室内空气污染的控制方法（2）在线视频

臭氧杀菌消毒是一种广泛应用的

成熟的灭菌方法

臭氧是一种刺激性气体

是已知的最强的氧化剂之一

它的强氧化性 高效的消毒作用

使其在室内空气净化方面有着非常积极的贡献

臭氧杀菌的原理是

可以即刻氧化细胞壁

直至穿透细胞壁

与其体内的不饱和键化合而杀死细菌

这种强的灭菌能力来源于其高的还原电位

这张表给出了常见的灭菌消毒物质的还原电位

其中臭氧具有最高的还原电位

臭氧在消毒灭菌的过程中

还原成氧和水

在环境中不留残留物

同时它能够将有害的物质分解成

无毒的副产物

有效地避免了二次污染

与一般的紫外线消毒相比

臭氧的灭菌能力要强的多

同时还能除臭

达到净化空气的目的

但是由于臭氧的强氧化性

过高的臭氧浓度对人体的健康

同样有着危害作用

这一点我们在前面已经有过介绍

因此在利用臭氧给房间空气杀菌消毒的时候

人员是不能在房间里逗留的

臭氧的产生方法有

一 光化学法

即紫外线使空气中的氧气分解聚合为臭氧

但效率比较低

二 电化学法

利用直流电源电解含氧电解质产生臭氧气体

此法产生的臭氧浓度高 成分纯

三 电晕放电法

利用交变高压电场

使得含氧气体产生电晕放电

电晕中的自由高能电子

能够使得氧气转变为臭氧

这种方法由于相对能耗较低

所以目前被广泛的应用

除了上述成熟的空气净化方法之外

近年来还发展起一些新的空气净化方法

有的已经获得了应用

而有的还有待进一步的研究提高

下面我们对其中一些空气净化新方法

作一简要介绍

首先介绍的是光催化净化空气的方法与原理

光催化反应的本质是在光电转换中

进行氧化还原反应

根据半导体的电子结构

当半导体 也就是光催化剂

吸收一个能量大于其带隙能的光子时

电子会从价带跃迁到导带上

而在价带上留下带正电的空穴

价带空穴具有强氧化性

而导带电子具有强还原性

它们可以直接与反应物作用

还可以与吸附在光催化剂上的

其它电子给体和受体反应

光催化发生的条件是

hν≥Eg, h是普朗克常数

ν是辐射光频率

较高频率的辐射易产生光催化反应

常见的光催化剂为TiO2

它的光催化活性高

化学性质稳定 氧化还原性强

抗光阴极腐蚀性强 难溶 无毒且成本低

是研究应用中采用最广泛的

单一化合物光催化剂

TiO2 是一种N型半导体

有很强的氧化性和还原性

在光化学反应中

以TiO2 作催化剂

在太阳光尤其是紫外线的照射下

使得TiO2固体表面生成空穴和电子

空穴使H2O氧化

电子使空气中的O2还原

在此过程中生成OH基团

OH基团的氧化能力很强

可以使得有机物VOCs被氧化 分解

最终分解为CO2 和 H2O

对TiO2

Eg＝3.2eV

因此 一般需要在紫外光照射下

光催化反应才能进行

光催化不仅能够降解VOCs

而且对空气中的微生物也有杀灭作用

我们可以看看这个光催化

降解VOCs及微生物的过程示意图

当紫外灯没有开的时候

微生物和VOC都顺利通过

而当紫外灯开始照射之后

微生物和VOCs

都在被照射的光催化材料表面被分解

下面这个是光催化降解甲醛的反应过程

TiO2被紫外线照射生成电子与空穴

甲醛被空穴氧化成甲酸

甲酸再被空穴氧化成CO2和氢离子

电子再把氢离子和氧气还原成水

尽管TiO2也需要紫外线进行光催化

但与紫外灯杀菌的光源要求有区别

紫外光谱可分为UVC、UVB和UVA波段

杀菌紫外灯波长一般在UVC波段

由于185nm以下的辐射会产生臭氧

所以紫外灯杀菌会有产生臭氧的风险

但光催化反应器中采用的光源

多为中压或低压汞灯

所产生的紫外线都在240nm以上

主要在UVB和UVA波段

所以没有产生臭氧的风险

但是目前发现光催化分解VOCs的过程中

有产生有害副产物的风险

例如分解二甲苯的过程中

有可能会产生副产物甲醛

另外还有光催化材料性能衰减比较快

净化效率不高等问题

因此 这种净化方法还有待深入研究

在推广应用当中还需要谨慎

下面介绍一下

低温等离子体净化原理和方法

脉冲电晕等离子体化学处理技术

是80年代发展起来的

一种空气污染控制新技术

原理是

利用高能电子轰击反应器中的气体分子

如NOx Sox O2和H2O等

经过激活 分解和电离等过程

产生氧化能力很强的自由基 原子氧和臭氧等

这些强氧化物质可迅速氧化掉NOx和SO2

在H2O分子作用下生成硝酸HNO3和硫酸H2SO4

另外 这些强氧化物质

还可以把VOC是分解成水和二氧化碳

同时对微生物也具有杀灭作用

这里给出了等离子体净化中多种过程的作用

包括紫外线光催化 带电粒子冲击和电场应力

以及其热效应的作用

除了主要的催化氧化作用外

低温等离子体还有两个作用

第一种作用是产生的大量电子和正负离子

会使空气中的颗粒物形成荷电粒子

对于悬浮在空气中直径小于100μm的

总悬浮颗粒物

和直径小于10μm的可吸入颗粒物

有集尘作用

能产生一定的净化效果

第二个作用是能产生大量的负离子

这些负离子释放到室内空气中

令空气中的有毒物质和灰尘等颗粒物

碰撞后带负电

吸引周围带正电的颗粒物

包括空气中的细菌 病毒和孢子等增大积聚

最后这些颗粒物

大到一定程度就会沉降到地面

从而降低了被人体吸入体内的危险

所以等离子体净化的优点是

广谱

可消除空气中的多种污染物

如VOCs 无机有害物以及微生物等

其次是无须再生

可连续工作 而且还节能

因为反应过程中所需要的能耗比较低

但是等离子空气净化方法

也会产生大量有害副产物

这一点阻碍了它在室内空气净化方面的

大规模应用

最后我们谈一谈利用植物净化空气

美国宇航局科学家威廉·沃维尔

测试了几十种不同的绿色植物

对几十种化学复合物的吸收能力

他发现他测试的各种植物

都能有效的降低室内污染物的浓度

例如 24小时照明条件下

芦荟吸收了1m3空气中90％的醛

90％的苯在常青藤中消失

龙舌兰可以吞食70％的苯

50％的甲醛和24％的三氯乙烯

吊兰能吞食96％的一氧化碳

86％的甲醛

威廉的大量实验证实

绿色植物吸入化学物质的能力

来自于盆栽土壤中的微生物

而不主要是叶子

与植物同时生长在土壤中的微生物

在经历了代代遗传后

其吸收化学物质的能力还会加强

有些植物

还可以作为室内空气污染物的指示物

例如紫花苜蓿在SO2浓度超过0.3 ppm时

接触一段时间

就会出现受害的症状

贴梗海棠在0.5ppm的臭氧中暴露半小时

就会有受害反应

香石竹 番茄

在浓度为0.05～0.1ppm的乙烯下几个小时

花萼就会发生异常现象

因此利用植物对某些环境污染物进行检测

是简单而灵敏的

好 最后我们来对各种空气净化方法

进行一个总结

我们可以看到

各种方法都只能对

某种或者某几种污染物产生作用

而没有一些市面上宣传的“包医百病”的灵丹妙药

另外 这些方法都有产生某些副产品的风险

因此在推广 使用 维护上需要谨慎

还需要注意的是

紫外线和臭氧杀菌都需要一定的时间

而且因为对于人体有害

所以需要避开人员

最关键的是

我们需要了解“病情”

对症下药