活性炭纖維空氣凈化窗

鐘長弟 朱洪潤

【摘要】隨著人們生活水平的提高，室內污染問題越發嚴峻，而活性炭纖維是一種優良的吸附材料，針對目前室內空氣污染的嚴峻形勢和室內空氣污染的凈化技術，創新性地將活性炭纖維與空氣凈化窗相結合，在保證通透性能的同時又處理了空氣污染。本文充分分析活性炭纖維作為吸附劑的性能和用途特點，重點分析其可作為室內空氣污染處理有效方法的可行性。

【關鍵詞】活性炭纖維；窗；吸附；室內空氣凈化

近些年來，隨著人們生活品質的提高，室內被大量新型裝飾涂料、家具和日常生活用品不斷充斥，由此造成日益嚴重的室內環境污染。而室內的空氣質量會嚴重影響人體健康，同時室內空氣質量問題日益受到大眾的重視，許多科研人員均投身到凈化空氣的研究中來。因此，大量室內空氣凈化產品及相關技術也不斷涌現。

一、室內空氣凈化方法

1、過濾法

過濾法即為采用物理分離技術，將空氣中的懸浮顆粒從空氣中分離。然而，該技術無法處理細菌和有毒有害氣體等污染物，且過濾凈化器通常會由于濾料經常填充飽和而失去過濾能力，因而該技術的應用會受到較大限制。

2、吸附法

吸附法則是利用具有吸附能力的物質（通常為多孔介質）吸附污染物來實現凈化空氣的目的。主要包括物理吸附和化學吸附，可應用于吸附所有害有惡臭氣體，并且能實現高脫除率，是凈化空氣的常用方法。主要的吸附材料包括活性炭、分子篩、硅膠和活性氧化鋁等，而用作吸附材料的物質主要為活性炭，該介質具有大的比表面積、快的吸脫速度和大吸附容量等優點。

3、低溫等離子凈化法

在常溫常壓下，非平衡等離子體是利用高壓放電來獲得，較多的高能電子都會在活性粒子轟擊過程中，會產生O和OH等的技術為低溫等離子凈化法，經過一系列反應使有機物分子最終分解為CO2、H2O的技術。等離子體凈化法可凈化的納米級的污染物粒，遠高于比傳統方法降低了數個數量級，具有很好的發展前景。

4、催化凈化法

在催化劑的作用下，將有害氣體氧化分解成無害物質的一類方法，總稱催化凈化法。以TiO2光催化劑為例，其凈化原理是TiO2在受到紫外線照射后，其內部電子（即空穴對）受激發，產生具有強氧化能力的活性基團氫氧（羥）基，在綜合作用下可降解絕大部分附著在表面的污染有機物。催化凈化法通常可分為傳統催化法、納米材料光催化法及等離子體催化法等，室內空氣污染物的濃度較低，因而對于傳統催化法而言，具有較高的運行費用。

5、臭氧消毒法

臭氧作為消毒劑具有很強的殺滅效果。臭氧殺滅微生物作用機制是通過破壞腸道病毒的多肽鏈，使RNA受到傷，它可與氨基酸殘基（色氨酸、蛋氨酸和半胱氨酸）發生反應卻可直接破壞蛋白質，噬菌體中的RNA被釋放出來后采用臭氧進行殺滅，通過電鏡觀察可發現噬菌體被撕裂成小的碎片。有研究表明，紫外吸收發生改變嘌呤和嘧啶經臭氧作用后，細菌細胞壁脂類則可與臭氧雙鍵反應，進入菌體內部，作用于脂蛋白和脂多糖，改變細胞的通透性，進而導致細胞溶解、死亡，破壞或分解細菌的細胞壁，迅速擴散入細胞內，氧化破壞細胞內的酶，使之失去生存能力。臭味及其它氣味的物質經過臭氧的強氧化性，可快速分解產生各種小分子有機物，如胺、甲硫醇硫化氫等。

6、其他凈化技術

除了以上的空氣凈化技術以外，還包括以煙霧消毒和過氧乙酸消毒的凈化方法。

二、活性炭纖維

上世紀70年代初發展起來的具有新型吸附功能的材料活性炭纖維，主要以木質素、酚醛纖維、聚丙烯纖維、瀝青纖維等為原料，分別經炭化和活化而加工制得。相比粒狀、粉狀的活性炭，活性炭纖維具有特有的微孔結構，更高的外表面積和比表面積和多種官能團，平均孔直徑也更小，通過系列吸附手段的成功運用，使其在各領域均得到了廣泛應用。

1、活性炭纖維的性能

（1）吸附容量大

活性炭纖維具有大的比表面積和豐富的微孔結構，增大比表面積其吸附容量一般也增大。對無機氣體、溶液中化合物和金屬離子等均有很好的吸附能力。

（2）吸附脫附速度快。

孔徑分布集中的微孔是活性炭纖維是吸附脫附快的關鍵，吸附過程中吸附質無須像在活性炭一樣經長距離孔過濾，因為小的粒內擴散阻力，所以吸附速度快，對氣體的吸附一般能在幾分鐘內達到平衡。

（3）對低濃度物質的吸附能力強。

在表面吸附中，孔徑越小，吸附力場越大。活性炭纖維對低濃度物質的吸附能力強，而顆粒活性炭通常在低濃度時吸附能力大幅地降低。

（4）吸附的選擇性

選擇吸附可按照分子的大小和形狀進行設置，均依賴其特殊的微孔結構，從而具有分子篩的活性炭纖維的氧化還原性能在其吸附金屬離子時表現最為明顯。活性炭纖維的氧化還原特性是由系列電位不同的表面活性基團引起的，活性炭纖維可同時作為還原劑和氧化劑，這由所用體系的電位高低來決定，活性炭纖維氧化還原容量隨參與反應的基團種類和濃度不同而變化。

2、活性炭纖維的應用

（1）用于水凈化及處理

活性炭纖維有特殊的凈水功能。例如，對澄清混濁的水質有明顯作用，可除去殘留在水中的臭味；尤其對水中含高鐵和高錳無機物的去除效果明顯；其中對氰、氯、氟和酚等化合物去除率可達90%以上，對細菌有非常好的過濾效果，如大腸桿菌去除率達98%。在有機化工廢水處理方面，中山大學已經研制生產的活性炭纖維用于處理含酚工業廢水、PCBs廢水處理、制藥廠高濃度廢水處理；煉油廠環烷酸綜合廢水處理、印染廢水處理、造紙黒液廢水處理和染料生產廢水處理等。

（2）用于溶劑回收

活性炭纖維的脫附速度快且吸附容量大，可用于回收活性溶劑，這是因為該技術具有吸、脫附速度快，耗時短，在吸附過程中幾乎沒有分解或聚合的現象產生。

（3）用于氧化還原劑

活性炭纖維的重要特征之一便是氧化還原功能。活性炭纖維對煙堿的吸附率也很高，苯駢芘有特殊的吸附能力，所以完全可以利用活性炭纖維來凈化空氣。基于以上活性炭纖維的突出優點，將活性炭纖維技術用于室內空氣凈化，并與窗相結合，在能保證室內外的空氣流通的同時，有效降解了空氣中的有機污染物，是具有顯著優勢的室內空氣技術凈化技術。

三、結論

基于對各種室內空氣凈化技術的對比分析，活性炭纖維作為優良的吸附材料，具有優異的性能和廣泛的用途。通過對目前室內空氣污染的嚴峻形勢深入分析，將活性炭纖維與空氣凈化窗相結合，同時實現了通透性能和空氣凈化效果，因此，室內空氣污染處理的技術具有廣闊的發展前景和未來。

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