空氣凈化器異味產(chǎn)生機(jī)理分析與實(shí)驗(yàn)研究

郭姿宇

（珠海格力電器股份有限公司 珠海 519070）

背景介紹

1）空氣凈化器的分類(lèi)及工作原理

空氣凈化器主要分為被動(dòng)凈化、主動(dòng)式凈化和雙重凈化三類(lèi)，而雙重凈化類(lèi)就是將被動(dòng)式凈化的技術(shù)與主動(dòng)凈化類(lèi)的技術(shù)進(jìn)行結(jié)合[1]。其凈化原理如下：

①被動(dòng)式凈化類(lèi)：用風(fēng)機(jī)將空氣抽入機(jī)器，通過(guò)內(nèi)置的濾網(wǎng)過(guò)濾空氣，起到過(guò)濾粉塵、異味、有毒氣體和殺滅部分細(xì)菌的作用。

②主動(dòng)式凈化類(lèi)：主動(dòng)向空氣中釋放凈化滅菌因子，通過(guò)氣體彌漫性的特性，使凈化因子到達(dá)室內(nèi)的各個(gè)角落對(duì)空氣進(jìn)行無(wú)死角凈化。根據(jù)產(chǎn)品的主動(dòng)殺菌原理可分為銀離子技術(shù)、負(fù)離子技術(shù)、低溫等離子技術(shù)、光觸媒技術(shù)、凈離子群離子技術(shù)和納米鉑金技術(shù)。主動(dòng)式凈化與被動(dòng)式凈化的根本區(qū)別就在于是否向空氣中釋放凈化滅菌因子。

③雙重凈化類(lèi)：將被動(dòng)式凈化技術(shù)與主動(dòng)凈化式技術(shù)相結(jié)合，既有濾網(wǎng)強(qiáng)效除菌又有多種離子凈化技術(shù)，能夠更加高效的去除各類(lèi)細(xì)菌和病毒。

2）空氣凈化器的市場(chǎng)調(diào)研

市場(chǎng)上被動(dòng)式凈化類(lèi)和雙重凈化類(lèi)空氣凈化器使用夾炭布作為主要濾材[2]，具有較好的過(guò)濾效果和去除甲醛的能力，但是濾網(wǎng)長(zhǎng)期使用后，各種污染物的長(zhǎng)期富集以及改性活性炭對(duì)甲醛的催化分解產(chǎn)生的某些物質(zhì)[3]，在密閉的室內(nèi)環(huán)境下散發(fā)出異味，進(jìn)而影響人們的日常生活。

通過(guò)對(duì)市場(chǎng)上某些品牌的空氣凈化器進(jìn)行市場(chǎng)調(diào)研[4]，調(diào)研數(shù)據(jù)見(jiàn)圖1；顯示不同品牌的產(chǎn)品都不同程度的存在著此類(lèi)問(wèn)題，并且此類(lèi)問(wèn)題占售后問(wèn)題的25 %左右，嚴(yán)重影響了產(chǎn)品質(zhì)量與用戶體驗(yàn)[5]。

圖1 空氣凈化器行業(yè)售后調(diào)研數(shù)據(jù)

3）空氣凈化器異味產(chǎn)生的研究現(xiàn)狀

由于空氣中的氣體組分復(fù)雜多樣，不同用戶的使用環(huán)境存在差異，導(dǎo)致空氣凈化器異味的產(chǎn)生原因研究起來(lái)比較復(fù)雜。市場(chǎng)上主流廠家并未對(duì)異味開(kāi)展系統(tǒng)的研究[6]，行業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為異味產(chǎn)生的原因有以下兩點(diǎn)：

①由于濾網(wǎng)對(duì)于甲醛的吸附飽和后，催化分解產(chǎn)生異味；

②微生物在濾網(wǎng)上繁殖生產(chǎn)產(chǎn)生異味。

但是由于未進(jìn)行深入系統(tǒng)的研究，具體的異味成分及產(chǎn)生原理缺乏理論和數(shù)據(jù)支撐。因此，系統(tǒng)地研究空氣凈化器異味產(chǎn)生的機(jī)理，確定異味的主要成分具有非常重要的意義。

1 異味產(chǎn)生的機(jī)理模型

針對(duì)濾網(wǎng)產(chǎn)生異味的原因進(jìn)行深入分析[7]，發(fā)現(xiàn)目前市面主流的空氣凈化器產(chǎn)品主要使用的是復(fù)合式濾網(wǎng)，采用高效的HEPA濾紙附著改性活性炭，實(shí)現(xiàn)對(duì)于室內(nèi)氣態(tài)污染物，如甲醛等氣體的吸附與分解[8]。

根據(jù)對(duì)售后反饋信息進(jìn)行收集，發(fā)現(xiàn)異味產(chǎn)生的環(huán)境主要是一些新裝修的家庭或辦公室。為模擬用戶的使用環(huán)境，我們選取某品牌的一款空氣凈化器在新裝修的某辦公室中長(zhǎng)期運(yùn)行，運(yùn)行前，利用GC-MC儀器，對(duì)濾網(wǎng)成分進(jìn)行分析，濾網(wǎng)運(yùn)行前后的結(jié)果如圖2，濾網(wǎng)運(yùn)行后吸附的灰塵明顯增多，顏色發(fā)生明顯變化。

圖2 濾網(wǎng)運(yùn)行前后對(duì)比

6個(gè)月后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)體驗(yàn)，在樣機(jī)出風(fēng)口處，可明顯感受到有異味產(chǎn)生。對(duì)長(zhǎng)期運(yùn)行6個(gè)月后的樣機(jī)濾網(wǎng)進(jìn)行檢查，在濾網(wǎng)的進(jìn)風(fēng)口處吸附了很多灰塵，濾網(wǎng)整體呈現(xiàn)黑色，污染嚴(yán)重，我們對(duì)濾網(wǎng)進(jìn)行拆解，利用GC-MC儀器，對(duì)濾網(wǎng)成分進(jìn)行分析，其檢測(cè)結(jié)果如圖3。

圖3 長(zhǎng)期運(yùn)行濾網(wǎng)檢測(cè)結(jié)果

通過(guò)對(duì)比長(zhǎng)期運(yùn)行前后的濾網(wǎng)成分，發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)期運(yùn)行后的濾網(wǎng)有乙酸成分，因此初步分析空氣凈化器產(chǎn)生的異味主要成分是乙酸，為充分驗(yàn)證這一結(jié)論，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

2 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

由于空氣中的乙酸含量，難以直接測(cè)定，通過(guò)查閱相關(guān)資料[9]，為保證實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行，采用以下實(shí)驗(yàn)儀器：

1）儀器1：氣相色譜—質(zhì)譜聯(lián)用儀，其作用是實(shí)現(xiàn)濾網(wǎng)組分的分析。樣品進(jìn)入設(shè)備的進(jìn)樣口，在進(jìn)樣口中氣化后經(jīng)色譜柱分離，不同物質(zhì)在色譜柱中的被分離的時(shí)間不同，進(jìn)入到檢測(cè)器，從而分析樣品成分。

2）儀器2：橫河HL—1 000型恒流采樣器，其作用是通過(guò)氣泵對(duì)3 m3實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)[10]的氣體進(jìn)行采樣，采樣流量，采樣時(shí)間可以調(diào)節(jié)。

3）儀器3：硅膠吸附管，其作用是對(duì)空氣中乙酸進(jìn)行吸附，然后使用溶劑進(jìn)行解析，實(shí)現(xiàn)對(duì)于空氣中的乙酸含量的測(cè)試。

2.1 異味的主要成分分析

2.1.1 實(shí)驗(yàn)方案

為加速模擬用戶真實(shí)的使用情況，將一臺(tái)全新的空氣凈化器樣機(jī)及濾網(wǎng)裝配好，放置在3 m3的實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)，通過(guò)提高實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)的環(huán)境溫度至50 ℃，濕度降低至10 %左右，使其達(dá)到最佳的反應(yīng)環(huán)境；然后以市場(chǎng)上常見(jiàn)的玻璃膠作為污染物，使其自然揮發(fā)，作為模擬用戶家里的裝修環(huán)境，開(kāi)啟樣機(jī)進(jìn)行長(zhǎng)期運(yùn)行，并定期對(duì)濾網(wǎng)進(jìn)行取樣，檢測(cè)濾網(wǎng)中的乙酸含量變化。

2.1.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析

1）長(zhǎng)期運(yùn)行前數(shù)據(jù)分析

選取未拆封狀態(tài)的濾網(wǎng)2件，將濾網(wǎng)進(jìn)行拆封，并對(duì)空氣凈化器出風(fēng)口處的異味進(jìn)行體驗(yàn)，未感受到明顯異味。然后對(duì)濾網(wǎng)進(jìn)行剪裁，選取0.5 g的樣件，通過(guò)GC—MS儀器，對(duì)于濾網(wǎng)的具體組分進(jìn)行分析，結(jié)果如圖4。

圖4 全新濾網(wǎng)成分分析

在全新濾網(wǎng)中檢出乙酸成分，但豐度較低，乙酸峰高為207 007。初步分析在活性炭的改性過(guò)程中或?yàn)V網(wǎng)的成型工藝中使用了醋酸類(lèi)物質(zhì)對(duì)濾網(wǎng)進(jìn)行殺菌處理。

2）長(zhǎng)期運(yùn)行后數(shù)據(jù)分析

實(shí)驗(yàn)3天后對(duì)濾網(wǎng)再次進(jìn)行分析，結(jié)果如圖5。

圖5 運(yùn)行3天濾網(wǎng)成分

在運(yùn)行3天后的濾網(wǎng)中檢出乙酸成分明顯增加，乙酸峰高為2 308 710。對(duì)比全新濾網(wǎng)的乙酸含量提升了10倍以上，為驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果的可靠性，延長(zhǎng)測(cè)試時(shí)間，在運(yùn)行5天后，再次進(jìn)行對(duì)比測(cè)試。

按上述實(shí)驗(yàn)條件，繼續(xù)開(kāi)啟樣機(jī)運(yùn)行5天后，對(duì)濾網(wǎng)再次進(jìn)行分析。測(cè)試結(jié)果如圖6。

圖6 運(yùn)行5天濾網(wǎng)成分

在樣機(jī)運(yùn)行5天后，乙酸含量再次增加，乙酸峰高為2 800 107，乙酸含量隨整機(jī)的運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)，不斷增加，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)于實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)的環(huán)境進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)體驗(yàn)，明顯感覺(jué)到異味，因此確定異味的主要成分為乙酸。

2.2 乙酸來(lái)源分析

2.2.1 實(shí)驗(yàn)原理

根據(jù)乙酸的反應(yīng)機(jī)理，空氣中的乙醇或乙醛在氧氣的作用下，與濾網(wǎng)中的催化劑發(fā)生氧化反應(yīng)，產(chǎn)生乙酸。

2CH3CH2OH+O2=CH2CHO+2H2O

2CH2CHO+O2=2CH3COOH+H2

2.2.2 實(shí)驗(yàn)方案

為驗(yàn)證上述反應(yīng)機(jī)理，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)；取相同品牌的全新的空氣凈化器及濾網(wǎng)裝配好，放置在3 m3實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)，將實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)溫度調(diào)整至50 ℃，將濕度降低至10 %，同時(shí)放入30 %的乙醇溶液，使其自然揮發(fā)，開(kāi)啟空氣凈化器，每運(yùn)行24 h，對(duì)濾網(wǎng)進(jìn)行一次采樣，檢測(cè)濾網(wǎng)中乙酸含量的變化。

2.2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表1實(shí)驗(yàn)結(jié)果可得出隨著實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，根據(jù)乙醇添加量增加，乙酸的濃度也隨之不斷升高，驗(yàn)證了上述實(shí)驗(yàn)原理，乙醇可以在氧氣與催化劑的作用下，經(jīng)反應(yīng)產(chǎn)生乙酸，從而導(dǎo)致產(chǎn)生異味。由于乙醇是日常生活中的常見(jiàn)化學(xué)成分，比如白酒、消毒液中都含有乙醇。所以用戶的生活習(xí)慣也可能會(huì)導(dǎo)致異味的產(chǎn)生。

表1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

本文對(duì)空氣凈化器的異味來(lái)源進(jìn)行了理論分析，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法驗(yàn)證了乙酸是造成室內(nèi)空氣凈化器異味產(chǎn)生的主要原因。根據(jù)乙酸的產(chǎn)生機(jī)理，室內(nèi)的乙醇及乙醛類(lèi)物質(zhì)經(jīng)氧化反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生乙酸，通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了相關(guān)推測(cè)，乙醇在催化劑（來(lái)源于改性活性炭過(guò)程中的一些添加物）的作用下會(huì)與空氣中的氧氣結(jié)合，產(chǎn)生乙酸。

此外，該文通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法確定了一套模擬濾網(wǎng)異味產(chǎn)生的加速試驗(yàn)方法，為后續(xù)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與濾網(wǎng)選型，提供了理論指導(dǎo)。