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吸附法在室内空气净化中的应用
作者:管理员    发布于:2017-01-14 09:03:28    文字:【】【】【

  吸附法在室内空气净化中的应用bookmark0郭鹏,葛晓陵,张元bookmark1(华东理工大学,上海对今后的研究重点和发展方向提出了几点建议。

  国内外大量研究表明,室内空气污染主要有3个方面:(1)室外被污染的空所通过对流交换直接进入室内;(2)人类自身新陈代谢和日常活动引起的污染;(3)建筑装修材料和室内设备带来的污染。可将其分为:可吸入固体颗粒物,包括粉尘、烟尘;有害无机小分子气体,有NH3二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、甲醛、苯酚等;有害有机大分子,包括人体散发的气味、烹调油烟、挥发性有机化合物等;细菌病毒等致病微生物。早吸附法应用于分离过程,主要是利用气体和液体分子有吸着于固体物质表面的趋势来分离混合物中的不同组分。如能将其应用于室内空气净化,将会产生理想的效果。

  1吸附法净化室内空气的机理bookmark2按作用力的性质可分为物理吸附和化学吸附。物理吸附的产生基于分子间的范德华力,它相当于流体相分子在表面上的凝聚,不需要活化能且速度快,一般是可逆的;化学吸附的实质是一种发生在固体颗粒表面的化学反应,固体颗粒表面与吸附质之间产生化学键的结合,它反应需要活化能且速度慢,一般是不可逆的。

  吸附热力学从热力学角度对吸附现象进行了研究。设在定压下进行吸附的自由能变化为AG焓变为AH,熵变为AS,则有下式:从吸附开始到吸附达到平衡状态,意味着系统的自由能减少,而表示系统杂乱程度的熵也减少。式(1)中AH常为负值。这说明吸附常常是一个放热过程。

  物理吸附时温度越低,吸附量越大。另一方面,在化学吸附中,吸附量与温度的关系,经常呈现极大值和极小值的关系。对气体来说,北川浩/2V推导出了等量微分吸附热qiso:qiso-等量微分吸附热;和微分吸附热qd:蒸气压;T-热力学温度一般来说,物理吸附的微分吸附热和被吸附物质的冷凝热大小相当;而化学吸附,则和化学反应热相当;与物理吸附热相比,化学吸附热是相当大的。这一理论不能解释微生物吸附。微生物吸附现象有以下几种:(1)细胞外富集积;(2)细胞表面吸附或络合;(3)细胞内富集。其中细胞表面的吸附和络合对死活微生物都存在,而胞外和胞内的大量富集则往往要求微生物具有活性。在一个吸附体系中,可能会存在上述一种或几种机制。生物吸附机理的理解对于开发新型吸附材料、发展溶液浓缩、离子分离和回收都有很重要的意义,有待进一步研究。

  2吸附法净化室内空气的优点bookmark3(1)应用范围广。不仅可以吸附空气中的多种污染成分,如固体颗粒、有害气体等,而且有些吸附剂(如Ti2,蛇纹石)本身具有抗菌、抑菌作用,可以消除空气中的致病微生物。应用场所不受限制,无论是在居室、厨房、厕所、办公室还是公共娱乐场所都适用。

  (2)应用方便。吸附剂可以选择多种载体,操作起来方便可靠。只要同空气相接触就可以发挥作用。在油漆、涂料和布料中加入吸附型添加剂就可加原有产品的功能。

  (3)价格便宜。普通吸附剂价格不高又不需要专门设备,不消耗能量,应用起来比较经济。

  面的应用。

  3存在的主要问题bookmark4 3.1吸附机理的理论研究不足各种吸附剂饱和吸附量不同,其估算模型也有区别,这方面的研究还不够深入。对近年来出现的仿生吸附,电气石极体吸附等新的吸附方式,旧的吸附理论也不能做出令人满意的解释。

  3.2单一吸附剂吸附效果差应用于分离过程的吸附剂大多具有专一性,对某种或某类组分具有很好的吸附效果,但室内空气成分复杂,所需除去的物质种类不同、浓度差别大,这就需要开发具有较大吸附范围的新型吸附剂。

  3吸附剂吸附能力补偿存在困难物理吸附存在吸附饱和问题,吸附剂使用一段时间后吸附剂吸附能力达到饱和,就失去了吸附功能。

  化学吸附时,随着吸附剂的消耗,吸附剂的吸附能力也会变弱。因此,吸附剂吸附能力的补偿也是吸附法应用于空气净化所应解决的关键问题之一。

  3.4二次污染问题吸附剂吸附空气中的有机物后,如不能及时清理,在适当的条件下就会成为细菌病毒滋生的理想场所,从而造成更严重的二次污染。

  4将来的研究重点和发展方向4.1理论研究和新型复合吸附剂的开发加强吸附理论研究,寻找新的吸附材料,以对室内空气主要污染源有强吸附能力的吸附剂为主体,适当加入对其它低浓度的有害气体有去除作用的吸附物质,制成对某一物质有良好吸附效果且吸附范围广的复合吸附剂。在此复合吸附剂中还可以加入一些具有保健功能的物质,进一步营造良好的室内环境。

  2解决吸附剂吸附能力的补偿问题吸附剂吸附能力的补偿方法常用的有更换和再生。这种方法补偿效果明显,但仅仅适用于吸附剂集中且易于同其它物质分离的情况。再生不需要更换吸附剂,只是对吸附剂或含有吸附剂的载体进行物理或化学处理(如洗涤、汽蒸),使其重新获得吸附能力。这种方法再生效果不稳定,操作起来也比较麻烦。理想的方法是吸附剂自身具有再生能力。有人以超细Ti2为主体,利用它具有的光催化能力,制成了用于病房、公共场所杀菌消毒的吸附剂,在光照情况下吸附自我再生能力很强。利用电气石的电极特性也可制成具有吸附自我再生能力的吸附剂。

  4.3解决二次污染的问题吸附剂在吸附过程中产生的有害物质和细菌病毒等致病微生物的积累,以及更换后的废弃吸附剂都会造成二次污染。室内空气流动不畅时更严重。解决这一问题,要从多方面综合考虑,采用合适的吸附剂,定期更换、处理吸附剂或吸附剂载体,对不方便处理的一定要采用具有自我再生能力的吸附剂。

  4.4新型产品的开发根据使用场所的不同可以开发出通用型(保健型)和专用型(防护型)吸附剂。通用型适用于家庭、办公室等人们长时间停留的场所,起到清洁空气,进健康的作用。专用型主要适用于特定场所,如在医院就应当使用具有强杀菌作用的吸附剂;在厨房放置对油烟有理想吸附效果的吸附剂;应用于厕所的吸附剂要有很好的除臭能力。对吸附剂载体的选择除了功能性之外还应当有美学方面的考虑。己经面市的吸附功能纤维、吸附功能涂料都有很好的卖点。如果能生产出一些观赏性更高的装饰用品用于盛放吸附剂,可能更易于被消费者所接受。

  如果能解决好这些问题,吸附法不仅可以成为解决室内空气污染的一种重要途径,还会在环境保护的其它领域发挥更大的作用。

  (收修改稿日期:2003-0908)

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