空氣凈化器的制作與測試之探究

周宇宸

摘 要：近年來，空氣質量問題成為困擾人們的突出難題，空氣中的細菌、塵埃、有害氣體等對人體健康能形成直接危害，空氣凈化器具有凈化空氣的良好作用，但因其價格偏高常令很多人望而卻步，文章從自制空氣凈化器角度展開論述，期望這項技術能得到完善和推廣。

關鍵詞：空氣凈化器；凈化方法；制作測試

近年來，霧霾問題成為社會各界普遍關注的問題，在我國大部分地區(qū)，特別是工業(yè)發(fā)達城市，霧霾已然直接威脅到市民的身體健康。霧霾主要成因于工業(yè)文明所形成的氣體污染及揚塵擴散，如汽車尾氣、燒煤供暖、工廠排氣、建筑工地揚塵等，其成分主要為二氧化硫、氮氧化物以及可吸入顆粒物。霧霾會在人們毫無防范的情況下侵入人體呼吸道及肺葉中，易于引發(fā)呼吸系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、血液系統(tǒng)和生殖系統(tǒng)疾病。作為工業(yè)化發(fā)達城市，南京也正遭受著霧霾天氣的困擾，如2013年12月，南京市遭遇持續(xù)性霧霾天氣，從霧霾橙色預警升級為紅色預警，市教育局不得不下發(fā)通知，要求全市中小學幼兒園全面啟動污染天氣紅色應急處置方案，實行停課。面對當前惡劣空氣質量，家用空氣凈化器愈加為人們所歡迎，購買價格卻令人咋舌，動輒數(shù)千元，甚至過萬元，自制空氣凈化器既節(jié)約資金，又能獲得高質量空氣，假以時日，這項技術必能得到完善與推廣，為人們生活帶來良好便利的條件。

1 室內空氣污染的種類及危害

因來源、性質不同，室內空氣污染一般為氣態(tài)污染物與顆粒污染物兩種。關于空氣中的氣態(tài)污染物，除了人們熟悉的SO2、NH3、CO、CO2外，也有放射性氣體氮及揮發(fā)性有機物，如甲苯、甲醛、丙酮、苯酚、氯化物等。醫(yī)學研究表明，氣態(tài)污染物對人體存在諸多不良影響，以甲醛為例，能對人體的眼粘膜、鼻粘膜、上呼吸道形成強烈刺激，可引發(fā)支氣管炎、哮喘、過敏性哮喘等多種疾病，對人體神經(jīng)系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、肝臟及腎臟也有毒化作用，成為危害人體健康的極大隱患。關于空氣中的顆粒污染物，主要分為固體顆粒污染物、微生物污染物兩種，其中，固體顆粒污染物主要源于室外、燃料燃燒及香煙煙霧，如燃料燃燒產生的顆粒污染物通常有生物毒性，對人體有致癌作用。而微生物污染物主要為霉菌、真菌、細菌、病毒等，溫暖潮濕與不潔凈的場所易于存在，常附著于顆粒物上，伴隨著空氣的流動而流動，微生物污染物易于引發(fā)過敏或呼吸道感染、真菌感染等癥狀。

2 常見空氣凈化方法

總體而言，常見的空氣凈化方法有濾料過濾除塵法、化學處理法、物理化學法及現(xiàn)代技術法等，如化學處理法，依據(jù)有害污染物存在情況來選用匹配的化學制劑及化學處理方法，有干式化學處理和濕式化學處理兩類方法，而物理化學法是將物理過濾法與化學處理法結合起來，進一步完善室內空氣凈化效果。伴隨著現(xiàn)代技術的產生與發(fā)展，現(xiàn)代技術法應運而生，如納米技術與稀土催化技術，就是應用較為廣泛的空氣凈化技術，除了應用于室內裝修材料領域外，也被廣泛應用于室內空氣凈化器領域?，F(xiàn)階段，我國空氣凈化器多采用機械過濾器、藥物消毒、紫外燈殺菌、臭氧消毒燈方法，但上述方法均存在不足之處，如藥物消毒存在二次污染問題，紫外燈殺菌難以解決除塵問題，臭氧消毒只能用于無人環(huán)境，且對室內物品存在腐蝕危害。近年來，空氣質量問題尤為突出，人們更為認識到空氣質量的重要性，家庭空氣凈化器成為越來越多人的選擇，如應用于住宅的空調系統(tǒng)、真空吸塵器、便攜式空氣凈化器等。

3 空氣凈化器的制作及效果測試

用超細過濾網(wǎng)空氣是否能凈化空氣呢？為探究上述假設是否可行，筆者制作了一個簡單的空氣凈化器，通過實驗檢測其使用效果。

1.空氣凈化器的制作

在空氣凈化器制作方面，使用風機提供空氣循環(huán)所需動力，使用具備防水阻燃功能的木塑發(fā)泡板制作外殼，選用超細過濾網(wǎng)作為過濾段，并將過濾網(wǎng)、風機固定于木塑板所制成的殼體內，最終形成一個簡單的空氣凈化器。

2.自制空氣凈化器效果測試

為了研究自制空氣凈化器的空氣凈化效果，筆者采用煤炭不充分燃燒所釋放的污染氣體進行實驗，這是因為，煤炭不充分燃燒會釋放出固體顆粒污染物以及硫化物等污染氣體，可模擬霧霾等空氣污染物。實驗過程中，煤炭不充分燃燒產生濃烈的黑煙，并帶有刺激性異味，將空氣凈化器置于燃燒物附近并打開，在風機的作用下，污染氣體迅速通過空氣凈化器，觀察出風口排出的氣體，顏色明顯變稀，但刺激性氣味并未減少。黑煙是由于燃燒不充分致使煙氣中夾雜著未燃燒的細小顆粒物造成的，故由本試驗結果認為，空氣凈化器具備了處理空氣中顆粒污染物的效果，但并不徹底；刺激性氣味并未減少，說明過濾網(wǎng)不能消除異味氣體。

為改進空氣凈化器，筆者查閱相關資料，并參考市售空氣凈化器，得知活性炭能夠吸附細顆粒物和污染氣體，故購買活性炭并將其填入兩側表面帶有細孔的箱體，然后將本濾料箱作為新的過濾段安裝到空氣凈化器中，固定在風機與過濾網(wǎng)之間，與過濾網(wǎng)形成兩段過濾，以提高處理能力。繼續(xù)重復此前的煤炭燃燒實驗，進氣口空氣顏色帶有黑色，而出氣口氣體已無任何顏色，這表明在過濾網(wǎng)與活性炭雙重作用下，空氣中的細顆粒物已徹底脫出，出氣口仍有淡淡的刺激性氣味，這表明活性炭雖能吸附部分污染氣體分子，但效果不夠理想。筆者查閱活性炭性能資料了解到，活性炭只是能夠吸附污染氣體分子，卻并不能使其消除，活性炭吸附氣體的能力是有限的，達到飽和值時會發(fā)生脫附現(xiàn)象，即污染氣體會從活性炭上脫除。為此，筆者請教了有關專家，得到結論是可通過酸堿中和反應解決上述難題，可使用堿性溶液或者酸性高錳酸鉀溶液，也可使用一些強堿性固體，如氫氧化鉀等。在化學教師的幫助下，制定了解決方案，綜合考慮溶液重量、體積較大以及更換不易等諸多因素，制作表面負載氫氧化鉀的活性炭來作為具備化學反應能力的化學濾料。具體做法是將活性炭浸漬于氫氧化鉀溶液中一段時間，取出晾干，一部分氫氧化鉀沉積于活性炭表面，活性炭負責吸附空氣中的水分和污染氣體，活性炭表面沉積的氫氧化鉀與污染氣體發(fā)生中和反應，使污染氣體徹底消除。相關反應如下：

2KOH+SO2=H2O+K2SO3

將表面負載氫氧化鉀的活性炭填入濾料箱，作為化學過濾段與過濾網(wǎng)形成新的凈化系統(tǒng)，繼續(xù)重復試驗，發(fā)現(xiàn)黑煙和刺激性氣味得到了徹底消除，證明以過濾網(wǎng)和化學過濾段為主要部件制成的空氣凈化器是可以起到凈化空氣的作用的。

4 結語

綜上所述，自制家用空氣凈化器將成為未來空氣凈化的一種趨勢，筆者實驗研究中制作的簡單空氣凈化器具有良好的空氣凈化效果，證明了本凈化方案的可行性，且該空氣凈化器設備結構簡單，成本較低，具有良好的推廣和應用前景。但也應看到，該研究實驗僅證明了實驗的可行性，仍有兩個方面需要加以優(yōu)化：一是活性炭的選擇和化學試劑的附載需要做進一步研究探索，以提高化學濾料的使用效果；二是受資金制約，樣品較為簡單，需要進一步優(yōu)化設備外殼及結構，從而制作出適合家庭使用的空氣凈化器來。

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