空氣凈化器的制作與測(cè)試之探究

周宇宸

摘 要：近年來(lái)，空氣質(zhì)量問(wèn)題成為困擾人們的突出難題，空氣中的細(xì)菌、塵埃、有害氣體等對(duì)人體健康能形成直接危害，空氣凈化器具有凈化空氣的良好作用，但因其價(jià)格偏高常令很多人望而卻步，文章從自制空氣凈化器角度展開論述，期望這項(xiàng)技術(shù)能得到完善和推廣。

關(guān)鍵詞：空氣凈化器；凈化方法；制作測(cè)試

近年來(lái)，霧霾問(wèn)題成為社會(huì)各界普遍關(guān)注的問(wèn)題，在我國(guó)大部分地區(qū)，特別是工業(yè)發(fā)達(dá)城市，霧霾已然直接威脅到市民的身體健康。霧霾主要成因于工業(yè)文明所形成的氣體污染及揚(yáng)塵擴(kuò)散，如汽車尾氣、燒煤供暖、工廠排氣、建筑工地?fù)P塵等，其成分主要為二氧化硫、氮氧化物以及可吸入顆粒物。霧霾會(huì)在人們毫無(wú)防范的情況下侵入人體呼吸道及肺葉中，易于引發(fā)呼吸系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、血液系統(tǒng)和生殖系統(tǒng)疾病。作為工業(yè)化發(fā)達(dá)城市，南京也正遭受著霧霾天氣的困擾，如2013年12月，南京市遭遇持續(xù)性霧霾天氣，從霧霾橙色預(yù)警升級(jí)為紅色預(yù)警，市教育局不得不下發(fā)通知，要求全市中小學(xué)幼兒園全面啟動(dòng)污染天氣紅色應(yīng)急處置方案，實(shí)行停課。面對(duì)當(dāng)前惡劣空氣質(zhì)量，家用空氣凈化器愈加為人們所歡迎，購(gòu)買價(jià)格卻令人咋舌，動(dòng)輒數(shù)千元，甚至過(guò)萬(wàn)元，自制空氣凈化器既節(jié)約資金，又能獲得高質(zhì)量空氣，假以時(shí)日，這項(xiàng)技術(shù)必能得到完善與推廣，為人們生活帶來(lái)良好便利的條件。

1 室內(nèi)空氣污染的種類及危害

因來(lái)源、性質(zhì)不同，室內(nèi)空氣污染一般為氣態(tài)污染物與顆粒污染物兩種。關(guān)于空氣中的氣態(tài)污染物，除了人們熟悉的SO2、NH3、CO、CO2外，也有放射性氣體氮及揮發(fā)性有機(jī)物，如甲苯、甲醛、丙酮、苯酚、氯化物等。醫(yī)學(xué)研究表明，氣態(tài)污染物對(duì)人體存在諸多不良影響，以甲醛為例，能對(duì)人體的眼粘膜、鼻粘膜、上呼吸道形成強(qiáng)烈刺激，可引發(fā)支氣管炎、哮喘、過(guò)敏性哮喘等多種疾病，對(duì)人體神經(jīng)系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、肝臟及腎臟也有毒化作用，成為危害人體健康的極大隱患。關(guān)于空氣中的顆粒污染物，主要分為固體顆粒污染物、微生物污染物兩種，其中，固體顆粒污染物主要源于室外、燃料燃燒及香煙煙霧，如燃料燃燒產(chǎn)生的顆粒污染物通常有生物毒性，對(duì)人體有致癌作用。而微生物污染物主要為霉菌、真菌、細(xì)菌、病毒等，溫暖潮濕與不潔凈的場(chǎng)所易于存在，常附著于顆粒物上，伴隨著空氣的流動(dòng)而流動(dòng)，微生物污染物易于引發(fā)過(guò)敏或呼吸道感染、真菌感染等癥狀。

2 常見空氣凈化方法

總體而言，常見的空氣凈化方法有濾料過(guò)濾除塵法、化學(xué)處理法、物理化學(xué)法及現(xiàn)代技術(shù)法等，如化學(xué)處理法，依據(jù)有害污染物存在情況來(lái)選用匹配的化學(xué)制劑及化學(xué)處理方法，有干式化學(xué)處理和濕式化學(xué)處理兩類方法，而物理化學(xué)法是將物理過(guò)濾法與化學(xué)處理法結(jié)合起來(lái)，進(jìn)一步完善室內(nèi)空氣凈化效果。伴隨著現(xiàn)代技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展，現(xiàn)代技術(shù)法應(yīng)運(yùn)而生，如納米技術(shù)與稀土催化技術(shù)，就是應(yīng)用較為廣泛的空氣凈化技術(shù)，除了應(yīng)用于室內(nèi)裝修材料領(lǐng)域外，也被廣泛應(yīng)用于室內(nèi)空氣凈化器領(lǐng)域。現(xiàn)階段，我國(guó)空氣凈化器多采用機(jī)械過(guò)濾器、藥物消毒、紫外燈殺菌、臭氧消毒燈方法，但上述方法均存在不足之處，如藥物消毒存在二次污染問(wèn)題，紫外燈殺菌難以解決除塵問(wèn)題，臭氧消毒只能用于無(wú)人環(huán)境，且對(duì)室內(nèi)物品存在腐蝕危害。近年來(lái)，空氣質(zhì)量問(wèn)題尤為突出，人們更為認(rèn)識(shí)到空氣質(zhì)量的重要性，家庭空氣凈化器成為越來(lái)越多人的選擇，如應(yīng)用于住宅的空調(diào)系統(tǒng)、真空吸塵器、便攜式空氣凈化器等。

3 空氣凈化器的制作及效果測(cè)試

用超細(xì)過(guò)濾網(wǎng)空氣是否能凈化空氣呢？為探究上述假設(shè)是否可行，筆者制作了一個(gè)簡(jiǎn)單的空氣凈化器，通過(guò)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)其使用效果。

1.空氣凈化器的制作

在空氣凈化器制作方面，使用風(fēng)機(jī)提供空氣循環(huán)所需動(dòng)力，使用具備防水阻燃功能的木塑發(fā)泡板制作外殼，選用超細(xì)過(guò)濾網(wǎng)作為過(guò)濾段，并將過(guò)濾網(wǎng)、風(fēng)機(jī)固定于木塑板所制成的殼體內(nèi)，最終形成一個(gè)簡(jiǎn)單的空氣凈化器。

2.自制空氣凈化器效果測(cè)試

為了研究自制空氣凈化器的空氣凈化效果，筆者采用煤炭不充分燃燒所釋放的污染氣體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，這是因?yàn)椋禾坎怀浞秩紵龝?huì)釋放出固體顆粒污染物以及硫化物等污染氣體，可模擬霧霾等空氣污染物。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，煤炭不充分燃燒產(chǎn)生濃烈的黑煙，并帶有刺激性異味，將空氣凈化器置于燃燒物附近并打開，在風(fēng)機(jī)的作用下，污染氣體迅速通過(guò)空氣凈化器，觀察出風(fēng)口排出的氣體，顏色明顯變稀，但刺激性氣味并未減少。黑煙是由于燃燒不充分致使煙氣中夾雜著未燃燒的細(xì)小顆粒物造成的，故由本試驗(yàn)結(jié)果認(rèn)為，空氣凈化器具備了處理空氣中顆粒污染物的效果，但并不徹底；刺激性氣味并未減少，說(shuō)明過(guò)濾網(wǎng)不能消除異味氣體。

為改進(jìn)空氣凈化器，筆者查閱相關(guān)資料，并參考市售空氣凈化器，得知活性炭能夠吸附細(xì)顆粒物和污染氣體，故購(gòu)買活性炭并將其填入兩側(cè)表面帶有細(xì)孔的箱體，然后將本濾料箱作為新的過(guò)濾段安裝到空氣凈化器中，固定在風(fēng)機(jī)與過(guò)濾網(wǎng)之間，與過(guò)濾網(wǎng)形成兩段過(guò)濾，以提高處理能力。繼續(xù)重復(fù)此前的煤炭燃燒實(shí)驗(yàn)，進(jìn)氣口空氣顏色帶有黑色，而出氣口氣體已無(wú)任何顏色，這表明在過(guò)濾網(wǎng)與活性炭雙重作用下，空氣中的細(xì)顆粒物已徹底脫出，出氣口仍有淡淡的刺激性氣味，這表明活性炭雖能吸附部分污染氣體分子，但效果不夠理想。筆者查閱活性炭性能資料了解到，活性炭只是能夠吸附污染氣體分子，卻并不能使其消除，活性炭吸附氣體的能力是有限的，達(dá)到飽和值時(shí)會(huì)發(fā)生脫附現(xiàn)象，即污染氣體會(huì)從活性炭上脫除。為此，筆者請(qǐng)教了有關(guān)專家，得到結(jié)論是可通過(guò)酸堿中和反應(yīng)解決上述難題，可使用堿性溶液或者酸性高錳酸鉀溶液，也可使用一些強(qiáng)堿性固體，如氫氧化鉀等。在化學(xué)教師的幫助下，制定了解決方案，綜合考慮溶液重量、體積較大以及更換不易等諸多因素，制作表面負(fù)載氫氧化鉀的活性炭來(lái)作為具備化學(xué)反應(yīng)能力的化學(xué)濾料。具體做法是將活性炭浸漬于氫氧化鉀溶液中一段時(shí)間，取出晾干，一部分氫氧化鉀沉積于活性炭表面，活性炭負(fù)責(zé)吸附空氣中的水分和污染氣體，活性炭表面沉積的氫氧化鉀與污染氣體發(fā)生中和反應(yīng)，使污染氣體徹底消除。相關(guān)反應(yīng)如下：

2KOH+SO2=H2O+K2SO3

將表面負(fù)載氫氧化鉀的活性炭填入濾料箱，作為化學(xué)過(guò)濾段與過(guò)濾網(wǎng)形成新的凈化系統(tǒng)，繼續(xù)重復(fù)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)黑煙和刺激性氣味得到了徹底消除，證明以過(guò)濾網(wǎng)和化學(xué)過(guò)濾段為主要部件制成的空氣凈化器是可以起到凈化空氣的作用的。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，自制家用空氣凈化器將成為未來(lái)空氣凈化的一種趨勢(shì)，筆者實(shí)驗(yàn)研究中制作的簡(jiǎn)單空氣凈化器具有良好的空氣凈化效果，證明了本凈化方案的可行性，且該空氣凈化器設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，具有良好的推廣和應(yīng)用前景。但也應(yīng)看到，該研究實(shí)驗(yàn)僅證明了實(shí)驗(yàn)的可行性，仍有兩個(gè)方面需要加以優(yōu)化：一是活性炭的選擇和化學(xué)試劑的附載需要做進(jìn)一步研究探索，以提高化學(xué)濾料的使用效果；二是受資金制約，樣品較為簡(jiǎn)單，需要進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)備外殼及結(jié)構(gòu)，從而制作出適合家庭使用的空氣凈化器來(lái)。

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