高效低阻力抗菌氛圍過濾器研制

高效低阻力抗菌空氣過濾器研制摘要：分析了空氣過濾器目前存在的兩大難題，即阻力和二次污染問題，介紹了駐極體靜電合成纖維、光催化納米氧化鈦和納米銀的主要特性，報(bào)道了合成的納米氧化鈦、納米銀駐極體靜電空氣過濾器的試驗(yàn)結(jié)果，試驗(yàn)結(jié)果表明，62Pa的低阻力，99.99%的高效率，低廉的價(jià)格，使高效空氣過濾器的應(yīng)用范圍大大擴(kuò)展，為改善室內(nèi)空氣品質(zhì)，防止疾病的傳播提供了一種實(shí)用的產(chǎn)品。關(guān)鍵字：高效空氣過濾器納米氧化鈦納米銀駐極體1.引言2003年春天那場(chǎng)席卷全球的SARS疫情給人們留下的不僅僅是教訓(xùn)和警示，更多的則是人類應(yīng)該如何去防御疾病的侵襲，如何去預(yù)防，去醫(yī)治這些危害人類健康生存的疾病。今天，“健康”的概念已經(jīng)進(jìn)入人類生活的方方面面，自然“健康”也成了暖通空調(diào)專業(yè)研究、開發(fā)、制造的重點(diǎn)，空氣凈化技術(shù)受到了人們特別的關(guān)注。在諸多空氣凈化技術(shù)中，應(yīng)用最廣、最成熟、最無異議的可能就是空氣過濾器。無論是國(guó)外，還是國(guó)內(nèi)，空氣過濾器已經(jīng)發(fā)展到很高的水平，足以應(yīng)付各種需要，在很多時(shí)候，空氣過濾器成了唯一的最安全的、最有效的防御手段，這點(diǎn)從SARS疫情傳播期間，以及其后出臺(tái)的一系列文件、措施和標(biāo)準(zhǔn)中就能清楚地看到這一點(diǎn)。但是，目前在使用空氣過濾器的過程中，困擾人們的是，如果要獲得理想的高過濾效率，就不得不付出一定的代價(jià)去對(duì)付高阻力帶來的一系列問題，能耗問題、噪聲問題、風(fēng)機(jī)選型問題等等。另一方面，高效率的空氣過濾器攔截了空氣中的，灰塵、細(xì)菌、病毒和微生物，可是沉積在過濾器上的微生物如果不及時(shí)加以處理，將產(chǎn)生嚴(yán)重的二次污染，因此不得不采取其他措施，由此又產(chǎn)生了一系列新問題。本文研究的重點(diǎn)，就是企圖從目前國(guó)內(nèi)外已經(jīng)進(jìn)入市場(chǎng)的諸多空氣凈化技術(shù)中篩選出若干成熟的、有效的、價(jià)格便宜的技術(shù)組合成一種新型空氣過濾材料，解決上述問題。2.空氣過濾器的阻力根據(jù)空氣過濾器的兩個(gè)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[1，2]，我國(guó)空氣過濾器分類可參見表1[3]。表1給出了各種空氣過濾器的初阻力，在實(shí)際應(yīng)用中，必須考慮空氣過濾器的終阻力，所謂終阻力，即“指在額定風(fēng)量下由于過濾器積塵，而使其阻力上升并達(dá)到規(guī)定值。一般為初阻力的2倍。”[4]。表2給出了空氣過濾器的終阻力建議值[5]。表1我國(guó)空氣過濾器分類溝額定風(fēng)伸量下的階效率劍（紗%泉）渴額定風(fēng)萬量下的轎初阻力脫（嫂P排a叢）罷注符粗效包中效敗高中效橫亞高效甜粒級(jí)徑爽≥永5巨μ詞m爐，邀80<擾η榴≥熔20為粒畜徑局≥杏1抹μ群m樸，并70<警η足≥扒20喇粒爛徑犧≥勒1動(dòng)μ費(fèi)m次，念99<夠η領(lǐng)≥論70潮粒微徑逗≥歲1全μ進(jìn)m塞，差99.升9<浴η住≥斑95咽≤辜50舒≤晃80刻≤聾10懸0努≤玉12碰0串效率為賤大氣塵鴿計(jì)數(shù)效鍵率雖高幼效馬A糠B億C殊D猛η響≥腸99.羊9治η金≥仗99.炸99耍η科≥存99.藝999柏粒癢徑宰≥壇0.燥1憐μ夠m耽，譽(yù)η撞≥隨99.際999院≤膀19徑0代≤稠22飯0恭≤延25探0狹≤棚28補(bǔ)0脫A肅、房B稅、膜C裕三類效瞧率為鈉拔焰法筍；究D雹類為計(jì)魔數(shù)效率表2空氣過濾器終阻力的建議值對(duì)過濾器遲類別疤建議終采阻力習(xí)（換P驚a惱）渾粗效扎中效肯高中效眠亞高效討高效與洋甚高效茅10拼0竭～總200型25薄0山～毀300踐30珍0蛇～群400鑄40御0聲～屑450猾40勝0篇～拳600高中效以上的空氣過濾器，為了延長(zhǎng)其使用壽命，一般都需要前置粗效和中效過濾器，由表1和表2可以看出，當(dāng)采用3級(jí)空氣過濾器串聯(lián)時(shí)，空氣過濾器的阻力就相當(dāng)可觀。如果空氣過濾器用于空調(diào)系統(tǒng)，再加上表冷器、加熱器、加濕器等空氣處理設(shè)備和風(fēng)道的阻力，不但導(dǎo)致能耗高、噪聲大，很多時(shí)候連風(fēng)機(jī)選型都有困難。因此空氣過濾器的阻力一直是空調(diào)設(shè)計(jì)人員面臨的一個(gè)難題。3空氣過濾器污染問題在不考慮上述阻力，以及由于阻力過高引起的其他問題時(shí)，現(xiàn)行的空氣過濾器幾乎可以攔截空氣中所有的物質(zhì)，包括灰塵、細(xì)菌、病毒和微生物。抗御SARS疫情期間，美國(guó)推出的抗SARS空氣過濾器，對(duì)于0.025～0.027μm的細(xì)菌和病毒完全可以過濾掉，過濾效率高達(dá)99.9%[6]。最近幾年美國(guó)研究人員在進(jìn)行室內(nèi)空氣質(zhì)量研究過程中發(fā)現(xiàn)，沉積在過濾器上的微生物如果不及時(shí)加以處理，將產(chǎn)生嚴(yán)重的二次污染。圖1是全美著名的美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)大氣生物工程研究所報(bào)道的空調(diào)機(jī)組內(nèi)空氣過濾器被污染的情況[7]。目前防止空氣過濾器被污染，基本上都是采用輔助措施，其中紫外線燈是應(yīng)用最廣，也是最成熟，最有效的一種措施[7]。但是隨之產(chǎn)生的一系列問題：①一次投資增加；②需要有足夠的安裝空間；③設(shè)計(jì)計(jì)算方法必須正確；④壽命問題（國(guó)產(chǎn)管壽命只有2000小時(shí)，進(jìn)口管4000小時(shí)）等都影響到紫外線燈的廣泛使用。最近低溫等離子體也開始在空調(diào)系統(tǒng)中與空氣過濾器一起使用，但是實(shí)際效果如何還有待工程驗(yàn)證，目前價(jià)格過高嚴(yán)重的影響到這一先進(jìn)技術(shù)在空調(diào)系統(tǒng)中的推廣。因此，尋找防止空氣過濾器二次污染的措施，滅殺沉積在過濾器上的有害微生物是一項(xiàng)值得深入研究的課題。4駐極體靜電過濾材料駐極體靜電合成纖維過濾材料是對(duì)聚丙烯纖維在熔噴制造過程中進(jìn)行靜電充電，使其成為靜電型駐極體熔噴非織造布（濾紙），纖維直徑為2～5μm。這種過濾材料除了利用傳統(tǒng)空氣過濾材料的過濾機(jī)理外，同時(shí)利用荷電纖維的庫侖力去實(shí)現(xiàn)對(duì)微粒的捕獲，因此效率增加，阻力下降[8]。目前國(guó)際上有預(yù)防病毒功能（包括SARS病毒）的手術(shù)口罩（N95、N97、N99）中就采用了這種過濾材料，美國(guó)2003年4月推出的抗SARS空氣過濾器中也采用了這種材料[7]。替由于這件種濾料墊，效率掌高、阻區(qū)力低、膠價(jià)格便極宜，因懶此，筆某者首先年將這種踐材料用嶄于一般就空調(diào)通巨風(fēng)用空雜氣過濾吸器中，妖當(dāng)迎風(fēng)侄面風(fēng)速愁為喂0.5航m/煮s孔時(shí)，是對(duì)出0.謀5觀μ纏m牽的灰塵姥過濾效玻率可以圾達(dá)膏到坊95尺%問以上，質(zhì)空氣阻以力只茶有怒40P號(hào)a拉，是傳燈統(tǒng)的柜凳式空調(diào)可機(jī)組空崗氣過濾集器（一不般為尼居龍網(wǎng)）鼓無法相想比的。愿這種空腸氣過濾閥器已經(jīng)抽在大型番商場(chǎng)、賣超級(jí)市臘場(chǎng)、醫(yī)塌院空調(diào)雖系統(tǒng)應(yīng)江用現(xiàn)近驅(qū)1餓0句年，取雹得了很躺好的空瓶氣凈化引效果較[8]才。貝對(duì)生產(chǎn)妥工藝加防以全面趕改進(jìn)，琴目前已巡能生產(chǎn)悟鈉焰法頸效率達(dá)躁到腰99.族999壇9首%巾的駐極漠體靜電廳過濾材攏料，同領(lǐng)時(shí)也解捎決了這通種過濾哈材料存穴在的均悶布性較攔差和強(qiáng)坑度不高京的缺點(diǎn)廳，為高久效空氣嚴(yán)過濾器謀提供了帥一種理懇想的過序?yàn)V材料聾。駐極怖體靜電愁合成纖曬維過濾至材料的刊產(chǎn)品化魯很大程饒度上解服決了空紗氣過濾咬器效率同與阻力唇的矛盾外。帆5赤升抗菌材蕉料的選靠擇及存飄在的問間題存目前國(guó)羊際上用夢(mèng)于空調(diào)袋抗菌的布材料主歌要有喊：梁①棄騎納米氧廳化鈦光錦催化材出料胳；忘②途深納米銀限；醉③街?jǐn)[冷觸媒賞；蘿④榴窗生物酶臘；鄰⑤惜兒茶素毯等。對(duì)床這些抗聯(lián)菌材料敵進(jìn)行廣盤泛的調(diào)如查，發(fā)古現(xiàn)除了己光催化共和納米浙銀這兩臟種材料御以外，虜其他幾戰(zhàn)種材料彈或是性忙能未能腐確認(rèn)，節(jié)或是技朵術(shù)只是法屬于某藏一家公捉司所有臘，所以松決定選財(cái)擇納米愧氧化鈦群和納米買銀作為奸空氣過艇濾器的刮抗菌試晨驗(yàn)材料旋。倚納米氧械化鈦和巷納米銀那的抗菌篩、除臭輸?shù)臋C(jī)理風(fēng)，國(guó)內(nèi)佛外已有存相當(dāng)多揀的文獻(xiàn)佛進(jìn)行了個(gè)詳盡的涂報(bào)道，綢近年來種，國(guó)內(nèi)今暖通空槐調(diào)雜志羽也有多礙篇文章紙進(jìn)行了晨綜述，嗎在此不害再重復(fù)盆。雖然坊這兩種圾材料國(guó)悼際上已齒有成熟橡產(chǎn)品，雙目前僅耀日本就之有格100富0失多家生垮產(chǎn)光催麻化納米俘氧化鈦?zhàn)u(yù)材料的買公司碰[9]洞，國(guó)內(nèi)秩的生產(chǎn)躺廠也有倆如也“蒼雨后春斬筍達(dá)”兩，但是綿畢竟良語莠不齊繪、魚目涼混珠，圣真假難懸辨。腫對(duì)于光厭觸媒二湖氧化鈦秧，目前抄存在的閣主要的穗問題是壓：榴①鍵甜光觸媒尸二氧化續(xù)鈦是微叫粒狀的皂物質(zhì)，重粒子的迷顆粒愈丑小時(shí)，梅其表面扛積愈大疲，能吸靈收的光緊能越多侍，效果繡也越好態(tài)。通常蝕二氧化巡鈦需要頂在納米式級(jí)，才草能有足有夠的表脈面積進(jìn)惰行光觸由媒反應(yīng)未。但顆餃粒越小設(shè)所需要水的制作庸成本越能大，現(xiàn)賣在有些墊制造廠謀為了降擠低成本扭而采用自微米級(jí)脅的光觸椒媒，效閥率大打握折扣，事因此第否一步必扮須從國(guó)良內(nèi)近百臨家生產(chǎn)陣廠中選轟擇合格鋤的產(chǎn)品吧，困難何很大請(qǐng)[10冒]岸；座②延否太陽能舞利用率冒低，大公部分光飛觸媒二遲氧化鈦刻必須有腐紫外線杰光照射膏才能起提作用，最目前在悠普通日炭光下，桌甚至是擱黑暗條輸件下也喇能抗菌品的納米禾氧化鈦災(zāi)材料已婆經(jīng)研制綢成功，怠但需要奴進(jìn)一步濁驗(yàn)證科[春9冤，之10]飯；扯③既血負(fù)載技躍術(shù)，納騎米氧化華鈦產(chǎn)品海為粉體押狀，因我此尋找駕既能保洪持高催膛化活性心又能維不持負(fù)載納材料的罪物性，遲而且能探均勻、鼻牢固地驗(yàn)使催化悼劑固定撿在負(fù)載江材料表垃面的技趟術(shù)是十控分困難座的輛[10槍]架。闊耐納米銀陳材料存糟在的主量要問題漢除了其緊抗菌不棚需要光灶催化外輔，其他誦與光觸神媒二氧戶化鈦相迎同。傍6暗恐光催化媽駐極體潤(rùn)靜電空遙氣過濾寧器研制蛇及試驗(yàn)標(biāo)結(jié)果地為了解娘決上述芽問題，歲對(duì)國(guó)內(nèi)幟和國(guó)外畢多種納紹米氧化競(jìng)鈦和納擱米銀材耍料進(jìn)行缸了調(diào)查臥，從中訪各選擇然了罵3窮種產(chǎn)品徐，送交柱廣東省蕉微生物謎分析檢日測(cè)中心底進(jìn)行檢知測(cè)，根于據(jù)川GB1繪597嗽9-2蔑00效2毅等標(biāo)準(zhǔn)耍、規(guī)范啞規(guī)定的保測(cè)試方搏法數(shù)[11鑄-13繡]毛進(jìn)行了罩抗菌性咸能測(cè)試棉。測(cè)試?yán)ńY(jié)果表質(zhì)明，雖箭然經(jīng)過冠篩選，撐最后確犁定患的怒6鵝種材料羅的抗菌最性能仍依有一定捉的差異吵。對(duì)納王米氧化雖鈦的太塞陽能利興用率同里時(shí)進(jìn)行暈了測(cè)試孝，作為叨綜合指豈標(biāo)進(jìn)行姐了篩選少，發(fā)現(xiàn)溝國(guó)內(nèi)開縫發(fā)的普洋通光型見納米氧半化鈦的螺抗菌效釘果已經(jīng)拌接近光擇催化型忘納米氧襯化鈦。隔在上述福測(cè)試的陽基礎(chǔ)上鋪，進(jìn)行閣了負(fù)載而技術(shù)研彩究。參幼考國(guó)內(nèi)醬外研究膽成果，惠最后決繩定，對(duì)駛納米銀窗材料采辜用合成五法，即頁按一定廚比例將加聚丙烯領(lǐng)纖維切量片與納智米銀粉革體混合早，然后疫進(jìn)行熔李噴和靜勒電充電洋，生成罵納米銀掘駐極體辭靜電過固濾材料凡；對(duì)于蕩納米氧者化鈦則掏配制成址快干溶征液，這服種溶液苗具有很等好的附趟著力，醫(yī)采用高咬壓噴霧駛法，可姐以均勻喜附著在腳駐極體疼靜電過戰(zhàn)濾材料嫩上。扶表探3良是齡3合種合成唇材料的波抗菌性并能測(cè)試誓結(jié)果，殘分別恢是末①再臂納米銀搶駐極體安靜電過羽濾材料撈；誕②重納米氧占化鈦駐嚷極體靜蛛電過濾鄉(xiāng)材料袍；衡③仁納米氧怒化鈦、匙納米銀團(tuán)駐極體偉靜電過平濾材料祖。尤表注3糖較抗菌材客料分析漂檢測(cè)結(jié)先果（細(xì)硬菌含量效單傘位廟cfu取/cm粱2平）享超材料編嘴號(hào)精檢測(cè)內(nèi)費(fèi)容驕大腸埃桐希氏菌融金黃色近葡萄球誓菌餐①虹“咱0嫁小柳時(shí)壞”目接觸的萍細(xì)菌含瘡量逮2.5憐×10潔5聾“伏8壟小葛時(shí)武”尊接觸的撫細(xì)菌含槐量股8.0征×10減5頸抗菌率壓（崖%儀）貪無宅“裹0面小啄時(shí)甩”攔接觸的惕細(xì)菌含獅量要2.5袋×10淋5拆6.0摘×10堪5銷“倦2偷4怠小民時(shí)世”叢接觸的駛細(xì)菌含殺量珠3.8密×10扯4協(xié)3.8頓×10堅(jiān)4票抗菌率目（乖%蚊）薯84.閣8紀(jì)36.臉67坦②飾“簡(jiǎn)0隊(duì)小鹽時(shí)資”庫接觸的凈細(xì)菌含月量撫3.0泳×10惑5縮“微8朗小觀時(shí)王”站接觸的躁細(xì)菌含影量師4.5事×10遼3貞抗菌率巴（析%塊）所85.到13銅“王0斯小花時(shí)城”肯接觸的周細(xì)菌含功量丹2.5且×10床5呢6×1披0淡4幕“段2巴4脖小罷時(shí)多”念接觸的尊細(xì)菌含葡量號(hào)<10森<10名抗菌率辟（衡%瓜）真99.翠996患99.參98敘③純“俯0抖小猜時(shí)喜”孔接觸的劑細(xì)菌含垃量愉3.0桃×10蜘5渾“矮8櫻小飼時(shí)幟”辨接觸的棵細(xì)菌含階量射10妥抗菌率爛（捎%頂）百99.涌93番“見0俯小倆時(shí)柜”恒接觸的邊細(xì)菌含遇量搜2.5命×10水5爸6×1掙0秘4穿“籍2納4桃小縣時(shí)島”埋接觸的懼細(xì)菌含討量辜<2翼<2羊抗菌率四（觸%戚）碰99.窯999奶99.暫997抵檢測(cè)結(jié)史論是納屯米氧化掉鈦駐極聰體靜電支過濾材遺料和納樸米氧化琴鈦、納塞米銀駐抓極體靜臥電過濾膏材料在執(zhí)普通光我線下均網(wǎng)具有很北強(qiáng)的抗綠菌作用券。由于機(jī)空氣過氣濾器的謊抗菌功倡能不是互要求殺響滅流動(dòng)住空氣中汗的微生牢物，而面是需要轉(zhuǎn)殺滅沉喜積在過略濾器上灘的微生博物，因旦此以上踢抗菌材小料中的伍后面兩旨種都滿羽足要求苦。至于遭納米銀榜合成的庸過濾材斗料為何齒抗菌率窩不高，盜原因不譜清，可脂能試驗(yàn)?zāi)x擇極的材料輝有關(guān)。督不過，撒根據(jù)國(guó)單內(nèi)的研仁究報(bào)告手可以看窩出，國(guó)老內(nèi)的納蒼米銀無權(quán)紡布具分有很強(qiáng)域的抗菌疲能力，狂因此建萄議采用握低阻力藍(lán)納米銀陽無紡布棒作為粗嘩效空氣躁過濾器尋，與納露米氧化戴鈦、納乓米銀駐害極體靜節(jié)電過濾拘材料制貧造成高憐效過濾建器聯(lián)合狡使用。蜓采用納她米氧化置鈦、納份米銀駐孕極體靜天電過濾零材料制耽造成高屋效過濾遞器的過血濾效率心測(cè)試結(jié)厘果如只表毅4壯所示。柜表桐4礙怎納米銀駱駐極體滋靜電高踏效過濾輛器測(cè)試搏結(jié)叮果瀉斃名稱逃測(cè)試結(jié)孟果失規(guī)格尺速寸喜/mm熊500稼×60價(jià)0×1扮50丟風(fēng)型量板/m臭3燃/h獎(jiǎng)500扎面風(fēng)亂速霸/m/捎s右0.5捎過濾效跑率脾/%奔99.彈99鞋空氣阻象力踐/Pa疾62奉7延適結(jié)論子提高空貓調(diào)系統(tǒng)恭防御疾開病傳播古的功能近，改善魚空調(diào)房休間的空闊氣品質(zhì)哄，是當(dāng)桌前暖通逐空調(diào)專淺業(yè)人員喪一項(xiàng)義制不容辭斧的責(zé)任亦和義務(wù)暈。將國(guó)惱內(nèi)外先報(bào)進(jìn)的過黨濾材料員制造工蚊藝，與雁確實(shí)可盡靠的抗是菌材料旺有機(jī)的捉結(jié)合在罷一起，穗是研制馬新型高尾效、低攏阻力、份抗菌過想濾材料細(xì)的一種洋行之有于效的途遺徑紡筆者研惱制成功艱的納米清氧化鈦結(jié)、納米村銀駐極睛體靜電運(yùn)過濾材旨料具有單很強(qiáng)的付抗菌作問用，采拼用這種優(yōu)材料制神造的空匙氣過濾鴿器效率敢高、阻閥力低、擊價(jià)格便先宜，解釋決了長(zhǎng)階期