空氣凈化器的類型綜述與展望

童曈 王柏榮 李欣慧 李聰慧

摘 要：隨著人們對空氣質量的關注，空氣凈化器也從專業的消防器材逐漸成為普通家用設備，目前空氣凈化器可以分為光觸媒空氣凈化器、靜電式空氣凈化器、活性炭技術空氣凈化器、HEPA過濾式空氣凈化器、臭氧技術的空氣凈化器、新風系統和負離子技術空氣凈化器，高效與智能將是未來空氣凈化器的發展方向。

關鍵詞：空氣質量；凈化器；工作原理；發展歷史

一、引言

近年來，我國的大氣環境日益惡化，尤其是在秋冬季節霧霾問題頻發。在霧霾爆發時，由于大氣空氣環境的影響，室內空氣雜質含量升高。科學研究表明，PM2.5及其表面吸附的有害物質對人體有著極大地影響。因此，隨著人們對空氣質量問題的重視程度提高，空氣凈化器也從之前的默默無聞，開始走進普通百姓的家中。

二、空氣凈化器的發展簡史

最早的空氣凈化器起源于消防用途。1823年美國人約翰和查爾斯迪恩發明了一種形式的煙霧防護設備，可以讓消防員在救火時免受煙霧的侵擾，大大提高了救火的工作效率。1854年約翰斯·滕豪斯通過不斷地進行實驗，在前輩的基礎上取得了新的發展。在實驗中他發現木炭可以過濾空氣中的有害物質與有毒氣體，并將其應用到早期的空氣過濾器中，這就是空氣凈化器的雛形。之后的一段時間里，空氣凈化器并沒有較大的發展與進步。直到二戰期間，美國政府開始研究放射性物質，他們需要一種可以過濾空氣中顆粒物的過濾裝置，來保持空氣的清潔，保證科學家在工作時的身體健康。由此研制出了HEPA（高效空氣凈化器的簡稱）濾網，同時也受到了防空洞設計與建設人員的推崇。

三、空氣凈化器種類

（1）光觸媒空氣凈化器

光觸媒技術也被稱為冷觸媒技術，其工作原理是將納米級催化劑（TiO）鍍在特定的載體上，制成過濾網，通過風機作用，存特定波長的紫外線照射下，是催化劑與有害氣體發生強氧化反應，凝同病毒蛋白質，抑制病毒活性，從而凈化空氣。利用二氧化鈦在近紫外線區光活性好，光催化作用久，化學性質穩定，硬度高，價格低，對人體無害等優點。 光觸媒空氣凈化器具有快速分解有毒有害氣體、有效殺滅各種細菌、霉菌、病毒、除去各種異味、煙味、吸附粉塵等功效，可迅速有效地改善室內空氣質量。

（2）靜電式空氣凈化器

靜電式室內空氣凈化器，由美國加利福尼亞大學penny博士于1935年首次設計的。利用陽極電暈放電原理，使空氣中的粉塵帶上正電荷，然后借助庫侖力作用，將帶電粒子捕集在集塵裝置上，達到除塵凈化空氣的目的。靜電式空氣凈化器擁有噪音小，無耗材等優點。目前的靜電式空氣凈化器主要有過濾吸附型、靜電集塵型和復合型。但是其本身也存在一定的缺點，它需要用戶拆下集塵裝置進行清洗，但集塵裝置比較脆弱，且清洗不當還會引發電器的安全隱患。并且還會產生一定的二次污染氣體——臭氧。

（3）活性炭技術空氣凈化器

空氣凈化活性炭一般選用優質的木材或椰子殼，通過深度活化和獨特的孔徑調節工藝，使活性炭有豐富的孔，且孔的大小略大于有毒氣體，比表面積>1300平方米/克，對于苯，甲醛，氨氣等有毒有害氣體具有高效能吸附能力，可有效去除室內空氣中的氣態污染物及有害惡臭物質，進而達到降低污染、凈化空氣的目的。此外在活性炭的基礎上還有活性炭纖維等一系列衍生品。目前大部分空氣凈化器的出風口前多安裝有活性炭纖維的過濾器，裝配有活性炭纖維的空氣凈化器可以有效地去除大多數的有機污染物、氨、硫化物和放射性氣體氡。經特殊處理的還可除去臭氧，降低二氧化碳含量。

（4）HEPA過濾式空氣凈化器

HEPA過濾器對于0.3微米以上的顆粒物過濾效率可以達到99.9%，是一種安全可靠的除塵技術。含有溶菌酶的HEPA具有高效除塵和殺菌兩大功能，當空氣通過濾網時，先濾集捕捉塵粒和細菌，然后將其殺滅。一方面有效去除了空氣中的塵埃，另一方面殺滅了空氣中的細菌微生物。目前，在其他類空氣凈化器中也會有HEPA過濾器的身影。但是它也有相應的缺點：（1）容易損壞，不能用水洗，必須定期替換才能持續使用。維護價格昂貴。（2）HEPA濾網密度高，必須要有一個強力排吸氣風扇去帶動空氣流動通過它，比較耗電。（3）只能過濾流過空氣中的污染物微粒及氣味。

（5）臭氧技術的空氣凈化器

臭氧型空氣凈化器主要運用的是臭氧滅菌技術。臭氧消毒原理是通過高頻電放電產生大量的等離子體，此時高能電子與氣體分子碰撞發生一系列物化反應，將氣體激活產生多種自由基與臭氧。臭氧可以對空氣中的有害物質發生催化跟氧化作用。這些有害物質在催化作用下被分解為二氧化碳和水，從而實現空氣凈化。臭氧對空所中的浮游菌滅活所需臭氧的濃度很低，一般只需要2～4PPM，對物體表面沉降菌落（代替傳統的化學熏蒸大消毒）只需要10～15PPM左右?？諝庵谐粞鯘舛戎挥?0-15百萬分之一，是化學熏蒸濃度的五百分之一。由于滅菌過程時間短，正確使用不足以構成對凈化器設備的腐蝕的條件。但超標的臭氧對人體健康的危害嚴重。它強烈刺激人的呼吸道，會引起呼吸困難、頭暈頭痛等不良反應。所以多用于工業廢氣處理。

（6）新風系統

1924年奧斯頓？淳以采用室內回風和室外新風分別成正交分差方式，由于平隔板兩側存在著溫度差和水蒸氣分壓力差，兩股氣流間同時產生熱傳質，引起全熱交換過程，通過熱交換達到室內外空氣循環內置排風機，雙向等量置換，抑制溫室變化，使室內空保持足夠的新鮮空氣。并首次發明不帶凈化段的熱交換機。1935年，他經過多番嘗試后，采用過濾凈化技術配置專業空氣過濾器，對熱交換進行預處理，保證送入室內的清新空氣潔凈無塵，并可根據對新風系統的特殊要求，配置高性能的過濾裝置，發明出了世界上第一臺可以過濾空氣污染的新風系統。目前新風系統已經發展出了單項新風系統，雙向新風系統和地送風系統三種類型。

（7）負離子技術空氣凈化器

負離子空氣凈化器：是一種利用自身產生的負離子對空氣進行凈化、除塵、除味、滅菌的環境優化電器，其與傳統的空氣凈化機的不同之處是以負離子作為作用因子，主動出擊捕捉空氣中的有害物質。負離子和污染物結合發生沉降作用，從而達到滅菌凈化空氣的功能。并且負離子空氣凈化器則無需耗材。小粒徑負離子，則有良好的生物活性，易于透過人體血腦屏障， 進入人體發揮其生物效應。當我們在空調房或超潔凈的實驗室內頭昏腦漲的時候，來到森林或海邊立感神清氣爽，這就是自然界看不到摸不著無色無味的負氧離子的作用。目前已經有包括植物類，藻類的生物負離子空氣凈化器在研制當中。

四、空氣凈化器展望

對著人們的健康意識的不斷提高，對空氣凈化器的要求也越來越高。目前，空氣凈化器已經在向著多功能化，智能化，便攜式，以及避免二次污染的方向發展。多功能空氣凈化器應用領域廣泛，新版《空氣凈化器》標準可進一步分為純凈化型、加濕型、智能型、車載型等。而只能化的空氣凈化器則越來越貼近生活，它們與手機或電腦的應用程序相結合，建立獨立的數據庫，既提高了凈化效率，也更切合用戶的生活。同時，部分凈化器體積越來越小，做工更加細致，向著便攜式的方向發展?？諝鈨艋餮芯繂T們對于凈化器的材料也在不斷探索，力求尋找低耗材，可循環，無二次污染的凈化材料。

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