光觸媒及UV協同空氣凈化技術在車載空調上的應用研究

摘 要：觸媒技術以納米二氧化鈦為代表，具備殺菌、凈化、除臭等優勢，已應用于醫療、家具、建材等領域，可高效分解空氣中有害物質。其在汽車領域雖應用于內飾自清潔、空氣凈化等場景，但因傳統水溶液噴灑工藝效率低、易損零部件，尚未大批量應用。隨著健康座艙需求提升，主機廠亟須突破空氣治理技術難題。傳統車內治理分為源頭控制（材料工藝正向開發）與末端治理（吸附材料），但多為靜態手段，缺乏兼具高效除醛、除臭、抗菌殺毒及動態持續凈化能力的方案。文章針對傳統短板，提出新型應用方法：在空濾框架涂布可見光光觸媒，通過光照分解污染物、祛除異味；結合空調濾芯結構優化與短波紫外線（UVC）燈源對向投射，提升光觸媒活性。該方案融合光觸媒、紫外消殺與空調過濾系統，動態除醛殺菌，發揮協同優勢，突破靜態單一局限，填補復合過濾技術空白，為車內空氣治理提供高效動態解決方案，改善空氣質量。

關鍵詞：健康座艙 空氣治理 光觸媒 空調濾芯 UVC

隨著汽車消費升級，座艙成為“第三空間”，消費者對健康舒適需求提升，健康座艙成為主機廠新戰略方向。

光觸媒技術憑借光催化特性，廣泛應用于醫療、建筑、凈水等領域，潛力顯著。其在汽車前裝市場通過內飾材料涂層分解有害物，但噴涂工藝易致零部件外觀受損、延長處理時間，推廣受限；后市場雖將其納入服務，但缺乏統一規范、產品質量參差，效果難達預期，故前裝與后市場均未普及。

文章以提升車內空氣質量為核心，在不增加改造成本、確保技術穩定性的前提下，創新融合光觸媒與UVC于空調濾芯，發揮疊加效應動態優化環境，與傳統源頭控制形成互補，實踐表明成效顯著。

1 光觸媒技術的原理及應用情況

光觸媒也叫光催化劑，是一種以納米級二氧化鈦為代表的具有光催化功能的半導體材料的總稱。二氧化鈦在光照射下產生強氧化性的物質如羥基自由基（·OH）和超氧自由基（O2·-）等活性物種等，能夠有效分解有機化合物、部分無機化合物、細菌及病毒等。在日常生活中，可以降解空氣中有毒有害氣體如甲醛等，高效凈化空氣；同時，能夠有效殺滅多種細菌，并將細菌或真菌釋放出的毒素分解及無害化處理。

光觸媒技術源于日本，“觸媒”的中文含義是催化劑。1967年，東京大學本多建一團隊發現紫外線照射下，二氧化鈦電極可分解水為氫氣與氧氣，進而催化空氣中的水或氧氣生成羥基自由基等強氧化性光生活性基團。?

自發現后的50多年間，光觸媒逐步走向實際應用：1994年，日本TOTO公司開發光觸媒抗菌防污瓷磚，開啟商業化；1999年，日本盛和工業開發光觸媒空氣凈化器；2001年全面進入日常生活；2005年自潔鍍膜技術應用于建筑外墻和光伏發電面板；2015年，日本松下公司開發新型光觸媒粒子，可凈化污水，相關凈水設備效率高、成本低。?

目前，光觸媒在日本應用廣泛，如日本新干線用其清新空氣、手術室用于殺菌、建筑物表面抗菌防污，東京超萬座大廈使用該涂層，且計劃應用于美國空間站空氣凈化。

2 光觸媒技術在汽車上的應用現狀

光觸媒技術在汽車行業的應用場景豐富，在汽車外觀及內飾自清潔、空氣凈化、殺菌消毒、尾氣凈化等方面均有一定的應用。特別是在汽車前裝市場，部分零部件廠商于出廠前對座椅、儀表盤等部件噴涂光觸媒，形成的涂層可抑菌、除臭并延長內飾壽命。但因依賴水溶液噴灑工藝，存在零部件表面受損風險及處理時間長、效率低等問題，前裝推廣未達預期。

另一方面，在汽車后市場中，依托建筑行業資源的終端治理公司與經銷商合作，提供光觸媒車內空氣治理服務。雖能有效消殺有害氣體，但處理后易留白色痕跡、行業標準缺失導致效果與成本參差，故后裝市場也未廣泛普及。

為突破傳統車內空氣治理存在的靜態、單一的局限性，解決上述傳統光觸媒在實際應用中的使用痛點，我們致力于研究一種新型光觸媒技術在汽車座艙空氣治理上的創新應用方法，通過充分挖掘光觸媒的獨特優勢，最大限度地發揮其潛力，不斷拓展整車開發中的應用場景，為用戶營造清新健康的駕乘呼吸環境。

3 一種創新的光觸媒技術應用

3.1 應用場景

汽車座艙零部件多由塑料、橡膠等非金屬材料構成，因其化學特性，內部化學物質散發難以避免。即便汽車企業采用低揮發性材料與合理工藝設計，也無法杜絕座艙內揮發性有機化合物（VOC）散發。在高溫暴曬或長時間密閉場景下，VOC揮發加速或難以排出，易導致苯、甲醛等有害物質含量超標并產生異味。如“2023年懂車帝夏測”顯示，96.7%的測試車輛甲醛含量超標，遠超正常標準。?

另一方面，汽車座艙衛生狀況也不容樂觀，方向盤等部位細菌密集，大腸桿菌等菌群威脅消費者健康。當前，多數車企采用無機銀離子抗菌劑處理零部件，但納米銀使用在歐美受限，因其可能危害母嬰群體生殖健康；無害有機抗菌劑雖無健康風險，卻因耐高溫性差無法應用于生產。?

鑒于汽車座艙空氣質量與抗菌處理存在上述問題，開發新型光觸媒動態空氣凈化系統十分必要。文章所述系統創新融合了光觸媒與短波紫外線（UVC）兩大高效消殺要素，充分發揮協同效應，突破傳統車內空氣治理靜態、單一的局限，填補復合過濾技術空白，為車內空氣治理提供專業高效的動態解決方案。

3.2 創新思路

傳統的動態空氣凈化方式是通過空調系統交換新風或應用活性炭HAPE濾芯實現空氣凈化功能，主要能對顆粒物、細菌、VOC、氣味進行凈化，但效率偏低。本次創新主要基于一方面光觸媒經過光源照射實現良好的除醛去味、另一方面UVC紫外線燈本身具備高效消殺病菌的功能，將這兩項技術結合后，并與空調過濾系統集成部件，以達到高效凈化車內空氣的目的。空調過濾系統新型產品結構如下。

在產品模塊的進風區域，于左右兩側對稱排列的位置布置窄角度聚光型UVC光源陣列，實施對向投射疊加。（圖1）

模塊載體框架選用抗紫外線光導材料，采用過風孔折疊結構設計，構建極低阻抗的過濾模塊。通過紫外線對空調過濾系統內空氣的精準照射，實現殺菌消毒功能，使過濾后的空氣趨近無菌狀態。（圖1）

在模塊載體框架表面均勻涂布可見光光觸媒，由于框架本身具有全反射光導作用，因此框架表面上的光觸媒在得到紫外線照射后，光觸媒的除醛功能得到全部釋放。

空調濾芯采用HAPE濾紙，并符合活性炭吸附降解材料，保持原有過濾顆粒物、除醛去味的基本作用。

經過模塊的氣流，由于過風口折疊結構的導引，使模塊的進出風兩面均成為有效作用面，在保證過濾顆粒物同時，形成具備高效消殺病菌、強力除醛去味的全新凈化模塊。

4 新型光觸媒紫外消殺技術的應用效果

為全面準確地評估新型光觸媒紫外消殺技術在整車上的應用效果，驗證其對整車VOC氣味、吸附降解能力、抗菌能力以及空調濾芯風阻的影響，通過對車輛空調濾芯進行針對性改制，并依托公司內部現有實驗設備，按照科學的實驗流程和標準，開展了如下實驗驗證工作。

4.1 整車VOC及氣味試驗驗證

實驗策劃借用公司內部2臺同配置車型，其中1臺搭載新型光觸媒紫外消殺過濾模塊，1臺裝配普通空調濾芯進行空白比對驗證（整車VOC及氣味試驗），車型信息如表1所示。

試驗條件：第一步：兩臺實驗車輛同時放置于嚴格控制的特定環境條件中。環境溫度設定為（25±1）℃、相對濕度控制在（50±

10）%、氣流速度限制在不超過0.3m/s，兩臺車輛持續恒溫存放（16±1）h。

試驗人員：①北汽方面：袁磊磊、賈曉社、丁偉良、王安琪；②北京質檢院：趙繼波、王博、石冰。

試驗方案：首先，當車輛達到試驗條件存放時間后，試驗人員立即分別對兩臺車輛車內苯系物和醛系物含量進行測量，并記錄氣味測評結果。

其次，測評完成后，試驗人員分別啟動空調內循環，通過過濾系統凈化車內空氣5分鐘后，再次測評驗證新型空調過濾系統的效果。

整車試驗流程圖如圖2所示。

整車實驗結果如表2所示。

通過整車實驗結果可以看出，兩款車在初始測試值基本相當（同批次車），搭載光觸媒消殺模塊的車型1在內循環5分鐘后，整車VOC、氣味的降低率更高。

4.2 抗菌性能試驗驗證

紫外線輻射能夠對細菌的 DNA 結構造成破壞，實現消殺細菌的效果。為驗證新型光觸媒紫外消殺裝置對車內空氣中細菌的實際消殺作用，設計了如下實驗驗證方案。

試驗儀器：UVC波段紫外線燈、培養皿（用于培養菌落，常用還有瓊脂的培養基）。

試驗方法：（1）準備培養基，將細菌培養基溶解在適量的蒸餾水中，并攪拌均勻；（2）培養細菌，使用洗凈的玻璃器皿，將培養基分裝入多個實驗培養皿中；（3）接種細菌，使用無菌的技術，在每個試驗培養皿中接種一定數量的細菌；（4）紫外線照射，將紫外線燈置于20cm內，對實驗培養皿進行紫外線照射15分鐘，照射時間和距離保持一致；（5）設置對照組，不進行紫外線照射，作為比較基準；（6）將實驗培養皿置于恒溫培養箱中，以適宜的溫度培養24小時。

實驗結果：對比實驗組合對照組的細菌生長情況，可以得出，經過紫外線照射后，細菌生長明顯得到抑制，甚至完全死亡。未經紫外線照射的細菌在培養基上正常生長。

通過實驗結果，可以判斷在空調過濾系統上設計紫外消殺燈能夠有效消殺過濾空氣中的細菌。

5 結論

汽車作為現代人出行的重要載體，車內空氣質量問題日益受到關注。光觸媒在汽車領域的傳統應用已被人們所熟悉，廣泛應用于車輛前裝市場以及后裝市場。針對實際應用中存在的成本、質量、開發周期等問題，文章創新性提出一項新型光觸媒應用技術，將光觸媒的除醛去味功能與紫外線的殺菌抗病毒效果系統集成于汽車空調過濾結構。經實踐驗證，該技術效果顯著，達到行業領先水平，其動態空氣凈化模式更填補了領域空白。

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