【正文】 有研究表明 ,臭氧可在 5min內(nèi)殺死 99％ 以上的繁殖體 ,并可以除臭 。 ③臭氧在室內(nèi)空氣凈化中的應(yīng)用是將臭氧直接與室內(nèi)混合或?qū)⒊粞踔苯俞尫诺绞覂?nèi)空氣中 ,利用臭氧極強(qiáng)的氧化作用 ,達(dá)到滅菌消毒的目的。常用的原料氣體有氧氣、空氣 ,以及含有氧、氮、二氧化碳、氬等其他稀釋氣體的循環(huán)氣體。 室內(nèi)污染控制與潔凈技術(shù) 負(fù)離子凈化 空氣負(fù)離子的凈化效應(yīng) 空氣負(fù)離子是借助凝結(jié)和吸附作用 ,附著在固相或液相污染物微粒上 ,從而形成大離子并沉降下來(lái) ,從而降低空氣污染物濃度 ,起到凈化空氣的作用 。 ② 降低血壓 ,增強(qiáng)心肌功能 。 由于空氣負(fù)離子受地面排斥 ,而正離子受地面吸引 ,所以在近地面層大氣中 ,正離子多于負(fù)離子 ,輕離子中離子的數(shù)量和單級(jí)系數(shù)可因各種條件而發(fā)生變化 。 目前 ,從事低溫等離子體去除室內(nèi)污染物這方面研究主要取得以下成果： ①放電形式及反應(yīng)器結(jié)構(gòu)； ②影響氣體凈化效率的因素。 室內(nèi)污染控制與潔凈技術(shù) 非平衡等離子體凈化 電暈線間距 /mm 電暈線 /根 電壓峰值 /kv 凈化甲苯效率 /% 10 13 42 20 7 42 40 4 42 60 3 42 表 線 板式反應(yīng)器的電暈線間距對(duì)凈化甲苯效率的影響 (6)放電間隙的影響 見表 。反應(yīng)器直徑太大時(shí) ,不僅甲苯的凈化效率偏低 ,且所需使用的峰值電壓過(guò)高 ,對(duì)電源及運(yùn)行的安全性提出了較高的要求 。 ④ 凈化效率隨脈沖上升時(shí)間的增大而降低 。 調(diào)節(jié)空氣中的離子平衡 ,使負(fù)離子濃度保持在適當(dāng)?shù)乃?,這對(duì)改善空氣品質(zhì)有著重要的意義 。 其處理過(guò)程分 3個(gè)階段 : ① e + M(氣體分子 )→M － 。 制備方法 :電子束輻射法、氣體放電法。 這種聯(lián)合作用可以減少臭氧用量 ,可以增加羥基自由基的產(chǎn)生量 ,從而提高光催化效率 。 光催化 (光觸媒 )凈化方法 室內(nèi)污染控制與潔凈技術(shù) 12 ??gm 1??gueqT/℃ 氣氛 比表面積 / 表面 OH－ 的密度 / 未經(jīng)處理 333 600 Ar 106 700 Ar 67 800 Ar 43 900 Ar 17 1000 Ar 6 1000 O2 13 表 55 TiO2熱處理之后的表面性能 光催化 (光觸媒 )凈化方法 室內(nèi)污染控制與潔凈技術(shù) 光催化在空氣凈化中的應(yīng)用研究 (1)納米光催化技術(shù)在空氣凈化中應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn) 目前 ,納米光催化技術(shù)越來(lái)越受到重視 ,該技術(shù)在凈化室內(nèi)空氣污染物方面有很多其他方法所不具備的優(yōu)勢(shì) : ① 廣譜性 。一般認(rèn)為銳鈦礦型活性較高。但粒子之間的遮蔽作用以及系統(tǒng)的紫外光光強(qiáng)是一定的，當(dāng)催化劑用量達(dá)到一定值時(shí)，光催化活性提高緩慢，凈化效率上升緩慢。 ⑤ 清除室內(nèi)有機(jī)物污染物 TiO2性能最佳，能被陽(yáng)光和日光燈中紫外線激勵(lì)，不需特殊的光源，可以徹底分解所有的有機(jī)物，并降解為無(wú)害的二氧化碳和水。 兩過(guò)程包括下列 7個(gè)步驟： ①反應(yīng)物從氣流中通過(guò)層流邊界層向催化劑外表面擴(kuò)散； ②反應(yīng)物從催化劑外表面通過(guò)微孔向催化劑內(nèi)表面擴(kuò)散； ③反應(yīng)物被催化劑表面化學(xué)吸附； ④反應(yīng)物在催化劑表面上發(fā)生氧化還原反應(yīng)； ⑤反應(yīng)產(chǎn)物脫附離開催化劑表面； ⑥反應(yīng)產(chǎn)物從催化劑內(nèi)表面向外表面擴(kuò)散； ⑦反應(yīng)產(chǎn)物從催化劑外表面擴(kuò)散到主氣流中 。 光催化 (光觸媒 )凈化方法 室內(nèi)污染控制與潔凈技術(shù) 光催化凈化是基于光催化劑在紫外線照射下具有氧化還原能力而凈化污染物的。 3( / )r g cm? 23( / )va cm cml 假設(shè)在界膜層內(nèi)某一點(diǎn)上 ,氣相主體的被吸附物質(zhì)濃度為 C ,吸附劑粒子表面的被吸附物質(zhì)濃度為 CB,吸附劑表面的吸附量為 qB,吸附劑粒子內(nèi)的吸附量為 q,那么單位體積的吸附量隨時(shí)間的變化具有下列關(guān)系式： ? ? ? ?G v B S v Bdq k a C C k a q qdt ? ? ? ?式中 , kG —— 氣體界膜標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的分移動(dòng)系數(shù)； kS —— 粒子內(nèi)的物質(zhì)分移動(dòng)系數(shù) 。 1)吸附平衡 吸附質(zhì)與吸附劑長(zhǎng)時(shí)間接觸最終可達(dá)到吸附平衡。 室內(nèi)污染控制與潔凈技術(shù) 吸附凈化 表 常用吸附劑的特性 比表面積 (m2/g) 孔隙體積微觀孔 /宏觀孔 (cm3/g） 松散密度 （ g/L） 比熱容 (J/) 活性炭（木炭） 1000～ 1500 ～ 。 物理吸附和化學(xué)吸附并不是孤立的，往往相伴發(fā)生。 物理吸附的特性： (可逆過(guò)程 )； ，無(wú)選擇性 (只是吸附量不同而已 )。(5)幾何特性見表 。 比表面積相同時(shí) ， 活性炭纖維比粒狀活性炭吸附質(zhì)的吸附能力更高 ， 而吸附低濃度的以及痕量的吸附質(zhì)時(shí)也更有效 。 ③吸附劑內(nèi)表面吸附，稱為吸附過(guò)程。 由于活性炭纖維具有良好的結(jié)構(gòu)特征以及優(yōu)異的吸附性能，在廢水治理、飲用水凈化方面，已經(jīng)取得了理想的效果。 光催化（觸媒）凈化原理圖 光催化 (光觸媒 )凈化方法 室內(nèi)污染控制與潔凈技術(shù) ： （ 1）直接用空氣中的 O2作氧化劑，反應(yīng)條件溫和（常溫、常壓）； （ 2）可以將有機(jī)污染物分解為 CO2和 H2O等無(wú)機(jī)小分子，凈化效果徹底； （ 3）半導(dǎo)體光催化劑化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，氧化還原性強(qiáng)，成本低，不存在吸 附飽和現(xiàn)象，使用壽命長(zhǎng)。納米材料特殊的導(dǎo)電、電磁性能、超強(qiáng)的吸收性和寬頻帶性，為導(dǎo)電吸波織物的研究開發(fā)創(chuàng)造了新條件。圖 512為 TiO2用量及面密度對(duì)丙酮凈化效率的影響 [ 6]。制備途徑： ①粘結(jié)法：直接負(fù)載于載體上； ②熱處理固化在載體上。這是因?yàn)楸簾龝?huì)對(duì) TiO2的表面產(chǎn)生影響，隨著焙燒溫度提高，比表面積減少，表面吸附量降低。 從而達(dá)到提高光催化氧化反應(yīng)速率 。 ② 非熱平衡等離子體。(2)催化凈化 。 則這些帶負(fù)電的顆粒物就會(huì)吸引其周圍帶正電的顆粒物 (通?？諝庵械募?xì)菌 、 病毒 、 孢子等是帶正電 )。 1）脈沖電源電參數(shù)的影響 ① 凈化效率隨脈沖頻率的增大而提高 。③ 直徑越小 ,甲苯的凈化效率與峰值電壓的關(guān)系曲線愈陡 。 這是由于電暈極間距越小 ,則沿反應(yīng)器長(zhǎng)度方向可布置電暈極的根數(shù)增加 ,增加了電暈區(qū) ,處理效果隨之增強(qiáng) 。 研究表明 ,等離子體是一種效率高 、 能耗低 、 使用范圍廣的污染物凈化手段 。 /N N q??? /n n q??? q( 單極系數(shù) ) 以中、重離子： 或輕離子： 表示正、負(fù)離子之比。 當(dāng)空氣中負(fù)離子的濃度較高時(shí) ,能抑制多種病菌的繁殖 ,降低血壓和消除疲勞 ,促進(jìn)人體的新陳代謝 ,改善肺的通氣功能和換氣功能 ,呼吸系數(shù)增加 (吸收 O2增加20%,排 CO2增加 %)和促進(jìn)人體的生長(zhǎng)發(fā)育 ,因而人們將空氣負(fù)離子比喻為 “ 藍(lán)色維他命 ” 或 “ 空氣長(zhǎng)壽素 ” 。 利用動(dòng)力設(shè)備和高壓噴頭將水從容器中霧化噴出 ,霧化后的水滴以氣溶膠形式帶負(fù)電而成為負(fù)離子 ,其發(fā)生負(fù)離子的濃度取決于水的霧化狀況 ,一般可達(dá)到 104105個(gè) /cm3。 ④強(qiáng)氧化能力 ,幾乎對(duì)所有的金屬都有氧化腐蝕作用。 室內(nèi)污染控制與潔凈技術(shù) 臭氧凈化 臭氧在空氣凈化中的應(yīng)用 1)臭氧在空氣凈化中的作用 ①臭氧的應(yīng)用主要是其極強(qiáng)的氧化能力與滅菌消毒性能 ,即氧原子可以氧化細(xì)菌的細(xì)胞壁 ,利用擊穿細(xì)胞壁與體內(nèi)的不飽和鍵化合而殺滅細(xì)菌。 室內(nèi)污染控制與潔凈技術(shù) 臭氧凈化 值得注意的是 ,臭氧發(fā)生器在不同空間的需求中 ,工作時(shí)數(shù)與效果是成正比的 ,特別是臭氧在高溫環(huán)境下短期內(nèi)就進(jìn)入衰減期 ,必須要邊發(fā)生、 邊應(yīng)用 ,使臭氧供應(yīng)不間斷才能達(dá)到完美效果 。 因此 ,長(zhǎng)時(shí)間接觸臭氧還易繼發(fā)上吸道感染 。 ⑤另外 ,臭氧可以氧化分解果蔬生理代謝作用呼吸出的催熟劑 ——乙烯氣體 ,所以還具有消除異味、防止老化和保鮮的作用。 但在發(fā)生過(guò)程中 ,必須配置效果優(yōu)良的氣體干燥和發(fā)生裝置及冷卻系統(tǒng) 。另一方面可以不斷地清除污染物,從而達(dá)到改善空氣質(zhì)量的目的 。 ④ 增強(qiáng)免疫系統(tǒng)功能 。 36,n=70177。 室內(nèi)污染控制與潔凈技術(shù) 負(fù)離子凈化 空氣離子類型及其特性 空氣中的離子按體積大小可分為輕 、 中 、 重離子 3種 。 總之 ,對(duì)于特定的反應(yīng)器 ,應(yīng)該有其合理的電源電參數(shù) ,即脈沖電源應(yīng)該與反應(yīng)器匹配 (指脈沖電源提供的能量能夠滿足反應(yīng)器去除 VOCs,而且能量能夠盡可能的利用 ,使能耗降到最低 )。 從趨勢(shì)來(lái)看 ,陶瓷管反應(yīng)器在實(shí)驗(yàn)電壓范圍內(nèi)凈化甲苯效率一直呈較明顯的上升 ,而金屬管反應(yīng)器則在峰值電壓高于 30kV后凈化效率的上升趨勢(shì)變緩 ,高于 36kV后 ,有較頻繁的火花出現(xiàn) ,凈化甲苯效率下降。當(dāng)電容值小于最佳值時(shí) ,脈沖沿較窄 ,但脈沖能量相對(duì)較小 ,凈化效率降低 。 室內(nèi)污染控制與潔凈技術(shù) 非平衡等離子體凈化 非平衡等離子體空氣凈化反應(yīng)器 根據(jù)等離子體區(qū)中是否填充了絕緣介質(zhì) ,把等離子體反應(yīng)器分為空腔式和填充式 2種類型 ,下面介紹它們的組成結(jié)構(gòu) 。 靜電集塵是一個(gè)物理過(guò)程 ,在這個(gè)過(guò)程中 ,對(duì)懸浮在空氣中直徑小于100μm 的總懸浮顆粒 (TSP)和直徑小于 l0μm 的可吸入顆粒 (PM10)有較高的清除效率 。HO2, 室內(nèi)污染控制與潔凈技術(shù) 非平衡等離子體凈化 20世紀(jì) 60年代形成的等離子體化學(xué)是基于高能物理 、 放電物理 、放電化學(xué) 、 反應(yīng)工程學(xué) 、 高壓脈沖技術(shù)等領(lǐng)域的一門交叉科學(xué) 。 光催化在常溫下進(jìn)行 ,直接利用空氣中的氧氣作氧化劑 。 ②金紅石型 TiO2對(duì) O2的吸附能力較差，比表面積較小，光生電子和空穴容易復(fù)合，導(dǎo)致催化活性降低。 圖 513 初始濃度對(duì)丙酮凈化效率的影響 圖 514 光照時(shí)間對(duì)丙酮凈化效率的影響 光催化 (光觸媒 )凈化方法 室內(nèi)污染控制與潔凈技術(shù) D：光照時(shí)間的影響 從圖 514看出，反應(yīng)開始時(shí)，反應(yīng)物的質(zhì)量濃度比較 高，新鮮催化劑的吸附性較好，丙酮凈化效率隨著反應(yīng)時(shí) 間的延長(zhǎng)增加得較快，隨后，凈化效率的變化趨勢(shì)逐漸平 緩，其原因?yàn)椋? ①反應(yīng)物的減少和生成物的增加抑制了反應(yīng)的正向進(jìn)行 ②氧的存在對(duì)反應(yīng)起很大的作用，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)和反應(yīng)的 進(jìn)行，系統(tǒng)中氧的含量逐漸減少，反應(yīng)速率減慢； ③反應(yīng)產(chǎn)物中有水，水蒸汽的存在對(duì)丙酮的降解起抑制作用 E： O2含量的影響 光催化 (光觸媒 )凈化方法 室內(nèi)污染控制與潔凈技術(shù) F： H2O含量的影響 H2O在光催化反應(yīng)中起著重要作用，但是隨著 H2O含量的增加， TiO2的催化活性就不確定了。影響反應(yīng)器內(nèi)輻射能量分布的主要因素包括： ①反應(yīng)器的幾何尺寸；②反應(yīng)器的光學(xué)厚度；③光源與反應(yīng)器的相互位置；④輻射波長(zhǎng)；⑤反應(yīng)體系中多相共存的影響；⑥反應(yīng)器的混合特征。對(duì)于室內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物光催化氧化過(guò)程 ,在 O2和 H2O濃度保持不變，該模型可簡(jiǎn)化如下： 光催化 (光觸媒 )凈化方法 室內(nèi)污染控制與潔凈技術(shù) 對(duì)上式求積分后化簡(jiǎn)可得： 式中， C ——有機(jī)物濃度 。 光催化 (光觸媒 )凈化方法 室內(nèi)污染控制與潔凈技術(shù) 該項(xiàng)技術(shù)是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外研究者們十分關(guān)注研究與開發(fā)的重要課題之一，納米光催化凈化技術(shù)還在其他領(lǐng)域中占有重要研究?jī)r(jià)值（如航天、航海、醫(yī)療業(yè)）。如圖 ,如果 C和 q分別取平衡點(diǎn) q*和 ,則可用下式表示： ? ? ? ?**G v S vdq K a C C K a q qdt ? ? ? ?*C式中 , KG —— 按濃度合并的物質(zhì)總移動(dòng)系數(shù)； KS —— 按吸附量之差合并的物質(zhì)總移動(dòng)系數(shù) 。當(dāng)吸附達(dá)到平衡時(shí)，吸附質(zhì)在氣、固兩相中的濃度間有一定的等溫吸附函數(shù)關(guān)系?！? 600 840 氧化硅膠 窄孔 600～ 850 ～ 。(3)具有一定的粒度 ,較高的機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性 。根據(jù)固體表面吸附力的不同，吸附可分為： ① 物理吸附 ② 化學(xué)吸附 室內(nèi)