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气相净化在室内 PM2.5到底应该怎么净化?

作者:鑫田净化设备 来源:www. 时间:2016-06-23 22:30:59

面对大气中显著上升的PM2.5水平,我们除了被动的忍受,有没有什么办法能够主动的改善?虽然从宏观层面上看,提升空气质量的根本途径必须依赖政府通过行政、法律、经济等综合手段进行长期的治理才能有所好转。但在微观层面,使用一些现成的空气净化产品或许是最现实,也是最有效的手段。尤其是对人们生活时间较多的室内环境,选用合适的新风产品可以将多数大气中的PM2.5拒之于门窗外。这样的产品至少应具有以下几个功能段:


(1)初效空气过滤器


初效空气过滤器一般作为新风处理的第一道工序,主要用于过滤5μm以上颗粒。


(2)HEPA(高效空气过滤器)


高效空气过滤器是目前被广泛使用的一种多层净化技术。其过滤介质由细微玻璃纤维制成,厚度和质地与吸墨纸非常相似。HEPA高效过滤器一向被认为对所有0.3微米和更大的颗粒最低去除率高达99.97%。根据美国肺脏协会的标准要求,称得上是“真正”的HEPA高效过滤器,必须使穿透过滤媒介的颗粒比例不得高于万分之三。


合格的高效空气过滤器是去除新风中PM2.5的主力军。无论是无机颗粒、有机颗粒还是微生物颗粒,只要在直径上不小于0.3微米,则可以获得较为满意的去除效果。


然而,如果过滤器材的孔径仅仅限定在可以去除PM2.5,则它并不能从根本上解决新风质量的问题。因为这时只去除了室外空气中的气溶胶态污染物,而对其中直径只有0.001微米左右的气态污染物,HEPA也是“大门敞开”。另一方面,PM2.5造成的危害,甚至PM2.5自身的形成过程,都与气态污染物密切相关。如果不能把绝大多数气态污染物同时拒之于门窗外,它们进入室内后,可以在一定条件下转化为PM2.5。因此,必须对新风进行分子级过滤,这就是下面要提到的气体污染过滤器。


(3)气体污染过滤器


对于气态污染物,常见的处理技术包括活性炭吸附、等离子/负离子净化、光催化氧化(光触媒)等。下面对它们的原理作一简单介绍:


等离子净化--当气态污染物经过等离子发生器时,在高压脉冲电场中,通过前后沿陡峭、脉宽极窄(ns)的高压脉冲电晕放电,在常温下获得非平衡高能低温等离子体,即产生大量高能电子(约5eV)和具有极强氧化性能的羟基自由基(·OH、·HO2、·O)、以及氧化性极强O3等高能活性粒子,与有机物分子进行非弹性碰撞,使有机物分子化学键断裂,发生一系列复杂氧化、降解化学反应,最终使污染性有机物转变为无害的二氧化碳和水,使新风得到净化。


负离子净化--负离子是通过负离子发生器中的电子脉冲振荡电路将低电压升至直流负高压,利用针尖或碳刷尖端直流高压产生高电晕,高速地放出大量的负电荷(e-),而负电荷无法长久存在于空气中,并立刻会被空气中的氧分子(O2)捕捉,形成负离子。负离子与空气中带正电的灰尘结合,然后沉淀到地板或其他表面上,起到清新空气用。


光催化氧化(光触媒)--绝大多数光催化氧化都采用TiO2作为催化剂,关于它的催化机理一般认为:在波长小于380nm光的照射下,TiO2的价带电子会被激发到导带而形成电子-空穴对,所形成的电子-空穴对迁移到半导体颗粒表面后可以被表面的物种捕获。光激导带电子与吸附在催化剂表面的O2结合形成.O2-,再经过一系列反应生成.OH自由基。空穴与吸附在表面的水或覆盖在催化颗粒表层的羟基反应也能形成.OH自由基。由于形成的.OH自由基具有高度的化学反应性,因而可以使催化剂表面吸附的有机物发生一系列化学变化,并最终氧化成CO2和其他无机物。


上述三种气体污染处理技术均获得了不同程度的实际应用。尤其是光催化氧化技术,可以将许多有机污染物转化为无机物质,反应迅速且彻底,对人体无伤害,因此在室内空气净化方面具有广阔的应用前景。


然而,这三种技术也存在一些相似的局限之处:


对无机污染物,如大气中常见的SO2、NOX等并不能彻底清除,因为这些无机污染物的最终产物仍然是硫氧化物和氮氧化物。


存在安全隐患。等离子/负离子净化需高压电离空气,可能分解出氮族等有害气体,以及超标的O3、NOX、N+、重离子;光催化氧化多数需配备紫外光源进行激发,也有潜在问题。


处理的峰值负荷较小。等离子/负离子净化的能量完全来自电能;光催化氧化虽可利用自然光能但毕竟是纳米材料,也受到能量的制约。此外,气体在处理设备中的滞留时间很短,某些污染物可能未被及时处理就进入室内,也就是发生了“旁通”现象。


下面再来看看活性炭吸附与CA的化学媒体之间的对比。由于两者存在某些表观上的相似性,故作一处讨论:


活性炭对有害气体的吸附,主要利用的是它巨大的比表面积和多孔结构,在其表面与气体分子之间形成了范德华力—这是一种分子间作用力,因此决定了它不是很强,一般只有每摩尔几千焦至几十千焦,比化学键的键能小1-2个数量级。而在Multi-Mix®中,表面物理吸附仅仅是第一步,后续的化学吸附才是核心步骤。表面催化为化学吸附降低了活化能,大大提高了反应速度,使化学吸附能在很短的时间里完成。而化学吸附一旦完成,由于其固有的特性,具有其它处理技术不可比拟的优势:


1)化学键的形成是化学吸附的本质。不同于范德华力,化学键是指分子内或晶体内相邻两个或多个原子(或离子)间强烈的相互作用力。由于它比范德华力大得多,化学吸附的稳定性也远远超过物理吸附。因此,当环境条件发生突然变化时,活性炭的物理吸附可能发生脱附,而化学媒体的化学吸附则稳定如常。化学媒体的应用,确保了CA新风产品的气体净化效率。


2)如前所述,活性炭主要依靠自身的表面积起到净化作用,而化学媒体除了也具有巨大的表面积外,更重要的是充分利用了整个三维体积。物理化学吸附的有机结合,使得媒体的利用过程由表及里,最终达到内部核心才告消耗。例如,MM-1000媒体表面完全变色时,其使用寿命仅仅消耗了约20%。化学媒体相对活性炭的寿命优势,正是三维相对二维的维度优势,这确保了CA新风产品具有较长的使用期限,大大减少了过滤材料的更换频率。


3)化学吸附具有更加可靠的广谱性。室内外的气体污染物成分极为复杂,例如室外空气中主要含有NOX、SOX、碳氢化合物等,它们主要来自汽车尾气;而室内空气中较多的是VOCs、甲醛等有机物,它们来自人体代谢、装饰家居和特定设备。对种类多达数百种的有害气体,活性炭虽然均具有一定的处理效果,但差别是很大的,由此导致了它往往并不能很好地应对某一种具体污染物。化学媒体则截然不同,它是为应对大气和室内污染而专业设计的配方,因此对这种场合下的几乎所有气体污染物均有着极高的捕获效率。两者之间的差别好比游击队与正规军。


此外,化学吸附的最终产物是稳定固体、二氧化碳与水,均是无公害产物。它把NOX、SOX中的氮硫元素固定在产物中,不再以气体形式存在。


4)CA的化学媒体具有严密的质量控制和保证。Multi-Mix®媒体介质通过了UL1级认证,不燃且无毒无公害。在北美,使用后的媒体无需专门处理即可填埋。


CA的主要优势之一正是在气态污染物处理方面的行业资深地位。CA独有的Multi-Mix®化学净化媒体是一个久经考验的气相净化媒体,最早应用于军事领域,如潜艇中空气成分的控制和防化设施。经过40多年的发展,Multi-Mix®已形成了庞大齐全的媒体家族,拥有百十种在特定应用场合表现出色的专业媒体,其中MM-1000和MM-3000两种媒体普遍适用于多数场合下新风中气态污染物的净化。


CA气相净化技术是一种先进的气体净化方案,它是在传统化学吸附基础上发展而来,包括以下四种主要机制:


Adsorption吸附


吸附是一种物理过程,污染物(液体,气体或悬浮物)会吸附在吸附剂材料的表面或是毛孔内。吸附是一个可逆过程,无化学反应发生,又称范德华吸附。


Absorption吸收


吸收是指污染物渗透到另一种物质的结构中的过程,这是不同于吸附的地方,吸附是一种物质存在于另一种物质的表面。


Chemisorption化学吸附


化学吸附类似于物理吸附过程,化学吸附是指由吸附剂与污染物之间产生的化学作用而产生的吸附。化学吸附是通常被认为是一个不可逆转的进程。


Catalysis催化


催化是一个过程,在催化剂的作用下形成另一种物质的化学变化。这种变化(通常是导致或加速化学反应),将去除污染物而催化剂本身没有发生任何变化。


Circul-Aire提供了多种气相净化媒体,针对工商业环境中的腐蚀性,异味及有毒污染物进行连续的净化处理。


针对不同的污染,Circul-Aire的媒体将使用不同的流程从被污染的空气流中去除不需要的气体。


更具体地说,Circul-Aire采取了四种主要的去除机制用来消除空气中化学污染物,分别是吸附,吸收,化学吸附及催化。


综上所述,只有兼具去除气溶胶态污染物和气态污染物功能的新风产品,才能完全应对PM2.5对室内环境和人体健康的挑战。从这个意义上看,气体污染过滤器和高效空气过滤器同样都是其中的重要一环,在CA的所有新风产品中,我们也一直秉持这样的理念。请参考下图,污染的空气经过粗效过滤器、气体污染过滤器和高效过滤器后进入室内,彻底去除了PM2.5类气溶胶态污染物和气态污染物。

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