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空氣凈化機范文1
（溫州醫科大學生物醫學工程系，浙江 溫州 325035）
0 引言
自2013年全國性的霧霾天氣后，霧霾問題引起極大關注。本文研究的便攜式車載空氣凈化器主要針對要求潔凈空氣應對PM2.5的人群。該裝置實用性強、可隨車攜帶、直流蓄電池供電。選用51系列單片機和低功耗、靈敏度高的氣味傳感器和灰塵傳感器組成空氣污染監測控制系統。當任一空氣污染度超標時,可進行警報提示、液晶顯示來提醒人們啟動微型軸流式引風機，負離子空氣凈化部分提供潔凈的空氣。
和現有的車載空氣凈化器系統相比，本文涉及的系統具有以下的特點：（1）灰塵顆粒和氣體的共同探測功能提高了對空氣污染檢測的全面性；（2）人機交互功能性強，可自主選擇自動和半自動操作模式。
1 系統工作原理
1.1 凈化探測參數
該系統選擇粉塵顆粒和氣體濃度作為凈化探測的兩個重要參數。因此，需要運用灰塵和氣味探測器來組成雙功能驅動凈化的系統。雙功能探測使得凈化更全面，既能探測出PM2.5顆粒引起的灰塵污染也能探測如甲醛、苯蒸汽等有害氣體空氣污染。從而使探測參數更全面、準確。
1.2 系統方案設計
圖1所示為具有自動凈化功能的單片機系統原理圖。系統劃分的信號采集模塊和信號處理模塊兩部分。
1.2.1 信號采集模塊
信號采集模塊是由灰塵探測器和氣味探測器組成。GP2Y1010AU0F是一個采用光學原理的灰塵傳感器。主要由紅外線發光二極管和一個光電管成對角布置而成。它通過檢測空氣中的塵埃的反射光形成脈沖模擬輸出區分車內的煙塵規格。當檢測的灰塵顆粒>PM2.5時，輸出電壓V1.
氣味傳感器MQ135所使用的氣敏材料是在潔凈空氣中電導率較低的二氧化錫。當傳感器所處環境中存在污染氣體時，傳感器的電導率隨空氣污染氣體濃度的增加而增大。用簡單電路將電導率的變化轉換為與該氣體濃度相對應的輸出信號V2。MQ135傳感器對氨氣、硫化物、苯系蒸汽的靈敏度高，對煙霧和其它有害的檢測也很理想。
1.2.2 信號處理模塊
信號處理模塊分為A/D轉換器和CPU8051控制器兩個功能模塊，如圖2所示。
經過前置放大器放大之后，灰塵信號和氣味信號轉換結果進入A/D轉換。LM393轉換器將模擬信號轉換成數字信號發送給CPU.CPU將該信號和程序中設置的數值比較后才決定打開繼電器。這些繼電器控制著啟動凈化警報和凈化操作等級控制裝置。在用戶想要換氣但是凈化系統還未開啟的情況下，用戶也可使用按鍵控制凈化系統。警報有兩參數設置（灰塵顆粒和氣體濃度）系統分別默認為PM2.5值和100ppm。只要其一達到預警值，即警報啟動。顯示屏顯示“您的空氣需要被凈化”字樣，實現智能的人機交互。
1.3 過濾網負離子功能
美國環保署EPA實驗室研究發現對于空氣凈化（除塵）而言：
1）濾網攔截 對越大的粒子效果越好。
2）負氧離子中和沉降 對越小的粒子效果越好。
本系統采用具有負離子功能的過濾網，綜合了兩者的優點，除塵效果非常好。
負離子是利用所謂的電暈放電方法來產生帶電分子，也就是離子。負離子與空氣中的細菌、灰塵、煙霧等帶正電的微粒相結合，并聚成球降落而消除PM2.5危害。
2 控制電路設計
控制電路主要由STC89C51單片機、A/D轉換器LM393、LCD顯示、引風機除塵以及其他電路組成,以下介紹了3個模塊的電路設計。
2.1 LM393轉換電路設計
模數轉換電路的作用就是將模擬量轉換成數字量，以便于單片機進行處理。A/D轉換芯片選用LM393，它比集成運放的開環增益低，失調電壓大，共模抑制比?。坏漤憫俣瓤?，傳輸延遲時間短，而且不需外加限幅電路就可直接驅動。LM393轉換電路如圖3所示
P1為STC89C51的控制引腳VCC（電源正輸入（+5V））、DOUT（TTL電平信號輸出口）、AOUT（模擬信號輸出口）、GND（電源負輸入）的直插接口，用跳線與CPU的控制口相連配合程序即可對輸入的信號進行數模轉換。
2.2 顯示接口電路設計
當下顯示器主要運用LED和LCD。兩種顯示都是低功耗且配置靈活，容易連接到微控制器。本設計運用12864液晶顯示模塊，電源供電電壓為5V，可按需選擇串行或并行方式.?？刂埔_通過跳線與單片機控制口相連配合程序即可實現圖像或漢字的顯示。12864液晶電路如圖4所示，其中，外接電位器10KΩ主要用來調節液晶的對比度。
2.3 鍵盤接口電路設計
本系統按鍵較少，因此采用鍵盤與接口直接相連的方式，以接口的高低電平控制鍵盤的開和關。
（1）自動半自動控制:默認狀態下，凈化系統處于自動控制狀態，環境達到一定條件就可以觸發凈化器工作。此按鈕可按用戶需要，自主選擇自動或手動模式。
（2）風速控制:風速控制設計成一個按鍵，根據按鍵的次數分低速、中速、高速三個風速檔位以及一個關機狀態。
（3）顯示控制:默認狀態下顯示屏顯示當前空氣質量情況及系統工作狀態，也可使用此按鍵對近一個星期的空氣凈化歷史情況進行查詢。
3 軟件系統設計
系統的軟件設計使用C語言編程。軟件的模塊化設計，有利于修改和調試。程序分4部分：主程序、計時中斷服務子程序、調速子程序、顯示子程序。主程序首先對數據寄存器和外圍電路進行初始化，隨后進入查詢狀態，當按鍵有輸入或參數達到設定值時便調用相應的子程序。液晶顯示，指示當前工作狀態。
計時中斷服務子程序設計框圖如圖5所示。系統每工作15分鐘，便產生一次中斷，進行計時存儲處理后，返回主程序。空氣凈化記錄標志為1代表未記錄的凈化歷史數據，為0表示數據已記錄。
風速調整子程序，根據按鍵次數的不同及空氣質量情況，系統將機器調整為低、中、高風速和關機狀態，如未按鍵且處于開機狀態5分鐘即進入自動調速。
參考文獻
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［2］基于單片機的智能火警系統設計[J].微型機與應用,2013,12,32(23):27-28.
空氣凈化機范文2
近兩年，隨著大江南北“十面霾伏”的天數越來越多，專門的家用室內空氣凈化器逐漸得到人們的認可，成了不少消費者的新寵兒，銷量迅猛增長，淘寶和實體店甚至出現斷貨的情況。有人甚至預言，空氣凈化器在未來會和彩電一樣，成為每個家庭的“標配”。
空氣凈化器熱銷背后
空氣凈化器熱銷，商家賺得盆滿缽，但是消費者卻如同霧里看花，面對各式各樣的產品宣傳完全摸不著頭腦。目前國內市場上生產空氣凈化器的企業已有上百家，國家室內環境與室內環保產品質量監督檢驗中心主任宋廣生表示，空氣凈化器在國內近幾年才興起，市場比較亂。做家用電器的、做健康產品的甚至生產礦泉水的企業都開始生產銷售空氣凈化器，有的企業直接買來別人的產品然后貼牌銷售，連自己的廠房都沒有。在這樣的情況下，產品質量難以保證，而價格更是參差不齊，便宜的幾百元，貴的可至上萬元。業內人士指出，空氣凈化器的成本不高，標價過萬的往往存在虛高。
更嚴重的是，虛假宣傳的情況普遍存在，大多號稱凈化率接近100%的產品，基本都達不到那個效果。空氣凈化器這個領域目前尚沒有權威的檢測機構，盡管目前國家標準對空氣凈化器的電氣強度、泄漏電流、衛生安全性、潔凈空氣量、凈化效能、噪聲等技術要求作出了規定，但對適用面積、能源效率等級等還未做強制性規定，這也造成了市場上產品認證混亂，讓消費者無從辨別。
幾種常見的凈化器
市面上空氣凈化器種類雖多，但也不外乎幾種常見的類型，針對不同的污染物，其效果也各有不同。了解空氣凈化器的工作原理，有助于消費者更加理性地認識和選擇空氣凈化器。
機械過濾式凈化器
目前空氣凈化器中最熱門的是機械過濾式凈化器，它屬于小型空氣過濾器，室內空氣經過風機加壓后通過纖維過濾材料，污染顆?？梢员徊都聛?，從而達到凈化的目的。市面上流行的HEPA濾網（高效微?？諝膺^濾器）就屬于這種，室內標準的HEPA過濾器由化學纖維或玻璃纖維制成，常用的規格能夠吸納99.7%大小為0.3微米的懸浮微粒，對化學煙霧、細菌、塵埃微粒及花粉都有良好的過濾效果，但是無法濾除有害氣體。
機械過濾+吸附式凈化器
還有的空氣凈化器采用機械過濾和吸附式凈化相結合的方式，這種凈化器中活性炭的微孔能阻截懸浮物，吸收可揮發氣體。這種凈化方式不僅能凈化顆粒污染物，也能提高對氣態污染物的凈化效果，總體上改善了凈化性能。但是活性炭存在吸附飽和狀態，再生麻煩，這是一個弊端。
靜電式凈化器
物理過濾之外較為流行的還有靜電集塵方式，當空氣經過高壓電場時，發生電離，電離出來的氣體正離子被陰極電板吸收，而負離子則會被陰極排斥，附在污染物分子上使它帶電荷，因此帶電荷的污染物分子會被吸附在陽極電板上。這種凈化器相對于HEPA來說效率略差，對粒徑較大的顆粒污染物的凈化效果較好，但是無法凈化氣態污染物，并且容易產生粉塵二次污染和副產物臭氧，臭氧在一定情況下會有毒害。這種技術多用于工業排放廢氣的除塵，在家用室內凈化器方面，此種技術將逐步淘汰，所以這類產品應該謹慎購買。
負離子凈化器
負離子凈化器通過強電場產生負離子，與空氣中的顆粒污染物結合形成“重離子”，沉降或吸附在物體表面，同時負離子也能殺滅某些細菌，但是負離子也對顆粒物無效。
上述幾種比較常見的凈化器都對顆粒物污染的凈化都比較成熟，但對氣態污染物的凈化能力還需要加強，PM2.5屬于顆粒污染物，空氣凈化器從工作原理上講，對防止PM2.5能夠起到一定的效果。不過，空氣凈化器產業作為一個新興產業，廠家提供的凈化效率數據大部分是實驗研究結果，實際使用效果還比較難控制，這就需要消費者保持理性的態度，在選購的時候多多留心。
怎樣選很重要
市場雖亂，但消費者在購買的時候也不是無章可循，首先要弄清楚自己的需求是什么，是側重于除甲醛還是側重于除顆粒物，然后再有針對性地購買。在比較過濾器性能的時候，有幾個標準可以作為選擇時的參考依據。
購買空氣凈化器要考慮其凈化層級。國際上，凈化器一般有四層：第一層是粗過濾網，吸附大顆粒、灰塵、頭發、皮屑等肉眼可見物：第二層是化學抗微生物濾層，處理霉菌和花粉：第三層是活性炭和碘化鉀等復合層，處理甲醛等物質；第四層是HEPA值，去除PM2.5。而國內空氣凈化器基本只有三層，比四層的產品功效要低一些。國內的產品價位多數在一萬元以下，那些宣稱過濾率可達到97%～99%的，其實基本做不到。真正對PM2.5有很好效果，能處理90%～95%的空氣凈化器，價格非常昂貴，普通老百姓往往只能望而卻步。
空氣凈化器的適用面積大小與其對顆粒物的去除能力密切相關，是產品定價的基礎指標，也是選購和使用空氣凈化器的首要參考指標。即使是好的設備，由于受限于凈化濾芯，所能凈化的空氣也非常有限，超過一定范圍凈化效果就大打折扣。從目前的情況來看，市面上的產品很多存在夸大標稱適用面積的做法，所以消費者在購買的時候可以根據房屋面積選擇適用面積大一些的產品。
空氣凈化機范文3
【關鍵詞】： 霧霾； PM2.5； 空氣凈化技術； 臭氧
1 引言
我國霧霾天氣頻發引發了社會的廣泛關注，霧霾對人體健康的危害越來越廣泛的被人們所熟知。霧霾包括霧和霾兩個部分，霧是由于水汽在空氣中凝結形成的，其除了會阻礙人們視線外對人體并無直接傷害，而霾是空氣中塵粒等細微顆粒的集合體，其通常會吸附空氣中有毒有害氣體，水汽也會附著其上，所以霧與霾通常同時出現。霧霾形成的原因是空氣中PM2.5細微顆粒（粒徑小于或等于2.5 nm的顆粒物）的濃度過高。
《2015年中國氣候公報》顯示僅2015年，我國大范圍、持續性的霾天氣就有11起，對交通運輸和人身健康安全產生嚴重影響。2015年11月上旬霾天飩盜僭詼北地區，濃度超過250 μg/m3，哈爾濱的PM2.5小時峰值濃度接近10000 μg/m3，長春和沈陽等地的PM2.5小時峰值甚至超過10000 μg/m3。11月末到12月初，霾又出現在華北大部及河南北部、山東西北部等地，PM2.5濃度超過150 μg/m3且能見度3公里以下的區域面積達到41.7萬平方公里。12月末，華北中南部、黃淮大部、江淮東部及陜西關中等地也出現中到重度霾，重度霾面積達到19.1萬平方公里。北京南部與河北中南部部分地區PM2.5峰值濃度均超過500 μg/m3，河北北部局部超過1000 μg/m3。這些霾中的細微顆粒會隨著人的呼吸進入上呼吸道，刺激人體的上呼吸系統，當霧霾進入人體支氣管后，會干擾肺部的氣體交換，引發哮喘、支氣管炎和心血管等方面的疾病。頻發的霧霾天氣和嚴重的霧霾危害使人們對新鮮空氣和良好的生活環境愈發的渴求。
為了遠離霧霾的危害，空氣凈化器進入人們的視野，對空氣凈化技術的研究也越來越多。19世紀空氣凈化器才真正出現，最初用于消防。二戰期間，高效空氣過濾器（HEPA）誕生，用于核能研究防護，確保科學家的呼吸安全，之后被廣泛的用于空氣凈化器。20世紀80年代空氣凈化器開始應用于家庭，之后由于空氣污染的加劇，人們對空氣質量要求的提高，各種高效的空氣凈化技術應運而生，尤其是進入21世紀以來，各種空氣凈化技術蓬勃發展，使其更加完善。目前市場上，以活性炭吸附為凈化機理的空氣凈化器仍占主流，不過可以預期的是各種新的、更加高效節能的空氣凈化器將逐漸占領市場。
空氣凈化器可以有效的緩解PM2.5濃度過高的問題，但同時也引發了一個不可忽視的問題?――臭氧污染[3]。低濃度的臭氧具有殺菌、消毒的作用，而隨著臭氧濃度的升高，將會對人體產生危害。臭氧濃度過高，會刺激、損害人體鼻粘膜及呼吸道，當臭氧在空氣中的濃度達到1 mg/L，就會導致人體呼吸加快，并出現胸悶、心悸等癥狀；當在空氣中的濃度達到2.5-5.5 mg/L，就能引起人體脈搏跳動加速，咳嗽頭痛，嚴重的則會導致肺功能受損，出現肺氣腫及肺部組織損傷，如果人在這樣的濃度中持續停留時間超過一小時，有可能因呼吸加快而死亡。臭氧濃度過高還會刺激眼睛，導致視力下降，甚至是失明?？諝庵械某粞鯐茐娜梭w血液循環組織功能。臭氧在空氣中濃度的增加，會使人體組織缺氧，輕則會導致甲狀腺功能受損，導致人體骨骼軟化；嚴重時會破壞人體免疫機能，誘發淋巴細胞染色體畸變。由于臭氧具有極強的氧化性，會損害人體心血管及心臟功能，當人在642 μg/m3的臭氧環境中停留2小時左右，人體血管即可出現炎癥，心臟有問題的人可能會猝死。
臭氧污染已繼霧霾污染成為首要的大氣污染，其造成的危害比霧霾更甚，且其更具隱蔽性，不易被人們察覺，無聲無息中對人體造成損傷，所以人們出門前要留意空氣污染狀況，避免臭氧危害[4]。在降低PM2.5濃度時，如何避免臭氧濃度過高的問題已成為空氣凈化行業面臨的主要問題。
本文將介紹幾種目前主要的空氣凈化技術原理[5-7]，包括活性炭吸附技術、HEPA高效過濾技術、靜電集塵技術、負離子技術、光催化技術等，并分析其在應用過程中存在的優缺點和可能的改進措施。
2 常見的空氣凈化技術
2.1 活性炭吸附技術
正文活性炭因為其比表面積大，具有豐富的微孔結構，且孔的目數分布較廣，所以常被當做吸附材料使用。活性炭吸附能力強，對粉塵、固態顆粒、氣態污染物等[8]都具有良好的吸附效果，是目前使用量最多的吸附材料，其應用范圍也非常廣泛[9， 10]。以活性炭良好的吸附性作為技術核心的專利技術也是叢出不窮[11， 12]，可以說活性炭吸附技術是一種比較完善的可用的空氣凈化技術。但其也存在固有的缺點，如活性炭具有吸附飽和性，當溫度、風速等外界條件發生變化時，活性炭吸附的有害物質可能會重新回到空氣中。然而就算外界條件不發生變化，當活性炭吸附一定量的污染物后，其吸附能力也會下降，最終失去吸附的功能，所以活性炭吸附式空氣凈化機要定期更換過濾材料，這樣就造成成本增加，成為其更加廣泛使用的阻力。
活性炭吸附性能優異且豐富廉價，將之棄之不用是不明智的，所以許多專家學者們對其進行改進。古政榮[13]等人將活性炭與納米二氧化鈦進行復合制得一種光催化空氣凈化網，用活性炭優異的吸附性來捕捉富集微粒和有害氣體等，然后用納米二氧化鈦進行催化降解，這樣既解決了活性炭吸附飽和性的問題，使活性炭活性位點再生，又解決了納米二氧化鈦對低濃度有機氣體催化效率低的問題，可謂是一箭雙雕。
2.2 HEPA高效過濾技術
HEPA即高效空氣過濾器，達到HEPA要求的過濾網，對0.1 μm的顆粒有效去除率達到99.7%，對于直徑為0.3 μm以上的微粒的去除率可達到99.97%以上。HEPA分為pp濾紙、玻璃纖維、復合PP PET濾紙、熔噴滌綸無紡布和熔噴玻璃纖維五種材質。其對煙霧、灰塵以及細菌等污染物均有很好的過濾效果，且風阻小、容塵量大、過濾精度高，可以根據需要加工成各種尺寸和形狀。缺點是隨著過濾的進行，吸附量逐漸達到飽和，過濾效果降低，需要及時更換濾網。濾網的使用壽命一般是8-12個月（家用）。
2.3 靜電吸附技術
靜電吸附達到凈化空氣的目的一般分為兩步[14]：一是讓進入凈化器的空氣里的塵埃帶上靜電，二是帶靜電的塵埃在電場力的作用下向電極移動，最終吸附在電極板上。當攜帶粉塵顆粒的空氣通過高壓電場時，由于電暈放電現象使氣體電離，產生離子，離子在靜電力作用下做定向運動，與塵埃碰撞使其荷電，或者離子擴散到塵埃上使其荷電。帶靜電的塵粒進入積塵區后，在電場力的作用下，分別向極性相反的電極運動，并沉積在電極上，如圖一所示。
靜電吸附式凈化器除塵效率高[15]，可以凈化大體積量的氣體，能去除的粒子粒徑范圍較寬，可凈化溫度較高含塵煙氣，并且結構簡單、氣流速度低，壓力損失小，可以微機控制，遠程操作。由于具備以上的優點，所以靜電吸附式空氣凈化使用較為廣泛，如在醫藥領域的應用，張曉春[16]等人將靜電式空氣凈化器用于降低急診外科換藥室內空氣細菌數量，黃建[17]等人也做了類似的應用，都取得了良好的效果；其缺點是會產生臭氧和氮氧化物，形成二次污染，尤其是臭氧超標問題已成為阻礙其發展應用的主要問題。針對這一問題，低臭氧裝置的靜電式空氣凈化器成為解決問題的一個辦法，現在已有相關的專利被申請[18， 19]，相信以后還會有更多的發明出現。其次靜電式空氣凈化器一般設備龐大，耗電量大，制造、安裝和管理的技術水平要求較高，且濃度大于30 g/cm3的含塵氣體需預處理，清洗時比較容易造成室內空氣二次污染，不具備離線檢修功能，其高電壓運轉模式，易產生電流聲。雖然靜電吸附式空氣凈化器存在以上缺點，但其仍不失為解決空氣污染的一個好方法。
2.4 離子化技術
離子化技術就是以負離子為凈化因子，負離子主動出擊擴散至空間的各個角落，吸附沉降粉塵、顆粒物等固體污染物，使之凝聚成大顆粒并沉降地面，還可有效殺滅細菌病毒等微生物，分解甲醛、苯系物等裝修污染。同時負離子對人體的健康有極大的幫助，它可以通過呼吸系統進入人體，促進呼吸道內部纖毛的活動，有助于凈化呼吸道；負離子還具有鎮靜、催眠、鎮痛、增食欲、降血壓等功能[20]。
x子化空氣凈化器的核心是離子發生器，由其源源不斷的產生負離子，而在產生負離子的同時也會有臭氧生成，前文已經提及臭氧對人體的危害，所以低臭氧的負離子空氣凈化器成為人們研究的一個熱點。曹輝[21， 22]等人成功將負離子空氣凈化器釋放的臭氧濃度由439 μg/m3降低到41 μg/m3以內，一定程度上彌補了負離子空氣凈化器的不足。
2.5光媒觸分解技術
光媒觸分解技術即光催化技術[23-25]，用以二氧化鈦為代表的半導體材料作為催化劑，在光電轉換中進行氧化還原反應。以二氧化鈦為例，因為二氧化鈦具有不連續的能帶結構，包括填滿電子的低能價帶和空的高能導帶，價帶和導帶之間稱為禁帶。當用一定強度的光照射二氧化鈦時，其部分價帶電子吸收能量發生躍遷，電子躍遷到導帶上，相應的在價帶上留下空穴，于是形成電子―空穴對。當電子―空穴長期存在時，就可以與二氧化鈦表面吸附的污染物發生氧化還原反應。此方法可以有效的降解甲醛、苯系物等有機污染物。圖二[26]為納米二氧化鈦催化分解甲醛示意圖。
光媒觸分解技術的優點是可以直接用空氣中的氧氣作氧化劑，反應條件溫和，可以將有機污染物分解為二氧化碳和水等無機小分子，凈化效果好，而且選用化學性質穩定的半導體光催化劑，成本低，不存在吸附飽和現象，使用壽命長。但當凈化較低濃度的污染物時，光催化降解速率慢，并會生成許多有害的中間產物，影響凈化效果。室內空氣中污染物的濃度一般較低，針對這一問題，王韶昱[27]對催化劑等進行一系列的改進，將光催化技術應用于室內空氣凈化器并取得了良好的效果；還有其他的方法也可以解決這一問題，如前文提到的與活性炭復合等。
3 復合型空氣凈化器
由于各種空氣凈化技術各有優劣，使用單一的空氣凈化技術很難解決復雜的空氣凈化問題，所以各種空氣凈化技術聯動使用成為一種趨勢，并取得了良好的效果。例如荊游等[28]將HEPA、活性炭、活性碳纖維、光觸媒、UV-C和負離子技術聯用設計了一種新型空氣凈化器。實驗結果表明該新型空氣凈化器可以有效去除粉塵、煙霧、VOCs（揮發性有機化合物），能夠殺菌和清除病毒。
4 發展展望
由于空氣質量問題的復雜性，空氣污染物多種多樣如固體顆粒、細菌病毒、揮發性有機化合物、煙霧等，所以很難用單一的技術解決空氣污染問題。多種空氣凈化技術的聯合是解決空氣質量問題的必由之路，但是多種技術的聯合應用也會引發新問題，如設備復雜、耗材增加、能耗增大、操作復雜等。所以選取有效、簡便的空氣凈化技術是非常重要的，同時我們也要勇于探索，大膽嘗試新的空氣凈化技術，研發出更加高效、小體積、低臭氧排放、低能耗的空氣凈化器，為改善我們的生活環境而努力。
通訊作者簡介
李海濤教授，男.1999年瑞典林雪平大學化學物理專業獲工學博士學位.2002-2010年，先后任英國劍橋大學化學系專職研究員（PI），英國劍橋大學化學系生物物理化學實驗室副主任，英國利茲大學化學系外聘專家.2012年回國在江蘇師范大學任職江蘇省特聘教授.目前主要從事單分子熒光技術與癌癥的早期檢測工作.
參考文獻
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空氣凈化機范文4
（蘇州經貿職業技術學院，蘇州 215009）
摘要： 首先，介紹目前市場上流行的若干種空氣凈化技術工作原理，分析這些凈化技術在實際應用中的優缺點。其次，重點闡述空氣凈化技術的新方向——“水洗空氣”的基本原理，最后對凈化技術發展趨勢進行展望和總結。
關鍵詞 ： 凈化技術；水洗空氣；光催化；活性炭；納米二氧化鈦
中圖分類號：X51 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2015）03-0272-02
基金項目：蘇州經貿職業技術學院院級科研項目——多功能空氣凈化器設計開發及研究，項目編號：JMQZ1303。
作者簡介：楊曉平（1982-），男，江蘇蘇州人，研究生，講師，主要研究方向為機電一體化。
0 引言
在我國，隨著工業化、城鎮化步伐向前不斷邁進，大氣污染、水污染等問題變得日益突出，近年來，霧霾天氣的頻頻“造訪”嚴重影響人們的日常生活，PM2.5成為每日必須監測的對象，空氣質量問題引發人們的普遍憂慮，同時，由于室內裝潢裝飾材料、日用化學品的使用、家具建材釋放的有毒物質，導致室內空氣質量直線下降，譬如甲醛等有害氣體，苯氡等致癌物質使得長期生活其中的人體產生各種疾病。空氣污染對人類健康危害已成為全世界共同面臨的難題，為了更加有效地凈化空氣，還人們一個潔凈環保的生活居住環境，空氣凈化技術的研究應運而生，且在近幾年里迅速發展，本文全面介紹目前主要的空氣凈化技術工作原理，分析其實際應用中的優缺點，并討論凈化技術的發展趨勢及發展新方向。
1 空氣凈化技術現狀分析
目前市場上空氣凈化技術主要包括：機械過濾、吸附過濾，離子化技術、催化氧化技術等。以下依次進行簡述并指出其在使用中的優勢及不足之處。
1.1 機械過濾技術 機械過濾是指將周圍的空氣經過風機加壓后，在通過設備內部放置的纖維過濾材料時，空氣中的顆粒污染物因塵埃粒子的直徑大于纖維材料的孔徑而被捕獲下來，以此來達到除塵凈化的目的，這就是機械過濾式方法，此法只能除去直徑較大顆粒污染物，對于較小的粒徑以及氣態而非固態的雜質無法搜集到。這種較早出現的凈化技術總體來講性能不夠完善，凈化效果有限，只能達到初步過濾等級，具有一定的局限性。其優點是設計簡單、使用方便，缺點是凈化氣態污染物－有害氣體性能差，對超微固態顆粒的凈化效果也差。
1.2 吸附過濾技術 空氣中的污染物存在形式有固態污染物和氣態污染物兩種，正因為上述機械過濾存在無法過濾氣態顆粒的缺陷，隨著凈化技術進一步發展，活性炭吸附技術被開發設計出來。利用了活性炭對氣體具有較強吸附能力的特點，所以其優點是提高了對氣態污染物的凈化效果，總體上改善凈化性能，但是，它的缺點是活性炭的吸附具有飽和度，且一旦飽和就無法繼續吸附下去，無法再生。雖然目前在空氣過濾領域，活性炭過濾器使用廣泛，但其缺陷是天生的，定期需要報廢并更換新的活性炭，成本較高。
1.3 離子化技術 此種技術采用的負離子能與空氣中的顆粒物結合形成質量較大的粒子而被過濾層捕獲附著在過濾材料的表面，低溫等離子具備的能量能使氣態有機物中的化學鍵斷裂，轉化為無害物，負離子能夠殺滅某些細菌，具有殺菌的作用，但是，其缺點是化學反應產生臭氧，一定濃度的臭氧對人體健康有害，形成二次污染物。
1.4 光催化氧化技術 光催化氧化是指以某種半導體材料作為光催化劑，在光電轉換中進行氧化還原反應。光催化劑中使用最多的是TiO2，納米TiO2顆粒細化程度高，光催化活性較一般的催化劑（TiO2、ZnO、CdS等）進一步提高。在光化學反應中，TiO2在光照條件下，其表面生成空穴－電子對并與吸附在表面上的物質發生氧化還原反應，空穴具有較強的氧化能力，能夠與水反應生成羥基自由基。電子具有還原性與氧氣反應生成氧自由基，生成的上述兩種自由基均具有很強的化學活性，能與多數有機物發生氧化反應，生成二氧化碳和水，從而達到凈化空氣的作用。
根據上述光催化氧化的基本原理，在常溫常壓條件下，利用空氣中的氧氣就能在光照一定時間后，將空氣中有機污染物分解為水和二氧化碳無機物，凈化效果好，納米TiO2作為催化劑，化學性質穩定，氧化還原能力強，成本低，不存在像活性炭的吸附飽和現象，使用壽命長。但是，這種催化氧化反應需要在一定的濃度條件下才有效，當空氣中污染物濃度較低時，光催化降解速度較慢，會產生有害的中間產物，也會有二次污染的出現，所以，該技術不能直接使用，而是在市場上出現了活性炭－納米TiO2復合光催化過濾材料，綜合兩者各自的優點，提高凈化效率。
2 空氣凈化技術新方向——“水洗空氣”
水洗空氣是指采用先進的空氣繞流技術，其原理是將室內污濁的空氣通過風機運動吸入到空氣凈化設備中，通過控制相對旋轉的水簾對流組合，將空氣切割旋轉帶入水中，空氣順著水簾對流組合的疊狀微孔循環形成高速繞流，從而保持設備凈化模塊中的空氣溶于水中，延長空氣與水的接觸時間和接觸面積，使有害物質充分溶解于水，從而提高凈化能力。水作為大自然的一種固、液、氣形式同時存在的特性物質，水的凈化功能非常神奇，現在提倡要保護生態濕地，保護湖泊水源地，就是因為水無疑是自然界最好的凈化劑載體，這些生態濕地、湖泊等是人類生活環境中的天然凈化機。
空氣中微小顆粒的過濾效果與濾材的間隙直接相關，傳統的過濾網技術中，濾網都存在著間隙，網徑再小，再密，濾層再多的濾網也得讓空氣通過才能夠有效凈化，只要有空隙，哪怕再小，也必然有微小懸浮物通過，然而，“水洗空氣”凈化理念的提出，較之于傳統的濾網除塵技術，一層水幕僅存在的是水分子的距離，沒有哪種濾網的網徑能比液態分子間的距離更小了，對于空氣中存在的大量細微顆粒，如煙塵、可入肺顆粒物PM2.5，水的無縫隙粘性濾除效果會更好。水在無縫粘性濾塵的同時，氣化加濕滋潤空氣，使得空氣清新自然，并且空氣中的有毒有害物質甲醛等極易溶解于水中，殺菌消毒，降解有害物質，無二次污染。
3 結論與展望
通過對上述主要空氣凈化技術現狀的分析，可以看出：在空氣凈化領域，單純利用一種技術，一種材料，或材料的某一方面，想要有效凈化空氣，其效果肯定是不佳的，因為生活的實際環境空氣成分復雜，條件變化多樣，空氣凈化技術的發展趨勢應該是走復合的道路，譬如，單純利用光催化氧化技術，或者活性炭吸附技術，都無法有效改進現有空氣品質，但是，如果通過一定的復合技術，將二者有機結合，則能做到取長補短、優勢互補的效果，活性炭對低濃度有機氣態顆粒具有極強的吸附能力，通過復合，納米TiO2能夠不斷地將活性炭吸附的各種有機污染物分解為二氧化碳和水，這樣，活性炭吸附飽和的問題就解決了，可以再生了，二者的結合，大大提高凈化效率。這樣的活性炭—納米TiO2復合材料已處于開發設計階段，應用于空調系統，改善空氣品質。
水洗空氣法，在空氣凈化方面做了一個全新的探索，開辟了一條新的道路，為空氣凈化產業的技術創新提供了一個有益的嘗試。
傳統的凈化技術在更新換代，逐漸走向復合技術，全新的技術——水洗空氣法，又使得空氣凈化領域逐漸延伸和擴展開來。未來，技術更加完善，空氣品質更優，人類的健康更有保障。
參考文獻：
[1]吳忠標，趙偉榮．室內空氣污染及凈化技術[M]．北京：化學工業出版社，2007，3.
空氣凈化機范文5
關鍵詞：室內；空氣凈化；關鍵技術
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.01.209
0 前言
對于現代生活，室內是主要的活動場所，因此，室內環境對于人類健康來講，至關重要。相關數據顯示，室內空氣污染程度遠高于室外，有害物質種類復雜，甚至包含大量致癌物質，室內空氣污染成為人類健康的重要影響因素。因此，要高度關注室內空氣凈化關鍵技術的應用，在根本上改善室內空氣質量。
1 對室內空氣污染源和危害的介紹
針對室內的空氣污染，誘因是燃料的燃燒、裝飾材料以及家具等，尤其是室內裝修產生的空氣污染十分嚴重，關注度提升。很多材料都具有大量的甲醛，對人類健康造成威脅，尤其是對呼吸道、神經內科等，威脅更大。同時，這些物質需要較長時間進行釋放，短期通風很難實現對甲醛的徹底清除。為此，為了實現對室內空氣污染的徹底清除，實現快速殺菌的目的，需要重視凈化技術的應用。
2 深入分析室內空氣凈化技術
2.1 對傳統過濾的介紹
當空氣以一定的流速穿過過濾層的時候，內部雜質被攔截，置于濾紙的上面。過濾的作用是實現對空氣中顆粒較大的粉塵的處理和清除。傳統的過濾材料主要是玻璃纖維濾紙。這種方式如果遇到尺寸在0.1-0.3μm，那么過濾的難度較增大了，主要原因是細菌等微生物主要貼附在顆粒物上，明顯大于這個限制尺寸，因此，很難被有效的過濾。而對于孢子，由于其存在的形式是單一性，因此，大小與細菌相似，規格上屬于大顆粒物，很容易被過濾。當前，這種傳統的技術在空氣初始凈化中應用較多，需要結合相關技術進行運用，例如，吸附技術、負離子技術等。
2.2 對吸附技術的介紹
對于吸附技術而言，其存在時間較長，主要依靠核心吸附材料實現目的。長遠的吸附材料主要包含活性氧化劑、活性炭等，尤其是活性炭，其隸屬資源吸附材料類型，能夠高效地實現對污染物的清除，具有極強的可靠性。但是，其應用效率主要取決于使用的重量。在使用過程中，會出現分解的黑色碳末，很難實現較長時間的吸附，飽和度很容易就達到指標。社會的發展使得室內環境不斷改善，條件提升，活性炭的脫附現象增多，造成污染的再次出現。因此，要注重對復合化學吸附材料的研究，注重應用天然性的材料，發揮其無污染的優勢，增大納米孔洞，實現吸附功能的顯著提升。與此同時，要融入降解功能，防止吸附的有害氣體再次發生游離問題。
2.3 對光催化技術的介紹
針對光催化技術，其具有突出的發展速度，被整個凈化領域所關注。對于一些半導體粉末，一旦受到紫外線的照射，價帶上的電子就會立即被激發，呈現在導帶之上，具有突出的氧化作用，與此同時，也出現了極強的還原能力電子。這種情況下，能夠出現與碳氫化合物的反應，達到降解的目的，實現對微生物的有效清除。對于光催化，其比較理想的產物是二氧化碳和水，但是，中間物質較多，其在諸多方面的影響還有待進一步研究。
2.4 對紫外光消毒的介紹
針對紫外光殺菌，其主要包含兩個方面的因素，首先，是化學作用。紫外光照射能夠產生自由基，能夠發揮對微生物組織的有效破壞，造成結構重組，使得其PH值發生變化。另外，其中含有大量的光量子，能夠刺激和襲擊微生物，引發DNA的破裂，造成扭曲突出的現象。如果將其應用在空氣凈化機上，暴露一些不足，引發臭氧的出現，甚至出現更高的污染物質。另外，這種紫外光對人體也具有一定的傷害作用，需要設置較長的消毒時間，限制應用的推廣。
2.5 對負離子技術的介紹
對于氣體分析，其主要存在狀態為電中性，一旦受到外力影響，電子即變成負離子。之所以存在清新的空氣，主要原因是存在大量的活性氧和負離子。負離子的存在，使得顆粒自身帶電，能夠提升沉降和凝聚的速度。對于負離子技術在空氣凈化中的應用，需要高壓電廠的氣流給予配合，同時，需要專業性較高的設備配合。臭氧的副作用較大，影響人身安全，間隙方式比較常用，實現與人體的分開。為此，要重視對降解功能的發展，實現成本的有效降低，形成更加高效的材料和技術。
2.6 對復合凈化技術的介紹
對于復合型的空氣凈化技術，其主要應用的線路是機械強制環流-物理過濾與吸附―化學催化轉化。在機械方式階段，能夠發揮攔截的作用，及時清除懸浮顆粒。對于物流過濾發，借助的是過濾器的作用。化學過濾發揮化學吸附劑的作用。
3 對復合空氣凈化技術原理的介紹
對于當前使用較多的復合型空氣凈化技術，主要融合了幾種技術類型，如機械、物理和化學技術，凈化路線清洗，發揮各種凈化方式的優勢，實現了過濾、吸附與摧毀功能的集中，有效殺害空氣中的污染物。在應用過程中，需要發揮風扇的作用，保證室內氣流的有效循環，在凈化裝置的作用下，完成凈化。在整個裝置中，借助不同的凈化功能，實現對不同狀態污染物的有效凈化。
4 結束語
綜上，隨著整個社會對室內空氣質量要求的不斷提升，需要高度重視室內環境空氣質量的提高，運用多種技術，尤其是復合凈化技術，加快凈化速度，避免再次污染，在根本上提升室內空氣質量，營造更加和諧的室內環境。
參考文獻：
[1]王韶昱.光催化技術在室內空氣凈化器中的應用研究[D].浙江大學，2013.
[2]尹雪云.納米光催化技術在室內空氣凈化器中的應用研究[D].北京工業大學，2003.
[3]呂品.室內空氣質量控制中關鍵檢測技術的研究[D].大連理工大學，2008.
空氣凈化機范文6
關鍵詞：室內空氣凈化；材料；技術應用
一?前言
隨著社會的不斷發展和進步，建筑設計越來越追求高能效，其絕熱效果越來越好，但是建筑物的通透性去越來越差，同時，大量的合成物質被用于建筑和裝飾，這些因素都導致室內空氣污染物的積累，使得污染程度遠比室外要嚴重。同時，人一天有大半的時間是在室內度過的，室內空氣污染對人們的舒適度、身體健康等都有不利的影響。室內空氣質量研究已經成為當今國際社會研究的熱門話題。
室內空氣凈化是借助專門的系統分離或轉化室內空氣污染物，使其從室內空氣中分離出去，或轉化成無害的物質。該辦法特別適用于污染源控制和通風不能解決的室內空氣污染的場所。室內污染物的凈化技術，目前應用較廣泛的主要有：吸附凈化技術、低溫非平衡等離子、生物凈化技術、負離子技術等。室內凈化材料按照凈化原理和材料性質來劃分，可分為物理凈化材料、化學凈化材料和生物凈化材料三大塊。
二?室內空氣凈化材料
室內空氣凈化材料按照凈化原理和材料的性質來區分，可以分為物理凈化材料、化學凈化材料、生物凈化材料三大類。
1. 物理凈化材料
物理凈化材料主要是通過物理吸附作用對室內的空氣進行凈化?；钚蕴俊⒐枘z、沸石等作為物理的吸附材料，其吸附作用主要受材料表面積以及化學穩定性的影響。其中，活性炭以其穩定性、易再生等性質成為研究的主要對象。
活性炭具有吸附和催化的性能，不溶于水和其它溶劑，具有穩定性。因此其用途也十分廣泛。從18世紀以來，人們一直將活性炭運用于實踐中，并取得了重大的進展，尤其是20世紀70年代，日本生產的活性碳纖維，脫附速度快，吸附量大，易再生，已被認為是21世紀最優秀的環境材料之一。
2. 化學凈化材料
化學類的凈化材料主要是指采用氧化、還原等化學反應技術生產的凈化材料?；瘜W類的凈化材料中，目前應用較廣泛是光觸媒材料。光觸媒也叫光催化，是一種以二氧化鈦為代表，在光照條件下具有催化作用的半導體材料的總稱。二氧化鈦作為一種光觸媒，在吸收太陽光或照明光源中的紫外線后，能夠發生氧化還原反應，表面形成強氧化性的氫氧自由基和超氧陰離子自由基，中游離有害物質分為無害的二氧化碳和水，從而達到凈化空氣的目的。光觸媒對于溫度沒有嚴格的限制，一般在常溫條件下就會發生氧化還原反應。
除了光觸媒材料，目前還有一種新型的環保材料用于講話室內空氣：負離子材料。負離子材料的主要成分是具有自發電極的天然礦物，材料與空氣接觸時，能夠持續釋放空氣負離子，負離子具有很強的氧化性，形成的負離子與空氣中的有害物質結合，發生氧化還原反應，從而達到去除空氣中污染，凈化空氣的目的。同時，空氣負離子也可以促進人體的血液循環，改善睡眠質量。目前，負離子已經被列為評價空氣質量的一個重要指標，目前發展也已經初具規模。
3. 生物凈化材料
生物凈化材料主要指利用生物對室內的空氣中的污染物進行氧化分解，從而達到凈化空氣的目的。利用生物來凈化室內空氣，目前研究比較多的就是利用室內植物的自然吸附作用，以對室內的空氣進行綠化凈化。
另一方面，對不同類型的材料進行復合應用也有了廣泛的研究。復合材料中，以活性炭為載體負載其他材料來進行的空氣凈化的研究也已經進入到了比較深入的階段。它利用了活性炭的吸附能力并同時發揮了化學類凈化材料的催化性能，使得個材料得到互相補充，也為室內空氣凈化材料的發展開辟了新的領域。
三?室內空氣凈化技術的研究
1. 吸附凈化技術
吸附技術是指借助多孔性固體吸附劑表面存在不平衡力的作用，使氣態污染物吸附在其表面，從而實現從氣流中分離出來的目的。吸附技術分為物理吸附和化學吸附兩種。
吸附技術由于脫除效率高，。富集功能強，適用于幾乎所有的惡臭有害氣體的處理，因而是脫除有害氣體比較常用的方法。常用的吸附劑有活性炭?；钚蕴祭w維、沸石等。其中以顆?；钚蕴?、含高錳酸鉀的活性氧化鋁及復合活性炭纖維最常用。
近年來研制出來的各種新型的活性炭有蜂窩狀活性炭、活性碳纖維等。目前活性炭凈化空氣的研究主要集中在其吸附應用和吸附性能的改進上。特別是活性碳纖維，由于其優點顯著，應用也日益廣泛，也是當今世界最先進的室內空氣凈化處理技術之一。
2. 光催化進化技術
光催化凈化是指基于光催化劑在紫外線照射下具有的氧化還原能力凈化污染物。光催化劑屬于半導體材料，現有的研究表明，光催化氧化可以使多種有機體降解，還可以使有機酸發生脫碳反應。近年來，光催化凈化空氣技術備受關注，成為各國研究和開發的熱點。
納米材料光催化是目前最具發展潛力的室內空氣凈化技術，但是它不能凈化空氣中的懸浮物以及細菌顆粒物，同時催化劑微孔易被灰塵和顆粒物堵塞而使其失活，
3. 綠色植物自然進化
室內綠化是指在室內種植擺設一些有利于室內空氣凈化的植物，既要求美觀又要求實用，這些綠化植物除具有調節溫濕度的作用外，還具有吸塵、殺菌殺毒、吸入廢氣等功能。室內綠化常有盆栽、懸掛式栽培、盆景等形式，選擇綠化植物應根據室內的光照、空氣溫濕度等室內生態因子來考慮。布置時要根據室內的實際環境進行協調。目前來說，對于室內凈化效果較好的有：夏威夷椰子、萬年青、、吊蘭、愛玉合果、黃愛葵東等。
4. 膜分離技術
膜分離技術是一項簡單、快速、高效和經濟節能的新技術。膜分離法是利用各組分在壓力推動下透過膜對的傳質速率不同進行分離的，用于氣體分離的膜主要有有機聚合膜和無極膜。
現在，有機膜分離技術已經被成功地運用到其他方法無法收回的有機物的分離，采用此方法回收有機廢氣中的丙酮、甲醇和甲苯等，回收率可達97%。將有機膜應用于室內空氣凈化的研究目前尚少。
