：1.引言1.1我國室內(nèi)空氣污染狀況目前，我國的大氣污染問題日益突出，全國多地遭遇霧霾天氣。據(jù)統(tǒng)計，中東部地區(qū)受霧霾影響較為嚴(yán)重，16個城市灰霾天數(shù)均超過100天，其中南京市一年內(nèi)的灰霾天數(shù)高達211天。在重度污染的情況下，部分地區(qū)PM2.5超過900μg/cm3甚至爆表。霧霾中的氮氧化物、硫化物、PM2.5等顆粒物等大氣污染物會對人體健康產(chǎn)生嚴(yán)重的危害。在如此嚴(yán)重的大氣污染背景下，我們的室內(nèi)空氣質(zhì)量同樣堪憂。除了室外污染源的“貢獻”，建筑材料、裝修材料，家具，電器等釋放的揮發(fā)性有機污染物同樣威脅著人們的健康安全。室內(nèi)空氣化學(xué)性污染物主要分為三類：PM2.5、多環(huán)芳烴（PAH）和揮發(fā)性有機物（VOC）。通過分析南京市某住宅小區(qū)和學(xué)校食堂、辦公室的空氣樣品發(fā)現(xiàn)，絕大部分樣品中能檢測到5種美國環(huán)保署（USEPA）優(yōu)先控制的PAH，包括萘、苊烯、苊、芴和菲，樣品中PAH總量介于230-1540ng/m3。此外，有研究證實人們?nèi)粘Ｉ?、工作和學(xué)習(xí)的場所均面臨嚴(yán)重的由VOC貢獻的空氣污染。我國室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB/T18883-2002）中規(guī)定苯、甲苯和二甲苯的濃度限值為0.11、0.20、和0.20mg/m3，而這些室內(nèi)空氣樣品中三類苯系物的含量超標(biāo)10-650倍。1.2室內(nèi)空氣凈化技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀在室內(nèi)空氣污染控制方面，使用空氣凈化器是能在較短時間內(nèi)快速去除目標(biāo)污染物的方法。近幾年我國的空氣凈化器市場處于快速發(fā)展的態(tài)勢，但凈化器產(chǎn)品良莠不齊。目前，室內(nèi)空氣凈化技術(shù)主要有以下幾類：（1）靜電集塵技術(shù)，利用正電暈放電，將帶電顆粒收集在集塵裝置上。除塵、除菌效果好，不用更換濾芯。但除塵效率低，對于去除室內(nèi)甲醛、苯等有機物幾乎沒有效果，且產(chǎn)生臭氧，產(chǎn)生二次污染問題。（2）臭氧消毒技術(shù)，放電產(chǎn)生大量的等離子體和多種由臭氧組成的活性自由基。臭氧雖可瞬間氧化分解有毒有害物質(zhì)，但超標(biāo)的臭氧對人體健康有害，不能做到人機共存。（3）光催化技術(shù)，在特定波長的紫外線照射下，納米級催化劑與有害氣體發(fā)生強氧化反應(yīng)，但在實際應(yīng)用中的效果甚微。另外，無光情況下，自帶紫外光會對人體產(chǎn)生危害；作用范圍小，僅局限在光觸媒網(wǎng)面上；光觸媒光化學(xué)活性太強，使用壽命低。（4）負離子技術(shù)，產(chǎn)生的負離子與空氣中污染顆粒相吸附后成為帶電的大粒子，被地面吸引后沉降，起到凈化作用，且不需更換濾芯。但對揮發(fā)性有機污染物的凈化仍舊沒有效果，且?guī)щ姛o選擇性，產(chǎn)生電磁波干擾。（5）物理凈化技術(shù)，由活性炭過濾網(wǎng)等組成，活性碳雖然表面積大，吸附力較強，但極易飽和，一旦飽和，其本身又會變成污染源。此外這些過濾網(wǎng)壽命不長且更換費用昂貴，整體性價比不高。由此可見，目前市場上的空氣凈化器存在的缺陷主要集中在對揮發(fā)性有機污染物凈化效果差，濾芯更換價格高兩個方面。因此，用對污染物去除能力強、廉價的吸附材料對現(xiàn)有空氣凈化器進行改進迫在眉睫。1.3納米CaO2和大孔樹脂的應(yīng)用現(xiàn)狀過氧化鈣一種兼具釋氧性和氧化性的環(huán)境友好型材料，已廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)種植、水產(chǎn)養(yǎng)殖、食品和醫(yī)療行業(yè)。在環(huán)境修復(fù)領(lǐng)域，因其釋氧性，CaO2可提高環(huán)境介質(zhì)中溶解氧的含量，不僅能抑制底泥中磷的釋放，還能在地下水生物修復(fù)、土壤生物修復(fù)中起到促進作用。CaO2作為氧化劑可有效修復(fù)被四氯乙烯(PCE)、總石油烴(TPH)、多環(huán)芳香烴(PAH)和2，4，6-三硝基甲苯(TNT)污染的土壤，其中，CaO2對PCE和TPH的去除率分別為98%和95.6%，高于生物降解和芬頓反應(yīng)降解作用；使用CaO2后PAH的去除效率從5%提高至44%，TNT的去除率為80%-90%。然而，在實際應(yīng)用中粒徑較大的CaO2在水中不易分散，會產(chǎn)生嚴(yán)重的團聚現(xiàn)象，這將限制CaO2在環(huán)境介質(zhì)中的遷移和擴散，降低CaO2與污染物的接觸機會和反應(yīng)速率，并影響其對污染物的去除效果。因此，將CaO2的粒徑減小至納米級便可提高其分散性、遷移性和反應(yīng)性，從而避免上述CaO2在環(huán)境修復(fù)中出現(xiàn)的問題。目前，國內(nèi)外對制備納米CaO2（nCaO2）的研究較少，且暫無研究報道nCaO2對污染物的去除效果。大孔吸附樹脂（SD300）是一類不含交換基團、內(nèi)部呈交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的高分子珠狀體，具有良好的孔結(jié)構(gòu)和很大的比表面積，可通過范德華引力從水中吸附有機溶質(zhì)，實現(xiàn)廢水中有機物的富集和分離。大孔強堿性陰離子交換樹脂（D213）內(nèi)部含大量季胺基，這些帶正電的季胺基會對陰離子產(chǎn)生靜電吸引，從而使目標(biāo)污染物富集在樹脂孔道內(nèi)，這種靜電吸引作用被稱為Donnan膜效應(yīng)。王津南等報道酚羥基修飾后的超高交聯(lián)聚苯乙烯樹脂JN-2具有微孔結(jié)構(gòu)，比表面積大，Langmuir和Freundlich吸附等溫方程擬合其對苯酚的吸附等溫線，當(dāng)溶液平衡濃度(Ce)為1.0和4.0mM時，JN-2對苯酚的平衡吸附容量(qe)分別達到0.96和1.66mmol/L，目前，樹脂吸附技術(shù)已廣泛應(yīng)用于有機廢水處理。然而，這一技術(shù)的不足之處在于被樹脂吸附的有機物無法自行分解，會產(chǎn)生二次污染。為此，近年來不斷涌現(xiàn)出兼?zhèn)湮胶脱趸δ艿男滦蜆渲鶑?fù)合材料，例如：負載零價納米鐵的樹脂可氧化降解偶氮染料甲基橙；錳氧化物/樹脂基復(fù)合材料可高效降解磺胺類抗生素。這些復(fù)合材料彌補了樹脂吸附技術(shù)的缺陷，而以樹脂為基材也可增加固載物的使用范圍和反應(yīng)性。郭延輝等以樹脂為載體，有效解決了納米鐵在使用中的團聚問題，實現(xiàn)對偶氮染料DSB5B廢水的脫色處理。文獻報道的其他固載技術(shù)，如胡六江先將鈉基膨潤土改性為有機膨潤土，然后用有機膨潤土負載納米鐵去除廢水中硝基苯的技術(shù)，前處理過程復(fù)雜繁瑣，而以樹脂作為載體，不需要復(fù)雜的前處理過程，操作簡單，在反應(yīng)后易實現(xiàn)固液分離，且材料可回收并多次重復(fù)利用?；诩{米CaO2的強氧化性以及大孔吸附樹脂吸附容量大、易再生的優(yōu)勢，本項目提出以大孔吸附樹脂為基材固載納米CaO2，通過制備納米CaO2、優(yōu)化納米CaO2固載量和固載強度，實現(xiàn)納米CaO2/樹脂基復(fù)合材料高效、持久吸附-降解室內(nèi)VOC類污染物。1.4空氣凈化器效能評測方面已建的標(biāo)準(zhǔn)方法我國自20世紀(jì)90年代末逐步提出了一系列與空氣凈化產(chǎn)品相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，主要包括：JG/T22-1999《一般通風(fēng)用空氣過濾器性能試驗方法》、GB/T18801-2002版/2008版《空氣凈化器》、QB/T2761-2006《室內(nèi)空氣凈化產(chǎn)品凈化效果測定方法》、JC/T1074-2008《空氣凈化功能墻面涂覆材料凈化性能》、JG/T294-2010《空氣凈化器污染物凈化性能測定》。我國空氣凈化器的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)GB/T18801-2008僅考慮粒徑在0.3微米以上的顆粒物，但是由PM2.5污染引發(fā)的健康問題比大顆粒物更為嚴(yán)重。因此，將PM2.5去除率作為空氣凈化器性能評價中的重要指標(biāo)是十分必要的。此外，我國現(xiàn)有空氣凈化器評測標(biāo)準(zhǔn)所考慮的污染物代表性不強且不全面，CADR、凈化壽命和副產(chǎn)物凈化效率問題，檢驗規(guī)則、空氣凈化器性能標(biāo)識等凈化器的重要性能參數(shù)的測試方法仍存在不足。中國質(zhì)量認證中心（CQC）聯(lián)合國家室內(nèi)環(huán)境與室內(nèi)環(huán)保產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心正式發(fā)布了《空氣凈化器環(huán)保認證規(guī)則》（以下簡稱《規(guī)則》）?！兑?guī)則》在采用國標(biāo)GB/T18801-2008的基礎(chǔ)上，引用了《家用和類似用途電器抗菌、除菌、凈化功能空氣凈化器的特殊要求》的相關(guān)要求，按照第五種認證模式對空氣凈化器的凈化功能進行認證，以滿足消費者對空氣凈化器安全、環(huán)保全方位的需求。但這一認證目前主要以推廣為主，不具有強制性。目前，空氣凈化器在我國并未列入國家強制認證的產(chǎn)品名單之內(nèi)，沒有一個統(tǒng)一的部門進行功能性認證，只需通過質(zhì)量認證即可。由此，在我國尚無統(tǒng)一的凈化器評測標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)狀下，市場上的空氣凈化器優(yōu)缺點與局限性很難為消費者所知。搭建空氣凈化器對室內(nèi)多種污染物（如PM2.5、甲醛、苯系物等）去除效果的規(guī)范化測試平臺，將在推進行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的建立方面起到積極的作用。2.研究內(nèi)容2.1研究內(nèi)容本研究在國內(nèi)外現(xiàn)有的空氣凈化器凈化效能評價標(biāo)準(zhǔn)和室內(nèi)空氣分析標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，制定了一套集室內(nèi)空氣污染模擬、采樣、分析于一體的規(guī)范化方法，并搭建了空氣凈化器對室內(nèi)多種污染物（如PM2.5、甲醛、苯系物）去除效果的測試平臺。同時，采用負載KMnO4或納米CaO2樹脂為原料加工濾芯，并與HEPA過濾網(wǎng)等部件有機組合、制造空氣凈化器，并評測空氣凈化器對室內(nèi)空氣中PM2.5、甲醛和苯系物的去除效率。在同等測試條件下，與目前市場上的空氣凈化器產(chǎn)品進行比較。在實現(xiàn)高效去除室內(nèi)空氣污染物的基礎(chǔ)上，優(yōu)化風(fēng)道設(shè)計，克服目前市場上空氣凈化器對室內(nèi)空氣的重復(fù)循環(huán)化處理的不足，以期達到輸送新風(fēng)的效果。2.2關(guān)鍵技術(shù)原理離子交換樹脂作為一種高分子聚合材料，有著巨大的比表面積以及較強的機械強度和抗沖擊能力，粒徑均勻可控。由于其孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達，離子交換容量高，可作為有機基材，與其他具有強氧化能力的化合物結(jié)合，實現(xiàn)對空氣中氣態(tài)有機污染物的去除。（1）錳氧化物/樹脂基復(fù)合材料（MnO2-D213）去除甲醛的技術(shù)原理：采用原位高錳酸鉀氧化還原法，將錳氧化物負載于大孔丙烯酸系強堿性陰離子交換樹脂（D213）中制備新型錳氧化物/樹脂基復(fù)合材料（MnO2-D213）。在此過程中，高錳酸鉀與樹脂反應(yīng)生成了二氧化錳。二氧化錳表面吸附水，解離后生成?OH自由基和O2-。在凈化甲醛的過程中，二氧化錳起催化氧化的作用。它表面的活性基團O2-和?OH使甲醛氧化為二氧化碳和水，而生成的水可能繼續(xù)解離成?OH自由基，繼續(xù)參與氧化甲醛的反應(yīng)。本項目使用MnO2-D213復(fù)合材料去除空氣中甲醛的技術(shù)，已申請一項專利。（2）納米過氧化鈣/樹脂基復(fù)合材料（nCaO2-SD300）清除苯系物的技術(shù)原理：本項目采用濕法研磨技術(shù)制備納米級的過氧化鈣，并將其負載到樹脂中。在此過程中，nCaO2遇水緩慢分解，釋放氧并生成氫氧化鈣。因其產(chǎn)生有效氧的含量可達22.2%，可有效氧化分解苯系物。由于納米級的CaO2具有更大的比表面積和化學(xué)反應(yīng)活性，其氧化分解有機物的能力也將高于微米級的CaO2。3.創(chuàng)新點（1）本項目建立的空氣凈化器效能評測方法是采用Tenax-TA吸附聯(lián)合氣相色譜-質(zhì)譜儀同時檢測室內(nèi)多種VOC（如苯、甲苯、乙苯、鄰二甲苯、間二甲苯、對二甲苯、苯乙烯），將對國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中未規(guī)定的空氣凈化器對室內(nèi)VOC類氣態(tài)污染物的去除效能評價加以完善，為國家管理部門制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)提供建議和依據(jù)。（2）本項目分別以MnO2/樹脂基復(fù)合材料和納米CaO2/樹脂基復(fù)合材料為原料，組裝、制造吸附過濾層，可實現(xiàn)高效吸附-降解甲醛、苯系物等VOCs。另外，優(yōu)化風(fēng)道設(shè)計，達到節(jié)能減噪，在快速凈化污染物的同時為室內(nèi)源源不斷地輸送新鮮空氣。4.研究方案4.1空氣凈化器清除室內(nèi)多種氣態(tài)污染物測試平臺的搭建本項目在國內(nèi)外現(xiàn)有的空氣凈化器凈化效能評價標(biāo)準(zhǔn)和室內(nèi)空氣分析標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，制定了一套集室內(nèi)空氣污染模擬、采樣、分析于一體的規(guī)范化方法。采用Tenex-TA吸附管采樣/熱脫附/GC-MS方法，可實現(xiàn)同時監(jiān)測和分析室內(nèi)多種氣態(tài)污染物。（1）釋放污染物：搭建模擬實驗室，在實驗室中分別釋放設(shè)計濃度(高于國標(biāo)濃度3-4倍)的PM2.5，甲醛、苯系物（包括甲苯、乙苯、對二甲苯、鄰二甲苯、間二甲苯、苯乙烯）。（2）采樣：污染物釋放完成后的濃度為初始濃度，開電風(fēng)扇攪拌均勻后，在房間設(shè)置三個采樣點開始采樣（采樣方式尚在試驗中，包括使用tenax管和采氣袋），打開空氣凈化器開始凈化，30min（根據(jù)實際情況適當(dāng)調(diào)整采樣時間）后，采樣，并保存好樣品。（3）空白試驗：釋放完污染物，不開啟空氣凈化器，讓污染物自然衰退，30min后，測定自然衰減率。（4）標(biāo)準(zhǔn)曲線：設(shè)置一系列不同濃度梯度的苯系物溶液，制作標(biāo)準(zhǔn)曲線。（5）分析：對于PM2.5和甲醛的分析，采用手持式儀器進行檢測。對于苯系物的檢測，若用tenax管采樣，則將樣品進行GC-MS氣相質(zhì)譜分析；若用采氣袋采樣，則將采氣袋送至環(huán)科所分析。得到自然衰減率以及空氣凈化器對PM2.5、甲醛和苯系物的去除率。4.2空氣凈化器濾芯的研發(fā)和性能評價4.2.1除甲醛MnO2-D213濾芯的研發(fā)1）樹脂預(yù)處理先用去離子水將樹脂D213洗至出水清澈，再分別用4%NaOH和4%HCl浸泡數(shù)小時，之后用去離子水反復(fù)清洗至pH值接近中性,將清洗后的樹脂于40℃烘至恒重。篩分后,挑選粒徑介于0.4-0.6mm的樹脂密封保存。2）MnO2-D213復(fù)合材料的制備（1）配制高錳酸鉀溶液，準(zhǔn)確稱量若干份樹脂，按高錳酸鉀的樹脂質(zhì)量比1:（2-10），將樹脂浸漬于高錳酸鉀溶液（<50g/L）中；（2）以60-100r/min速度振蕩24-48h；（3）待吸附平衡后，靜置，移除上清液，收集沉在容器底部的樹脂。用去離子水反復(fù)漂洗，去除樹脂表面吸附不牢的高錳酸鉀之后，自然晾干備用。3）濾芯的填裝將MnO2-D213復(fù)合材料填裝到蜂窩狀的支撐材料中，加工空氣凈化器的吸附-氧化段濾芯。4.2.2除苯系物nCaO2-SD300濾芯的研發(fā)1）樹脂預(yù)處理先用去離子水將樹脂SD300洗至出水清澈，再分別用4%NaOH和4%HCl浸泡數(shù)小時，之后用去離子水反復(fù)清洗至pH值接近中性,將清洗后的樹脂于40℃烘至恒重。篩分后,挑選粒徑介于0.4-0.6mm的樹脂密封保存。2）nCaO2-SD300復(fù)合材料的制備（1）將分析純Ca(OH)2濕磨（QM-3SP2行星式球磨機）50h，于40℃烘至恒重，密封保存。（2）在一定體積的去離子水中加入樹脂SD300和納米Ca(OH)2，快速攪拌數(shù)小時，使納米Ca(OH)2充分進入樹脂孔道。（3）將H2O2以CaO2:H2O2=1:7的比例加入到上述體系中，同時控制溶液pH值為6.0。（4）反應(yīng)一段時間后，通過真空抽濾（0.22μm濾膜），收集固體，放入真空干燥箱中于30℃干燥24h。3）nCaO2-SD300復(fù)合材料的制備中CaO2純度的測定采用碘量法測定復(fù)合材料中的CaO2，首先用CaO2將碘離子定量地氧化成I2，然后用Na2S2O3滴定I2。步驟如下：稱取0.1gCaO2標(biāo)準(zhǔn)品，放入250mL具塞碘量瓶中；先加入15mL30％的氫氧化鈉溶液和100mL去離子水，再加入25mL20％的碘化鉀和25mL濃鹽酸，搖勻使樣品溶解，靜置5min；然后用0.1mol/L的硫代硫酸鈉溶液滴定，當(dāng)溶液黃色快褪去時加入淀粉指示劑，此時溶液為深藍色，繼續(xù)滴定至藍色消失。4）濾芯的填裝將nCaO2-SD300復(fù)合材料填裝到蜂窩狀的支撐材料中，加工空氣凈化器的吸附-氧化段濾芯。4.3空氣凈化器的組裝和性能評價將上述兩種濾芯與HEPA過濾網(wǎng)等部件有機組合、制造空氣凈化器。按照5.1中所述測試方法，分別測試含有Mn-D213濾芯的空氣凈化器對室內(nèi)空氣中PM2.5和甲醛的去除速率和去除量；含有CaO2-SD300濾芯的空氣凈化器對PM2.5、甲醛和苯系物的去除速率和去除量，評價這兩款空氣凈化器產(chǎn)品的效能，同時與市場上在售空氣凈化器產(chǎn)品進行比較。4.4空氣凈化器風(fēng)道的優(yōu)化設(shè)計在實現(xiàn)高效去除室內(nèi)空氣污染物的基礎(chǔ)上，優(yōu)化風(fēng)道設(shè)計，克服目前空氣凈化器對室內(nèi)空氣的重復(fù)循環(huán)化處理，以期達到輸送新風(fēng)的效果。同時，對空氣凈化器的外觀進行設(shè)計，通過進一步縮小空氣凈化器的體積，實現(xiàn)降低能耗和噪音。5.研究結(jié)果5.1室內(nèi)多種揮發(fā)性有機物（VOCs）的檢測結(jié)果（1）標(biāo)準(zhǔn)化合物的檢測結(jié)果本研究前期建立的分析方法可實現(xiàn)對58種揮發(fā)性有機化合物的有效分離和檢測。（2）室內(nèi)空氣樣品中VOCs的檢測結(jié)果本研究建立的檢測方法能實現(xiàn)對室內(nèi)空氣樣品中多種VOCs的分離和檢測。5.2除甲醛空氣凈化器的性能5.2.1濾芯原料的制備及表征從樹脂D213對高錳酸鉀的吸附動力學(xué)可看出，浸漬6h后樹脂對高錳酸鉀的吸附達到平衡，此時MnO2的最大固載量約為255.88mgMnO2/g樹脂。固載二氧化錳的樹脂（MnO2-D213）為紫黑色，通過掃描電子顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)改性后的樹脂表面結(jié)構(gòu)并未發(fā)生變化，可看出二氧化錳均勻地包覆在樹脂表面。此外，由于二氧化錳是通過離子交換的方式固載在樹脂上，在高濕或干燥的條件下二氧化錳不易從樹脂上脫落，說明改性樹脂材料的性質(zhì)十分穩(wěn)定。這是對其在實際使用過程中發(fā)揮凈化效能的基本保障，與其他材料相比有明顯的優(yōu)勢。例如，市場上常用于制備空氣凈化器濾芯的高錳酸鉀氧化鋁球，在空氣濕度大或高溫干燥條件下，氧化鋁表面浸漬的高錳酸鉀會潮解或脫落成粉，那么該種材料能否保證持續(xù)有效地去除污染物將是很棘手的問題。5.2.2濾芯的組裝將MnO2-D213復(fù)合材料裝填到蜂窩狀的支撐材料中，并與HEPA膜等過濾層優(yōu)化組裝空氣凈化器的濾芯，共分為3層：第一層為預(yù)過濾網(wǎng)，主要是去除空氣中較大的顆粒物；第二層為HEPA膜，用于去除PM2.5；第三層為填充了MnO2-D213復(fù)合材料的過濾層，用于去除空氣中甲醛。5.2.3空氣凈化器對甲醛的凈化效率待空氣凈化器組裝完成后，我們在自建的測試平臺上研究了該空氣凈化器對甲醛的去除性能。以MnO2-D213復(fù)合材料組裝的濾芯對甲醛有很好的去除效果，在測試時間段內(nèi)（60min）去除效率接近100%。5.2.4與市場上同類產(chǎn)品的比較為了客觀評價本項目研發(fā)的空氣凈化器與市場上同類產(chǎn)品的差異，我們購買了8臺市售的品牌空氣凈化器，統(tǒng)一送至上海市環(huán)境保護產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗總站，檢測清潔空氣率（CADR）、PM2.5和甲醛去除率三項指標(biāo)。根據(jù)第三方檢測報告，本項目的空氣凈化器在30min內(nèi)對PM2.5和甲醛的去除率分別為>99%和>91%。與我國市場上的8種空氣凈化器產(chǎn)品進行比較，可明顯看出絕大多數(shù)的空氣凈化器對PM2.5的凈化效果較好，但本團隊研發(fā)的空氣凈化器在所有同類產(chǎn)品中對PM2.5和甲醛兩種目標(biāo)污染物的凈化效能最優(yōu)，特別是在對甲醛的凈化效能上遠超市場上的品牌空氣凈化器。此外，在空氣凈化器的能效等級和潔凈空氣量方面，我們研發(fā)的空氣凈化器的CADR值為659m3/h，在目前市場上空氣凈化器產(chǎn)品中是最高的。結(jié)合適用面積和市場零售價等因素，“高性價比”將是我們的空氣凈化器與同類產(chǎn)品競爭市場份額的突出優(yōu)勢。5.3除苯系物空氣凈化器的性能5.3.1濾芯原料的制備、CaO2純度測定及表征SD300樹脂改性前后其外觀并無明顯變化，但從掃描電鏡（SEM）可以看出原始的SD300表面光滑、平整，而nCaO2-SD300復(fù)合材料的表面高低不平、且孔道張開變大，經(jīng)元素分析在樹脂表面及內(nèi)部有大量Ca的存在；采用碘量法測定結(jié)果表明負載的CaO2純度為66.79%。5.3.2濾芯的組裝將nCaO2-SD300復(fù)合材料裝填到蜂窩狀的支撐材料中，并與其他過濾網(wǎng)結(jié)合起來，組裝空氣凈化器。該產(chǎn)品同樣包含三層過濾系統(tǒng)，第一層為預(yù)過濾網(wǎng)，主要是去除空氣中較大的顆粒物；第二層為HEPA膜，用于去除PM2.5；第三層為nCaO2-SD300濾芯，用于去除空氣中的苯系物。5.3.3空氣凈化器對苯系物的凈化效率待空氣凈化器組裝完成后，我們在自建的測試平臺上研究了該空氣凈化器對六種常見苯系物的去除性能。以CaO2-SD300濾芯對苯系物有很好的去除效果。在5min內(nèi)，nCaO2-SD300能吸附去除一半以上空氣中的苯系物；在10min內(nèi)，能完全去除苯乙烯之外的五種苯系物，運行15min后，nCaO2-SD300能完全去除空氣中的所有苯系物。由此，含nCaO2-SD300濾芯的空氣凈化器能實現(xiàn)對室內(nèi)VOC的快速和高效去除。5.4空氣凈化器的風(fēng)道設(shè)計本研究在成功研發(fā)出兩種空氣凈化器濾芯的基礎(chǔ)上，對空氣凈化器的外觀和風(fēng)道進行了優(yōu)化設(shè)計?？諝鈨艋魍庥^設(shè)計為長方體，三面出風(fēng)，每個出風(fēng)口都配有濾芯包裝盒，方便更換?？諝鈨艋鞯牡撞繛檫M風(fēng)口，通過空氣泵將室內(nèi)空氣從底部吸入經(jīng)過三面的濾芯處理后排出潔凈空氣?？諝鈨艋鞯牡撞垦b有滾輪，搬運較為方便。另外，室外空氣可以通過管道經(jīng)過滅菌吸附等預(yù)處理后進入空氣凈化器，經(jīng)過三面的濾芯處理后排出潔凈空氣，實現(xiàn)室內(nèi)空氣的更新。此外，優(yōu)化風(fēng)道設(shè)計，還可防潮和殺菌，特別是對空氣濕度大的城市（如南京），我們設(shè)計的風(fēng)道將有實際運用價值。5.5空氣凈化器產(chǎn)品說明5.5.1濾芯使用壽命說明各家庭室內(nèi)房間大小不一，一般說來，對于新裝修的房間，我們建議每半年更換一次空氣凈化器濾芯，對于裝修3年以上的房間，建議每一年到一年半更換一次濾芯。5.5.2濾芯適用范圍分析在對氣態(tài)有機污染物的去除方面，MnO2-D213復(fù)合材料明顯弱于nCaO2-SD300復(fù)合材料，與KMnO4相比