如何凈化室內空氣

　　現代人平均有80%~90%以上的時間在室內度過，室內空氣質量直接影響人們的健康。

　　研究表明，室內空氣的污染程度要比室外空氣嚴重2~5倍，在特殊情況下可達到100倍。室內空氣污染物可大致分為兩大類：一類是懸浮固體污染物，包括可吸入顆粒、灰土、總懸浮顆粒物、花粉、微生物、煙霧等；另一類則是氣態污染物包括揮發性有機物（甲醛、苯、甲苯、烴類化合物等）、臭氧（O3）、氨氣（NH3）、氡氣（Rn）、氮氧化物（NOx）、二氧化硫（SO2）和一氧化碳（CO）等。

　　室內空氣污染多由于室內引入可釋放有害物質的污染源或室內環境通風不佳，使室內空氣中有害物質在數量和種類上不斷增加而引起。GB 50325-2010《民用建筑工程室內環境污染控制規范》根據現階段國內室內污染的特點，將室內環境污染定義為：室內空氣中混入有害人體健康的甲醛、苯、氨、氡、揮發性有機物等氣體的現象。其中民用建筑工程主要包括住宅、醫院、老年建筑、幼兒園、學校教室、辦公樓、商店、旅館、文化娛樂場所、圖書館、展覽館、體育館、公共交通等候室、餐廳、理發店等與人類生活息息相關、人們最經常活動的室內場所。

　　室內空間所使用的無機非金屬材料、人造木板及飾面人造木板、涂料、膠粘劑、水性處理劑及其它建筑和裝飾材料，長時間內釋放甲醛、苯系物、NH3、氡（Rn）、有機揮發物（VOCs）等有毒有害物質，悄悄的威脅著人類的健康（圖1-1）。

　　常用室內空氣污染治理技術

　　近年來由于霧霾事件頻發，越來越多的民眾、企業對空氣污染及治理表現出了很高的關注，室內空氣污染凈化技術亦得到了較大的發展。室內污染治理技術按原理可分為物理治理、化學治理和生物治理；按處理技術的不同，大致分為吸附型、過濾型、分解型、靜電型；按其是否需要風機動力可分為主動式和被動式；按凈化環境是否有人類活動又分為動態凈化與靜態凈化。

　　一般情況下，民眾采用最多的一種空氣凈化方式則是通風凈化技術，通過開窗自然換氣或安裝換風扇等，加速室內外空氣交流，把污染物快速稀釋，避免富集而產生環境污染，是簡單有效的治理室內空氣污染的方法。然而，隨著社會的不斷發展，由于各種原因現代化建筑的外窗幾乎不能打開，或者只有很小的可開啟面積。而且出于其他原因的考慮，對密閉性能的要求也越來越高，自然通風也就不復存在。而利用機械通風方式可以替代自然通風的功能，但存在噪音、吹風感等系列問題。

　　而隨著大氣環境的日益惡化，如霧霾頻發等，室外空氣引入稀釋室內空氣反而會導致污染。因而，該技術適用于室外空氣質量較高，或者有干凈空氣來源時使用，雖然可用于各類封閉半封閉空間污染物的治理，但該法存在治理不徹底等缺點。

　　為此，我們將就常見商用空氣凈化技術、作用原理以及適用污染物等予以介紹。

　　固態污染物治理技術

　　1.過濾凈化技術

　　空氣過濾凈化技術是指應用空氣過濾設備控制粉塵微粒的污染，或通過空氣循環過濾將空氣中的懸浮顆粒物捕集下來，是一種物理攔截技術。空氣過濾技術主要應用在潔凈室、超凈工作臺空氣凈化系統，在空調通風除塵、空氣凈化器及其他領域也得到了廣泛應用。空氣過濾系統通過設置不同性能的過濾器，除去空氣中的懸浮顆粒物（PM2.5、PM10等）和微生物，以保證送入風量的潔凈度要求，整個系統效率在于濾料的選擇。

　　一般來說，濾料的種類主要有纖維濾料、復合濾料、功能性濾料等。從濾料的研究來看，空氣過濾技術有以下幾個發展趨勢：合成纖維濾料向研膜濾料發展；在高效空氣過濾和除塵應用中，覆膜濾料將逐漸取代普通合成纖維濾料；常規濾料向多功能的復合濾料、功能性濾料發展。其中復合濾料與功能性濾料是近年來興起的研究熱點。

　　濾料制成的高效率的空氣過濾網可攔截空氣中的灰塵、細菌、病毒和微生物，但沉積在過濾網上的污染物如果不及時處理，將產生嚴重的二次污染，這也是一個不容忽視的問題。而且，過濾技術僅能除去空氣中的固體塵粒，但不能消除空氣中的氣態污染物，因而在實際應用過程中常于吸附或催化濾芯等組合使用。

　　2.靜電除塵技術

　　靜電除塵技術是目前工業除塵應用較多的一類技術，其原理是含有粉塵顆粒的氣體，在接有高壓直流電源的陰極線（又稱電暈極）和接地的陽極板之間所形成的高壓電場通過時，由于陰極發生電暈放電、氣體被電離，此時，帶負電的氣體離子，在電場力的作用下，向陽板運動，在運動中與粉塵顆粒相碰，則使塵粒荷以負電，荷電后的塵粒在電場力的作用下，亦向陽極運動，到達陽極后，放出所帶的電子，塵粒則沉積于陽極板上，從而達到除塵凈化的效果。

　　傳統靜電除塵器的質量除塵效率可達99%以上，但對可吸入顆粒物的捕獲率相對較低。其主要原因是可吸入顆粒物的粒徑太小，以致荷電量不足，難以在電場中被捕獲。目前提出的一種高效脫除方法是利用顆粒的凝并特性先讓其聚結生長成較大的顆粒，從而實現可吸入顆粒物的脫除。

　　靜電技術不僅可以高效去除常規可吸入顆粒物，由于其多采用高壓電場，致使顆粒物附帶一定電荷，故而亦有著一定的殺菌效果。但其潛在的風險則是，高壓靜電極易伴生臭氧，而臭氧是典型的室內空氣污染物之一，為此靜電技術實際使用過程中尤其在民用凈化器領域，常與吸附技術復合使用以有效控制伴生氣態污染物。

　　3. 紫外線殺菌技術

　　紫外線殺菌技術是針對空氣中微生物，利用240~280 nm范圍紫外線輻照，改變及破壞微生物的組織結構，破壞細胞或病毒的核酸結構和功能，導致核酸結構突變，生物體喪失復制、繁殖能力，從而達到消毒、殺菌的目的。該技術具有滅殺微生物微塵生物活性的功效但無收集和移除滅活后微塵的能力。在實際應用過程中，以紫外循環風消毒器或空氣凈化器為代表，多在其后加設空氣過濾網以達到徹底移除的功效。這種凈化技術的優點是殺菌效果顯著，聯用后除塵能力得到增強，但去除氣態化學污染物能力差，伴生臭氧去除成為其短板，且紫外線對人體還有一定的輻射傷害風險。因此在引入紫外殺菌功能的空氣凈化器中，不僅加設高效過濾網（HEPA），而且需增設除臭氧氣態污染物的活性炭濾網。

　　氣態污染物治理技術

　　1. 吸附凈化技術

　　吸附凈化技術是目前民用凈化設備最常用的一類氣態污染物去除技術，也是民眾在生活中應用最多的一類空氣凈化技術。其原理則是利用固態吸附劑對污染物選擇性的吸附以達到移除空氣中污染物的效果。人們所熟知的木炭、竹炭、活性炭等均是優良的吸附劑。隨著氣態污染物的多樣化，吸附劑往往針對污染物特性命名：如干燥劑多用于去除空氣中多余水分，常用如分子篩、凹凸棒土、硅膠、生石灰等；除甲醛吸附劑則用于去除甲醛，常用材料有改性活性炭、碳化樹脂、改性分子篩等；去除二氧化碳吸附劑如Li石灰、改性活性炭等。其中活性炭以其豐富的孔結構（大孔、中孔、微孔并存且可調）、巨大的比表面積（800~2500 m2/g），是應用最為普遍且極優良的一類吸附劑。以其為載體，通過表面修飾處理或負載一定活性組分，基本可用于甲醛、苯系物、VOCs、臭氧、NH3、NOx、SO2、CO等污染治理。

　　吸附法有著廣譜治理性，但其存在最大的缺點是各類吸附材料均存在飽和吸附量問題，當接近飽和量或環境參數有所變化（如升溫、風速提高等），所吸附的污染物就會游離釋放出來，造成二次空氣污染。因此，吸附技術在實際使用過程中一定要注意吸附材料的使用周期，定期更換防止二次污染。

　　2. 吸收凈化技術

　　吸收凈化技術則是利用吸收液與污染物的特異性作用（如溶解、絡合、化學反應等）以達到去除空氣中污染物的目的。該技術是目前工業上治理尾氣污染最為常用的一類技術，需針對污染氣組成進行吸收液調配，治理針對性較強。工業中有機尾氣治理多采用增溶溶劑及表面活性劑等調配吸收液，而針對NH3、NOx、SO2、O3、CO等多采用反應型吸收液。而在民用領域，吸收凈化技術的應用多以空氣凈化噴劑等形式出現，但對噴劑組分的環保性安全性有著較高的要求。

　　該技術有著操作性強，投資小等優點，但是其尾氣治理濃度范圍較窄，對于極高濃度或極低濃度污染物治理效果較差，而最大的缺點是吸收液的回收利用問題，若沒有配套回收技術，極易造成環境污染。室內凈化噴劑則須保證噴劑組分的安全性以及其與污染物的可能的反應產物的無害性，若不然噴劑自身危害尤甚于所治理的污染物。

　　3. 生物凈化技術

　　生物凈化技術則是利用植物、微生物等對部分污染物可以吸收代謝等特性，以達到轉化去除的目的。其中民用領域多以盆栽植物治理，而工業領域則多以微生物治理為主。生物法常用于甲醛、H2S、NH3、VOCs等有機無機污染物的去除，其原則是污染物可被植物或微生物吸收代謝。

　　該類方法雖然對很多污染物有著一定的凈化效果，但目前在民用空氣凈化領域推廣度不高，這是因為在有限的空間內，少量的植物或微生物凈化污染物的速度太慢，若遠低于室內污染物釋放速度，空氣內污染濃度變化不大。再者，植物花粉、微生物等存在人體危害風險，其釋放物造成的危害可能大于原有污染物。

　　4. 等離子體技術

　　等離子體被認為是除固態、液態和氣態以外的第四種物質存在性能，其內含大量高能電子、正負離子、自由基等活性粒子。通常多采用微波輻射、射頻放電、電子束照射和高電場氣體擊穿等方式達到高電子密度的等離子體狀態，而在室內空氣污染物治理由于其場合限制，多采用低溫等離子體技術。低溫等離子體又叫非平衡態等離子體，一般是等離子體形成過程，電子能量達到1~20 eV，其他較大質量的粒子則溫度較低接近室溫狀態，系統內粒子間能量分布遠未達到平衡。低溫等離子體引發的化學反應大致可以分為以下幾個過程：首先是皮秒級的電子雪崩，緊接著納秒級不同能量狀態的電子通過旋轉激發、振動激發、激發、離解和電離等得彈性碰撞形式將內能傳遞給氣體分子后一部分以熱量形式散發，另一部分則產生自由基等活性粒子，接下來是微秒級的自由基及正負離子間的線性或非線性鏈反應，最后是毫秒到秒量級的分子間熱化學反應。

　　故而，等離子技術多具有兩類功能：一由于其包含的大量電子和正負離子，在電場梯度的作用下，可與空氣中的顆粒污染物發生非彈性碰撞，從而附著在上面，使之成為荷電離子，在外加電場力的作用下，被集塵極所收集，故而具有一定的殺菌除塵功效。二是利用等離子體中的大量高能電子、自由基等活性粒子，可對有毒、有害、難降解的污染物進行直接的分解去除。這一技術主要是通過兩個途徑實現：一是在高能電子的瞬時高能量作用下，打開某些有害氣體分子的化學鍵，使其直接分解成單質原子或無害分子；二是在大量高能電子、離子、激發態粒子和氧自由基、氫氧自由基（自由基團帶有不成對電子而具有很強的活性）等作用下，氧化分解成無害產物。

　　該技術對微塵、細菌、甲醛、VOCs等均有著一定的凈化去除效果。但單純的凈化效率不是太高，需與過濾、催化、吸附等技術聯用。由于等離子富含高能活性粒子，故常伴生有O3等污染氣的發生，雖對多數污染物有著降解作用，但降解成分往往不明，單獨使用極易造成健康危害。

　　5. 催化技術

　　催化技術是較為徹底的氣態污染物治理技術，其核心是高效催化劑的研制開發。根據激發源的不同，常分為光催化劑技術和熱催化技術。在使用過程中，催化劑對污染物有一定的選擇針對性，對某類污染物可能有著極好的治理效果，但可能對其他污染物作用不大甚至被其他污染物抑制活性，故在工業較為單一尾氣治理中有著廣泛的應用；然而在民用空氣治理領域，由于空氣污染治理多在室溫下封閉半封閉空間內，污染物種類較多，這對催化劑的耐受性和活性要求極高。

　　1）光催化技術

　　光催化技術即在光觸媒（催化劑）存在下，利用光源對催化劑激發作用，促使污染物在催化劑表面降解達到治理的目的，常用于空氣中甲醛、VOCs等有機污染物的治理。光催化劑原理是利用光波輻照材料表面（能量大于半導體帶隙能），激發價帶電子躍遷至導帶，生成高活性電子-空穴對，吸附氧與電子空穴對發生作用，產生高化學活性游離基*OH，從而達到氧化VOCs目的。也由于其對有機污染物的破壞作用，可用于殺菌消毒領域。

　　能作為光觸媒的材料眾多，包括二氧化鈦（TiO2）、氧化鋅（ZnO）、氧化錫（SnO2）、二氧化鋯（ZrO2）、硫化鎘（CdS）等多種氧化物硫化物半導體。其中TiO2因其化學穩定性高、耐光腐蝕、較大禁帶寬度（3.2 eV），氧化還原電位高等優點，使其成為光催化研究中最為活躍的材料。

　　光催化氧化對于治理VOCs可視為較為廣譜的一類方法，但其在實際應用中仍存在一定的問題：諸多VOCs無法徹底降解，還可能伴生致害致癌微量副產物；凈化效率相對較低，凈化周期較長，實際治理過程中治理速度可能跟不上VOCs釋放速度，無法有效緩解家居環境VOCs污染狀況；多數商用光催化劑仍需紫外光激發，光來源及傳輸效率較難保證，紫外存在多伴生臭氧；由于室溫真實條件下，水汽及溫度等條件波動大，光催化劑運行穩定性較難保證。光催化劑亦有著自身的優點，通過調整催化劑組成及合成方法實現自然光下高效響應，與高效熱催化劑或吸附劑聯用等，可實現對VOCs持久長期治理，在室內空氣VOCs治理領域亦有著較好的應用前景。

　　2）熱催化技術

　　熱催化技術即利用熱源激發，在催化劑存在情況下達到污染物降解治理的目的。由于催化劑多具有針對性，常根據治理污染物來定義，如除甲醛催化劑、除CO催化劑、除O3催化劑等。根據使用溫度的不同，常分為高溫、低溫、室溫催化劑，在工業領域，高、低溫催化劑應用較多，其中以催化燃燒技術、煙氣脫硝、汽車三元催化等技術為代表，而民用領域則偏于室溫催化劑，如常見的室溫除甲醛、除CO等催化劑。

　　目前，在室溫條件下具有較高污染物治理效率的多為貴金屬類催化劑，多用于還原性氣體如甲醛、CO、VOCs等催化治理，當然也有臭氧的催化分解催化劑。在實際使用過程中，由于室內污染物的相互干擾，其治理效果往往大打折扣，甚至容易被其中某類污染引起覆蓋或中毒失活。這也是目前市售商用空氣凈化器中真正采用催化治理濾芯的極少的原因，一是由于真正室溫起活催化劑成本較高，二則是由于容易被其他污染物干擾，使用壽命較短。因此，若真正推廣該類技術，一方面需要高效常溫廉價催化劑的研制，另一方面則需合理設計，與其他凈化技術組合使用，進一步延長其使用壽命，達到廣譜性與專一性的完美協調。

　　本文對常見室內外空氣污染物做了一定介紹，并對一些凈化技術做了簡單介紹。實際生活中，室內空氣污染物種類繁多，成分復雜，對人體健康的影響呈現長時間、低劑量、弱效應和聯合作用的特點，因而治理難度更大。而室內空氣凈化方法種類繁多，各有優缺點。單一的凈化技術均有各自的局限性。因此，在實際的應用過程中常將不同的技術組合使用，以達到有效凈化空氣的效果。