空气净化器的制作与测试之探究

周宇宸

摘 要：近年来，空气质量问题成为困扰人们的突出难题，空气中的细菌、尘埃、有害气体等对人体健康能形成直接危害，空气净化器具有净化空气的良好作用，但因其价格偏高常令很多人望而却步，文章从自制空气净化器角度展开论述，期望这项技术能得到完善和推广。

关键词：空气净化器；净化方法；制作测试

近年来，雾霾问题成为社会各界普遍关注的问题，在我国大部分地区，特别是工业发达城市，雾霾已然直接威胁到市民的身体健康。雾霾主要成因于工业文明所形成的气体污染及扬尘扩散，如汽车尾气、烧煤供暖、工厂排气、建筑工地扬尘等，其成分主要为二氧化硫、氮氧化物以及可吸入颗粒物。雾霾会在人们毫无防范的情况下侵入人体呼吸道及肺叶中，易于引发呼吸系统、心血管系统、血液系统和生殖系统疾病。作为工业化发达城市，南京也正遭受着雾霾天气的困扰，如2013年12月，南京市遭遇持续性雾霾天气，从雾霾橙色预警升级为红色预警，市教育局不得不下发通知，要求全市中小学幼儿园全面启动污染天气红色应急处置方案，实行停课。面对当前恶劣空气质量，家用空气净化器愈加为人们所欢迎，购买价格却令人咋舌，动辄数千元，甚至过万元，自制空气净化器既节约资金，又能获得高质量空气，假以时日，这项技术必能得到完善与推广，为人们生活带来良好便利的条件。

1 室内空气污染的种类及危害

因来源、性质不同，室内空气污染一般为气态污染物与颗粒污染物两种。关于空气中的气态污染物，除了人们熟悉的SO2、NH3、CO、CO2外，也有放射性气体氮及挥发性有机物，如甲苯、甲醛、丙酮、苯酚、氯化物等。医学研究表明，气态污染物对人体存在诸多不良影响，以甲醛为例，能对人体的眼粘膜、鼻粘膜、上呼吸道形成强烈刺激，可引发支气管炎、哮喘、过敏性哮喘等多种疾病，对人体神经系统、消化系统、肝脏及肾脏也有毒化作用，成为危害人体健康的极大隐患。关于空气中的颗粒污染物，主要分为固体颗粒污染物、微生物污染物两种，其中，固体颗粒污染物主要源于室外、燃料燃烧及香烟烟雾，如燃料燃烧产生的颗粒污染物通常有生物毒性，对人体有致癌作用。而微生物污染物主要为霉菌、真菌、细菌、病毒等，温暖潮湿与不洁净的场所易于存在，常附着于颗粒物上，伴随着空气的流动而流动，微生物污染物易于引发过敏或呼吸道感染、真菌感染等症状。

2 常见空气净化方法

总体而言，常见的空气净化方法有滤料过滤除尘法、化学处理法、物理化学法及现代技术法等，如化学处理法，依据有害污染物存在情况来选用匹配的化学制剂及化学处理方法，有干式化学处理和湿式化学处理两类方法，而物理化学法是将物理过滤法与化学处理法结合起来，进一步完善室内空气净化效果。伴随着现代技术的产生与发展，现代技术法应运而生，如纳米技术与稀土催化技术，就是应用较为广泛的空气净化技术，除了应用于室内装修材料领域外，也被广泛应用于室内空气净化器领域。现阶段，我国空气净化器多采用机械过滤器、药物消毒、紫外灯杀菌、臭氧消毒灯方法，但上述方法均存在不足之处，如药物消毒存在二次污染问题，紫外灯杀菌难以解决除尘问题，臭氧消毒只能用于无人环境，且对室内物品存在腐蚀危害。近年来，空气质量问题尤为突出，人们更为认识到空气质量的重要性，家庭空气净化器成为越来越多人的选择，如应用于住宅的空调系统、真空吸尘器、便携式空气净化器等。

3 空气净化器的制作及效果测试

用超细过滤网空气是否能净化空气呢？为探究上述假设是否可行，笔者制作了一个简单的空气净化器，通过实验检测其使用效果。

1.空气净化器的制作

在空气净化器制作方面，使用风机提供空气循环所需动力，使用具备防水阻燃功能的木塑发泡板制作外壳，选用超细过滤网作为过滤段，并将过滤网、风机固定于木塑板所制成的壳体内，最终形成一个简单的空气净化器。

2.自制空气净化器效果测试

为了研究自制空气净化器的空气净化效果，笔者采用煤炭不充分燃烧所释放的污染气体进行实验，这是因为，煤炭不充分燃烧会释放出固体颗粒污染物以及硫化物等污染气体，可模拟雾霾等空气污染物。实验过程中，煤炭不充分燃烧产生浓烈的黑烟，并带有刺激性异味，将空气净化器置于燃烧物附近并打开，在风机的作用下，污染气体迅速通过空气净化器，观察出风口排出的气體，颜色明显变稀，但刺激性气味并未减少。黑烟是由于燃烧不充分致使烟气中夹杂着未燃烧的细小颗粒物造成的，故由本试验结果认为，空气净化器具备了处理空气中颗粒污染物的效果，但并不彻底；刺激性气味并未减少，说明过滤网不能消除异味气体。

为改进空气净化器，笔者查阅相关资料，并参考市售空气净化器，得知活性炭能够吸附细颗粒物和污染气体，故购买活性炭并将其填入两侧表面带有细孔的箱体，然后将本滤料箱作为新的过滤段安装到空气净化器中，固定在风机与过滤网之间，与过滤网形成两段过滤，以提高处理能力。继续重复此前的煤炭燃烧实验，进气口空气颜色带有黑色，而出气口气体已无任何颜色，这表明在过滤网与活性炭双重作用下，空气中的细颗粒物已彻底脱出，出气口仍有淡淡的刺激性气味，这表明活性炭虽能吸附部分污染气体分子，但效果不够理想。笔者查阅活性炭性能资料了解到，活性炭只是能够吸附污染气体分子，却并不能使其消除，活性炭吸附气体的能力是有限的，达到饱和值时会发生脱附现象，即污染气体会从活性炭上脱除。为此，笔者请教了有关专家，得到结论是可通过酸碱中和反应解决上述难题，可使用碱性溶液或者酸性高锰酸钾溶液，也可使用一些强碱性固体，如氢氧化钾等。在化学教师的帮助下，制定了解决方案，综合考虑溶液重量、体积较大以及更换不易等诸多因素，制作表面负载氢氧化钾的活性炭来作为具备化学反应能力的化学滤料。具体做法是将活性炭浸渍于氢氧化钾溶液中一段时间，取出晾干，一部分氢氧化钾沉积于活性炭表面，活性炭负责吸附空气中的水分和污染气体，活性炭表面沉积的氢氧化钾与污染气体发生中和反应，使污染气体彻底消除。相关反应如下：

2KOH+SO2=H2O+K2SO3

将表面负载氢氧化钾的活性炭填入滤料箱，作为化学过滤段与过滤网形成新的净化系统，继续重复试验，发现黑烟和刺激性气味得到了彻底消除，证明以过滤网和化学过滤段为主要部件制成的空气净化器是可以起到净化空气的作用的。

4 结语

综上所述，自制家用空气净化器将成为未来空气净化的一种趋势，笔者实验研究中制作的简单空气净化器具有良好的空气净化效果，证明了本净化方案的可行性，且该空气净化器设备结构简单，成本较低，具有良好的推广和应用前景。但也应看到，该研究实验仅证明了实验的可行性，仍有两个方面需要加以优化：一是活性炭的选择和化学试剂的附载需要做进一步研究探索，以提高化学滤料的使用效果；二是受资金制约，样品较为简单，需要进一步优化设备外壳及结构，从而制作出适合家庭使用的空气净化器来。

参考文献

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