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    始于科学基金 服务科技奥运 非热放电空气净化技术走向应用

    日期 2007-12-10   来源:科学时报   作者:张双虎  【 】   【打印】   【关闭

      “一些同类空气净化装置难以大面积使用,我们这种空气净化器的技术特点是不怕大,使用面积越大越能体现优势,降低成本。这种空气净化器可广泛应用于工厂车间、医院病房、办公大楼、运动场馆等大型建筑。我们可以把这种空气净化装置加装进大楼的中央空调系统,向整个大楼提供洁净的空气。我们曾在二炮工程学院和几家化工企业试用,效果很好。如果奥运场馆的中央空调系统放进这样的装置,效果肯定不错。”大连海事大学教授朱益民对《科学时报》记者说。

      2002年,在国家自然科学基金项目“非热等离子体和光催化协同净化室内空气及机理研究”的支持下,朱益民开始从直流光放电、多重微放电、针阵列放电、电极电晕放电等多种非热等离子体入手,利用发射光谱等技术对放电特性诊断进行研究。他还考察微观特性与宏观参数之间的关系,从中筛选出合适的放电方式,研制成放电稳定、高效的电晕放电装置。实验证明,这种放电装置加工简单、臭氧产生量微乎其微,在空气净化应用中安全可靠。

      在非热等离子体、微弧氧化制备、固化TiO2光催化剂技术和非热放电和光催化耦合(non-thermal plasma and photo catalysis coupling 简称PPC)3项应用基础理论研究的基础上,朱益民又对有害气体的净化效应进行了探索,分析了室内空气中有毒有害污染物的种类和特点,为研制室内空气净化装置的整机技术作好了准备。

      这种空气净化器的技术原理为:污染空气通过通风系统进入净化器反应器,在反应器中,高压强电场、快速电子、非热放电产生的自由基、非热放电伴随产生的紫外光等因素协同作用于流经反应器的污染空气,捕集污染空气中的悬浮颗粒物、降低有害化学气体、杀灭致病细菌和真菌,并通过室内空气的循环处理,达到洁净的目的。

      “我们研制的空气净化器主要有三大功能:一是滤除室内空气中的细微颗粒物,二是杀灭室内空气中的细菌,三是降低室内有害气体。”朱益民介绍说,根据实验结果和静电除尘理论,较高的电场强度增加了高能电子数量,从而促进微粒有效荷电,同时提高荷电粒子的驱进速度。他们设计了较窄的放电通道间隙,大大缩短了微粒的捕集时间,从而有效减小了放电通道长度。同时,采用直流高压供电,使放电区电场稳定,利于荷电微粒捕集。这也是该产品捕集效率高的原因。

      在经过对副流感病毒(PIV)液膜或气溶胶进行针阵列对板电晕放电处理后,研究人员收集了处理前后的病毒液,进行血凝效价和血红蛋白值(OD值)分析,确证非热放电产生的高能电子、紫外光及自由基对空气中携带的PIV病毒具有高效灭活作用。针阵列对板电晕放电的电场能够高效捕获空气中的PIV病毒载体,从而在放电场中灭活PIV病毒。同时,他们通过实验确认,非热放电和光催化耦合方式(PPC)在净化效果和降低有害副产物方面显著优于传统方式,可有效脱除的污染物包括NOx、 HCHO、 NH3、 (CH3)3CSH、 (CH3)3N、CH3CH2OH等。

      PPC方式具有协同净化效应的原因在于:在高压强电场、电子、离子和紫外的共同作用下,同时发生等离子体化学反应和光催化反应。朱益民说,经检验,应用该产品可使总悬浮颗粒物在30分钟内达到国标GB/T18883-2002要求(≤0.15 mg/m3)。在轻度污染条件下,颗粒物浓度下降一个数量级。在室内自然菌严重污染的条件下,非热放电净化器处理30分钟后细菌消亡率接近90%,达到国标GB/T18883-2002要求(≤2500 cfu/m3)。处理60分钟后细菌消亡率达97%,达到卫生部标准Ⅲ类区域的洁净度要求(≤500 cfu/m3)。这种空气净化器对多种有害气态污染物具有显著的去除效果,包括甲醛、NH3、NOx、SO2等。

      “现在市场上同类产品很多,也各有特点,这种净化装置在空气净化效率方面的综合指标有一定优势。”朱益民说,“非热放电发生技术具有简单、高效、稳定和可靠的特点。这种技术同时一体捕集悬浮颗粒物、杀灭致病细菌和真菌、降低有害化学成分。尤其是前两项功能效果非常好。在降低室内有害气体方面,因为室内空气中可能有多种有害气体,我们的净化器不一定能完全消除,但能降低有害气体浓度,减轻污染程度。”

      朱益民在进行应用基础研究的同时,还成功实现空气净化技术的产品化。日前,该技术已由浙江一家企业生产,其产品出口美国。他还将核心技术成功应用于燃油锅炉排放的尾气治理和制药车间恶臭与刺激性气体的去除。

      朱益民说,该产品还具有臭氧发生量小、风阻低、耗能小、噪声小而且造价低廉的优点。其放电噪声不大于50分贝,通常净化二三十平方米的面积只需要几百元钱,这一价格普通家庭可以接受,如果能同中央空调结合起来,净化效果会更好。