空气净化技术现状及其发展趋势刍议

杨晓平 YANG Xiao-ping

（苏州经贸职业技术学院，苏州 215009）

摘要： 首先，介绍目前市场上流行的若干种空气净化技术工作原理，分析这些净化技术在实际应用中的优缺点。其次，重点阐述空气净化技术的新方向——“水洗空气”的基本原理，最后对净化技术发展趋势进行展望和总结。

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关键词 ： 净化技术；水洗空气；光催化；活性炭；纳米二氧化钛

中图分类号：X51 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）03-0272-02

基金项目：苏州经贸职业技术学院院级科研项目——多功能空气净化器设计开发及研究，项目编号：JMQZ1303。

作者简介：杨晓平（1982-），男，江苏苏州人，研究生，讲师，主要研究方向为机电一体化。

0 引言

在我国，随着工业化、城镇化步伐向前不断迈进，大气污染、水污染等问题变得日益突出，近年来，雾霾天气的频频“造访”严重影响人们的日常生活，PM2.5成为每日必须监测的对象，空气质量问题引发人们的普遍忧虑，同时，由于室内装潢装饰材料、日用化学品的使用、家具建材释放的有毒物质，导致室内空气质量直线下降，譬如甲醛等有害气体，苯氡等致癌物质使得长期生活其中的人体产生各种疾病。空气污染对人类健康危害已成为全世界共同面临的难题，为了更加有效地净化空气，还人们一个洁净环保的生活居住环境，空气净化技术的研究应运而生，且在近几年里迅速发展，本文全面介绍目前主要的空气净化技术工作原理，分析其实际应用中的优缺点，并讨论净化技术的发展趋势及发展新方向。

1 空气净化技术现状分析

目前市场上空气净化技术主要包括：机械过滤、吸附过滤，离子化技术、催化氧化技术等。以下依次进行简述并指出其在使用中的优势及不足之处。

1.1 机械过滤技术 机械过滤是指将周围的空气经过风机加压后，在通过设备内部放置的纤维过滤材料时，空气中的颗粒污染物因尘埃粒子的直径大于纤维材料的孔径而被捕获下来，以此来达到除尘净化的目的，这就是机械过滤式方法，此法只能除去直径较大颗粒污染物，对于较小的粒径以及气态而非固态的杂质无法搜集到。这种较早出现的净化技术总体来讲性能不够完善，净化效果有限，只能达到初步过滤等级，具有一定的局限性。其优点是设计简单、使用方便，缺点是净化气态污染物－有害气体性能差，对超微固态颗粒的净化效果也差。

1.2 吸附过滤技术 空气中的污染物存在形式有固态污染物和气态污染物两种，正因为上述机械过滤存在无法过滤气态颗粒的缺陷，随着净化技术进一步发展，活性炭吸附技术被开发设计出来。利用了活性炭对气体具有较强吸附能力的特点，所以其优点是提高了对气态污染物的净化效果，总体上改善净化性能，但是，它的缺点是活性炭的吸附具有饱和度，且一旦饱和就无法继续吸附下去，无法再生。虽然目前在空气过滤领域，活性炭过滤器使用广泛，但其缺陷是天生的，定期需要报废并更换新的活性炭，成本较高。

1.3 离子化技术 此种技术采用的负离子能与空气中的颗粒物结合形成质量较大的粒子而被过滤层捕获附着在过滤材料的表面，低温等离子具备的能量能使气态有机物中的化学键断裂，转化为无害物，负离子能够杀灭某些细菌，具有杀菌的作用，但是，其缺点是化学反应产生臭氧，一定浓度的臭氧对人体健康有害，形成二次污染物。

1.4 光催化氧化技术 光催化氧化是指以某种半导体材料作为光催化剂，在光电转换中进行氧化还原反应。光催化剂中使用最多的是TiO2，纳米TiO2颗粒细化程度高，光催化活性较一般的催化剂（TiO2、ZnO、CdS等）进一步提高。在光化学反应中，TiO2在光照条件下，其表面生成空穴－电子对并与吸附在表面上的物质发生氧化还原反应，空穴具有较强的氧化能力，能够与水反应生成羟基自由基。电子具有还原性与氧气反应生成氧自由基，生成的上述两种自由基均具有很强的化学活性，能与多数有机物发生氧化反应，生成二氧化碳和水，从而达到净化空气的作用。

根据上述光催化氧化的基本原理，在常温常压条件下，利用空气中的氧气就能在光照一定时间后，将空气中有机污染物分解为水和二氧化碳无机物，净化效果好，纳米TiO2作为催化剂，化学性质稳定，氧化还原能力强，成本低，不存在像活性炭的吸附饱和现象，使用寿命长。但是，这种催化氧化反应需要在一定的浓度条件下才有效，当空气中污染物浓度较低时，光催化降解速度较慢，会产生有害的中间产物，也会有二次污染的出现，所以，该技术不能直接使用，而是在市场上出现了活性炭－纳米TiO2复合光催化过滤材料，综合两者各自的优点，提高净化效率。

2 空气净化技术新方向——“水洗空气”

水洗空气是指采用先进的空气绕流技术，其原理是将室内污浊的空气通过风机运动吸入到空气净化设备中，通过控制相对旋转的水帘对流组合，将空气切割旋转带入水中，空气顺着水帘对流组合的叠状微孔循环形成高速绕流，从而保持设备净化模块中的空气溶于水中，延长空气与水的接触时间和接触面积，使有害物质充分溶解于水，从而提高净化能力。水作为大自然的一种固、液、气形式同时存在的特性物质，水的净化功能非常神奇，现在提倡要保护生态湿地，保护湖泊水源地，就是因为水无疑是自然界最好的净化剂载体，这些生态湿地、湖泊等是人类生活环境中的天然净化机。

空气中微小颗粒的过滤效果与滤材的间隙直接相关，传统的过滤网技术中，滤网都存在着间隙，网径再小，再密，滤层再多的滤网也得让空气通过才能够有效净化，只要有空隙，哪怕再小，也必然有微小悬浮物通过，然而，“水洗空气”净化理念的提出，较之于传统的滤网除尘技术，一层水幕仅存在的是水分子的距离，没有哪种滤网的网径能比液态分子间的距离更小了，对于空气中存在的大量细微颗粒，如烟尘、可入肺颗粒物PM2.5，水的无缝隙粘性滤除效果会更好。水在无缝粘性滤尘的同时，气化加湿滋润空气，使得空气清新自然，并且空气中的有毒有害物质甲醛等极易溶解于水中，杀菌消毒，降解有害物质，无二次污染。

3 结论与展望

通过对上述主要空气净化技术现状的分析，可以看出：在空气净化领域，单纯利用一种技术，一种材料，或材料的某一方面，想要有效净化空气，其效果肯定是不佳的，因为生活的实际环境空气成分复杂，条件变化多样，空气净化技术的发展趋势应该是走复合的道路，譬如，单纯利用光催化氧化技术，或者活性炭吸附技术，都无法有效改进现有空气品质，但是，如果通过一定的复合技术，将二者有机结合，则能做到取长补短、优势互补的效果，活性炭对低浓度有机气态颗粒具有极强的吸附能力，通过复合，纳米TiO2能够不断地将活性炭吸附的各种有机污染物分解为二氧化碳和水，这样，活性炭吸附饱和的问题就解决了，可以再生了，二者的结合，大大提高净化效率。这样的活性炭—纳米TiO2复合材料已处于开发设计阶段，应用于空调系统，改善空气品质。

水洗空气法，在空气净化方面做了一个全新的探索，开辟了一条新的道路，为空气净化产业的技术创新提供了一个有益的尝试。

传统的净化技术在更新换代，逐渐走向复合技术，全新的技术——水洗空气法，又使得空气净化领域逐渐延伸和扩展开来。未来，技术更加完善，空气品质更优，人类的健康更有保障。

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参考文献：

[1]吴忠标，赵伟荣．室内空气污染及净化技术[M]．北京：化学工业出版社，2007，3.

[2]龚著革.环境卫生纳米应用技术[M].北京：化学工业出版社，2004.

[3]祖庸，雷闫盈，等.纳米TiO2－一种新型的无机抗菌剂[J].现代化工，1999，19（8）：35-37.