活性炭纖維空氣凈化窗

鐘長(zhǎng)弟 朱洪潤(rùn)

【摘要】隨著人們生活水平的提高，室內(nèi)污染問題越發(fā)嚴(yán)峻，而活性炭纖維是一種優(yōu)良的吸附材料，針對(duì)目前室內(nèi)空氣污染的嚴(yán)峻形勢(shì)和室內(nèi)空氣污染的凈化技術(shù)，創(chuàng)新性地將活性炭纖維與空氣凈化窗相結(jié)合，在保證通透性能的同時(shí)又處理了空氣污染。本文充分分析活性炭纖維作為吸附劑的性能和用途特點(diǎn)，重點(diǎn)分析其可作為室內(nèi)空氣污染處理有效方法的可行性。

【關(guān)鍵詞】活性炭纖維；窗；吸附；室內(nèi)空氣凈化

近些年來，隨著人們生活品質(zhì)的提高，室內(nèi)被大量新型裝飾涂料、家具和日常生活用品不斷充斥，由此造成日益嚴(yán)重的室內(nèi)環(huán)境污染。而室內(nèi)的空氣質(zhì)量會(huì)嚴(yán)重影響人體健康，同時(shí)室內(nèi)空氣質(zhì)量問題日益受到大眾的重視，許多科研人員均投身到凈化空氣的研究中來。因此，大量室內(nèi)空氣凈化產(chǎn)品及相關(guān)技術(shù)也不斷涌現(xiàn)。

一、室內(nèi)空氣凈化方法

1、過濾法

過濾法即為采用物理分離技術(shù)，將空氣中的懸浮顆粒從空氣中分離。然而，該技術(shù)無法處理細(xì)菌和有毒有害氣體等污染物，且過濾凈化器通常會(huì)由于濾料經(jīng)常填充飽和而失去過濾能力，因而該技術(shù)的應(yīng)用會(huì)受到較大限制。

2、吸附法

吸附法則是利用具有吸附能力的物質(zhì)（通常為多孔介質(zhì)）吸附污染物來實(shí)現(xiàn)凈化空氣的目的。主要包括物理吸附和化學(xué)吸附，可應(yīng)用于吸附所有害有惡臭氣體，并且能實(shí)現(xiàn)高脫除率，是凈化空氣的常用方法。主要的吸附材料包括活性炭、分子篩、硅膠和活性氧化鋁等，而用作吸附材料的物質(zhì)主要為活性炭，該介質(zhì)具有大的比表面積、快的吸脫速度和大吸附容量等優(yōu)點(diǎn)。

3、低溫等離子凈化法

在常溫常壓下，非平衡等離子體是利用高壓放電來獲得，較多的高能電子都會(huì)在活性粒子轟擊過程中，會(huì)產(chǎn)生O和OH等的技術(shù)為低溫等離子凈化法，經(jīng)過一系列反應(yīng)使有機(jī)物分子最終分解為CO2、H2O的技術(shù)。等離子體凈化法可凈化的納米級(jí)的污染物粒，遠(yuǎn)高于比傳統(tǒng)方法降低了數(shù)個(gè)數(shù)量級(jí)，具有很好的發(fā)展前景。

4、催化凈化法

在催化劑的作用下，將有害氣體氧化分解成無害物質(zhì)的一類方法，總稱催化凈化法。以TiO2光催化劑為例，其凈化原理是TiO2在受到紫外線照射后，其內(nèi)部電子（即空穴對(duì)）受激發(fā)，產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化能力的活性基團(tuán)氫氧（羥）基，在綜合作用下可降解絕大部分附著在表面的污染有機(jī)物。催化凈化法通?？煞譃閭鹘y(tǒng)催化法、納米材料光催化法及等離子體催化法等，室內(nèi)空氣污染物的濃度較低，因而對(duì)于傳統(tǒng)催化法而言，具有較高的運(yùn)行費(fèi)用。

5、臭氧消毒法

臭氧作為消毒劑具有很強(qiáng)的殺滅效果。臭氧殺滅微生物作用機(jī)制是通過破壞腸道病毒的多肽鏈，使RNA受到傷，它可與氨基酸殘基（色氨酸、蛋氨酸和半胱氨酸）發(fā)生反應(yīng)卻可直接破壞蛋白質(zhì)，噬菌體中的RNA被釋放出來后采用臭氧進(jìn)行殺滅，通過電鏡觀察可發(fā)現(xiàn)噬菌體被撕裂成小的碎片。有研究表明，紫外吸收發(fā)生改變嘌呤和嘧啶經(jīng)臭氧作用后，細(xì)菌細(xì)胞壁脂類則可與臭氧雙鍵反應(yīng)，進(jìn)入菌體內(nèi)部，作用于脂蛋白和脂多糖，改變細(xì)胞的通透性，進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞溶解、死亡，破壞或分解細(xì)菌的細(xì)胞壁，迅速擴(kuò)散入細(xì)胞內(nèi)，氧化破壞細(xì)胞內(nèi)的酶，使之失去生存能力。臭味及其它氣味的物質(zhì)經(jīng)過臭氧的強(qiáng)氧化性，可快速分解產(chǎn)生各種小分子有機(jī)物，如胺、甲硫醇硫化氫等。

6、其他凈化技術(shù)

除了以上的空氣凈化技術(shù)以外，還包括以煙霧消毒和過氧乙酸消毒的凈化方法。

二、活性炭纖維

上世紀(jì)70年代初發(fā)展起來的具有新型吸附功能的材料活性炭纖維，主要以木質(zhì)素、酚醛纖維、聚丙烯纖維、瀝青纖維等為原料，分別經(jīng)炭化和活化而加工制得。相比粒狀、粉狀的活性炭，活性炭纖維具有特有的微孔結(jié)構(gòu)，更高的外表面積和比表面積和多種官能團(tuán)，平均孔直徑也更小，通過系列吸附手段的成功運(yùn)用，使其在各領(lǐng)域均得到了廣泛應(yīng)用。

1、活性炭纖維的性能

（1）吸附容量大

活性炭纖維具有大的比表面積和豐富的微孔結(jié)構(gòu)，增大比表面積其吸附容量一般也增大。對(duì)無機(jī)氣體、溶液中化合物和金屬離子等均有很好的吸附能力。

（2）吸附脫附速度快。

孔徑分布集中的微孔是活性炭纖維是吸附脫附快的關(guān)鍵，吸附過程中吸附質(zhì)無須像在活性炭一樣經(jīng)長(zhǎng)距離孔過濾，因?yàn)樾〉牧?nèi)擴(kuò)散阻力，所以吸附速度快，對(duì)氣體的吸附一般能在幾分鐘內(nèi)達(dá)到平衡。

（3）對(duì)低濃度物質(zhì)的吸附能力強(qiáng)。

在表面吸附中，孔徑越小，吸附力場(chǎng)越大?；钚蕴坷w維對(duì)低濃度物質(zhì)的吸附能力強(qiáng)，而顆?；钚蕴客ǔＴ诘蜐舛葧r(shí)吸附能力大幅地降低。

（4）吸附的選擇性

選擇吸附可按照分子的大小和形狀進(jìn)行設(shè)置，均依賴其特殊的微孔結(jié)構(gòu)，從而具有分子篩的活性炭纖維的氧化還原性能在其吸附金屬離子時(shí)表現(xiàn)最為明顯。活性炭纖維的氧化還原特性是由系列電位不同的表面活性基團(tuán)引起的，活性炭纖維可同時(shí)作為還原劑和氧化劑，這由所用體系的電位高低來決定，活性炭纖維氧化還原容量隨參與反應(yīng)的基團(tuán)種類和濃度不同而變化。

2、活性炭纖維的應(yīng)用

（1）用于水凈化及處理

活性炭纖維有特殊的凈水功能。例如，對(duì)澄清混濁的水質(zhì)有明顯作用，可除去殘留在水中的臭味；尤其對(duì)水中含高鐵和高錳無機(jī)物的去除效果明顯；其中對(duì)氰、氯、氟和酚等化合物去除率可達(dá)90%以上，對(duì)細(xì)菌有非常好的過濾效果，如大腸桿菌去除率達(dá)98%。在有機(jī)化工廢水處理方面，中山大學(xué)已經(jīng)研制生產(chǎn)的活性炭纖維用于處理含酚工業(yè)廢水、PCBs廢水處理、制藥廠高濃度廢水處理；煉油廠環(huán)烷酸綜合廢水處理、印染廢水處理、造紙黒液廢水處理和染料生產(chǎn)廢水處理等。

（2）用于溶劑回收

活性炭纖維的脫附速度快且吸附容量大，可用于回收活性溶劑，這是因?yàn)樵摷夹g(shù)具有吸、脫附速度快，耗時(shí)短，在吸附過程中幾乎沒有分解或聚合的現(xiàn)象產(chǎn)生。

（3）用于氧化還原劑

活性炭纖維的重要特征之一便是氧化還原功能?；钚蕴坷w維對(duì)煙堿的吸附率也很高，苯駢芘有特殊的吸附能力，所以完全可以利用活性炭纖維來凈化空氣?；谝陨匣钚蕴坷w維的突出優(yōu)點(diǎn)，將活性炭纖維技術(shù)用于室內(nèi)空氣凈化，并與窗相結(jié)合，在能保證室內(nèi)外的空氣流通的同時(shí)，有效降解了空氣中的有機(jī)污染物，是具有顯著優(yōu)勢(shì)的室內(nèi)空氣技術(shù)凈化技術(shù)。

三、結(jié)論

基于對(duì)各種室內(nèi)空氣凈化技術(shù)的對(duì)比分析，活性炭纖維作為優(yōu)良的吸附材料，具有優(yōu)異的性能和廣泛的用途。通過對(duì)目前室內(nèi)空氣污染的嚴(yán)峻形勢(shì)深入分析，將活性炭纖維與空氣凈化窗相結(jié)合，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了通透性能和空氣凈化效果，因此，室內(nèi)空氣污染處理的技術(shù)具有廣闊的發(fā)展前景和未來。

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