各種空氣過濾器效果的對(duì)比

隨著現(xiàn)代生活方式的改變，城市人們?cè)谑覂?nèi)停留的平均時(shí)間已經(jīng)占全天時(shí)間比例的９０％左右，室內(nèi)空氣品質(zhì)日益受到重視。為了清除室內(nèi)空氣中對(duì)人體有害物質(zhì)，通風(fēng)是一種非常有效的方法.但是，室外大氣污染日益嚴(yán)重，有時(shí)甚至比室內(nèi)空氣更加不衛(wèi)生，另外，室內(nèi)外空氣交換需要大量的能源消耗，因此，用適當(dāng)?shù)那鍧嵖諝庵脫Q室內(nèi)的污染空氣才是更加合理的途徑。目前普遍使用的空氣過濾器只是過濾灰塵，大多不具備清除有害氣體和細(xì)菌的功能，成功分離低濃度的氣態(tài)污染物和細(xì)菌對(duì)改善室內(nèi)空氣品質(zhì)至為重要?；钚蕴祭w維對(duì)室內(nèi)氣態(tài)污染物具有很好的吸附性能，將活性碳纖維過濾器應(yīng)用于民用建筑空調(diào)系統(tǒng)中，在新風(fēng)量不變的條件下，能使室內(nèi)空氣得到更全面的凈化。本文采用分光光度法測(cè)定，對(duì)平板式、折疊式、旁通式三種結(jié)構(gòu)的過濾器分別對(duì)甲醛、氨氣的吸附性能進(jìn)行了比較研究。

１活性炭纖維的比表面積和孔徑分布與粒狀活性炭相比，活性炭纖維在吸附性能方面更具備優(yōu)點(diǎn)：吸附量大。ＡＣＦ對(duì)有機(jī)蒸汽有較大的吸附量，對(duì)一些惡臭物質(zhì)，如正丁基硫醇等吸附量比ＧＡＣ大幾倍到幾十倍，對(duì)無機(jī)氣體，如ＮＯ２、ＳＯ２、Ｈ２Ｓ、ＮＨ３、ＣＯ、ＣＯ２、ＨＦ、Ｆ２等有很好的吸附能力。而且，對(duì)微生物、細(xì)菌也有優(yōu)良的吸附能力.2.對(duì)低濃度吸附質(zhì)的吸附能力特別強(qiáng)。即使對(duì)ｐｐｍ數(shù)量級(jí)吸附質(zhì)仍具備很高的吸附量，而ＧＡＣ等吸附材料往往在低濃度時(shí)吸附能力大大降低。3.吸附速度快。對(duì)氣體的吸附一般能在數(shù)十秒或數(shù)分鐘內(nèi)達(dá)到吸附平衡，如ＡＣＦ對(duì)碘的吸附量只需幾十秒便達(dá)到平衡，而ＧＡＣ則需要１０４￣１０５ｓ，二者相差２￣３個(gè)數(shù)量級(jí)。

吸附劑的孔徑分布與孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)吸附性能有著重要影響，決定了比表面積大小、吸附容量以及吸附質(zhì)組分的選擇分離性能。求吸附質(zhì)比表面積的方法有多種，如ＢＥＴ法、一點(diǎn)法、點(diǎn)法等，本文采用ＢＡＳＩＣ語言編Ｂ寫了ＡＣＦ的比表面積和孔徑分布計(jì)算程序，運(yùn)用ＢＥＴ法求比表面積ＳＡ，采用圓孔等效模型求纖維的孔徑分布［５］。

在這里，某種ＡＣＦ樣品質(zhì)量為０．９８ｇ，實(shí)驗(yàn)溫度為７７．３５Ｋ，方法是在裝有樣品的真空容器中，充入氮?dú)?，并不斷測(cè)量容器中的氮?dú)鈮毫停粒茫茦悠返馁|(zhì)量變化，吸附過程與解吸過程的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖１所示，孔徑分布計(jì)算結(jié)果如圖２所示，比表面積的計(jì)算結(jié)果為：ＳＡ＝１２２４．８０６ｍ２／ｇ，單分子飽和吸附量Ｖｍ＝２７５．３００４ｃｍ３／ｇ。

上述數(shù)據(jù)表明，實(shí)驗(yàn)用ＡＣＦ微孔（ｒ＜１０Ａ）豐富，中孔（１０Ａ＜ｒ＜２５０Ａ）、大孔（ｒ＞２５０Ａ）極少，微孔分布呈單分散形，在ｒ＝７Ａ?xí)r孔體積**大，能達(dá)到０．２２６１ｍｌ／（ｇ·Ａ）。另外，解吸曲線與吸附曲線非常貼近，說明孔的形狀也極其規(guī)則。這些特點(diǎn)對(duì)ＡＣＦ吸附祛除低濃度、小分子氣態(tài)污染物非常有利。

２ＡＣＦ過濾器的實(shí)驗(yàn)研究

２．１ＡＣＦ過濾器的樣品制作

選用的ＡＣＦ材料的基本技術(shù)參數(shù)如表１所示，從上述靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)來看，其吸附性能良好。

在設(shè)計(jì)過濾器時(shí)，應(yīng)盡量增大吸附接觸面積，這有利于提高吸附性能和降低阻力。為了對(duì)不同結(jié)構(gòu)的ＡＣＦ過濾器進(jìn)行綜合比較，制作了三

種結(jié)構(gòu)形式的過濾器，即：平板式、旁通式、折疊式，其主要結(jié)構(gòu)參數(shù)如表２所示。

２．2ＡＣＦ過濾器的實(shí)驗(yàn)研究

ＡＣＦ過濾器吸附性能測(cè)試參照文獻(xiàn)［６￣８］所述方法進(jìn)行，因?yàn)闇y(cè)試方法和程序比較成熟，過程敘述比較繁復(fù)，具體的實(shí)驗(yàn)過程這里不再贅述。

測(cè)試氣體選用氨氣和甲醛蒸氣，氨氣有強(qiáng)刺激性氣味，以此檢驗(yàn)過濾器驅(qū)除異味的能力；而甲醛本身就是室內(nèi)ＶＯＣｓ的典型代表；另外，這兩種氣體的發(fā)生相對(duì)來說比較容易，測(cè)試方法也比較成熟。ＡＣＦ過濾器的吸附效率受多種因素的影響，如溫度、相對(duì)濕度、氣流速度、污染物濃度等。此次測(cè)試主要確認(rèn)氣態(tài)污染物的濃度、氣流速度對(duì)吸附過程的影響情況，同時(shí)也獲得三種過濾器的吸附效率、阻力特性比較。

三種過濾器對(duì)甲醛蒸氣的吸附效率比較如圖３所示，測(cè)試過程中，風(fēng)量控制在（１５０±５．０）ｍ３／ｈ范圍內(nèi)波動(dòng)，甲醛蒸氣初始濃度控制在（２５±３）ｐｐｍ范圍內(nèi)。

可見，初始效率**高的是折疊式過濾器（６９．３％），是平板式過濾器（５６．２％），**低的是旁通式過濾器（２９％），從初始效率來看，三種過濾器對(duì)甲醛的吸附效率都不是很高。折疊式過濾器的吸附效率下降得比

另外兩種過濾器都要快得多，原因是它裝填的活性炭材料相對(duì)其它兩種過濾器要少，分別為平板式的５９％，旁通式的４２％。

三種過濾器對(duì)氨氣的吸附效率比較如圖４所示，測(cè)試過程中，風(fēng)量控制在（１５０±５．４）ｍ３／ｈ范圍內(nèi)波動(dòng)，氨氣初始濃度控制在（２５±２．６）ｐｐｍ范圍內(nèi)。

可見，初始效率**高的仍然是折疊式過濾器８９．２％），是平板式過濾器（８２．４％），**低的是旁通式過濾器（３６．９％），從初始效率來看，三種過濾器對(duì)氨的吸附效率比較對(duì)甲醛的吸附效率高，說明ＡＣＦ過濾器的吸附性能具有一定的選擇性。

對(duì)三種過濾器在不同迎面風(fēng)速下的阻力進(jìn)行了測(cè)試，并用指數(shù)方程進(jìn)行擬合，擬合曲線如圖５所示?？蓪ｎ}研討

旁通式阻力**小，折疊式阻力**大，平板式次之。

采用濾膜稱重法對(duì)三種過濾器的除塵效率進(jìn)行測(cè)試如表３）。模擬塵使用滑石粉，采樣流量為１０Ｌ／ｍｉｎ，采樣時(shí)間為５ｍｉｎ?？梢姡N過濾器的除塵效率相差不大，旁通式平均效率略低。

圖６是不同風(fēng)量條件下，平板式過濾器對(duì)氨的吸附效率比較，初始濃度為（２５±２．２）ｐｐｍ，圖７是不同濃度條件下，平板式過濾器對(duì)氨的吸附效率比較，風(fēng)量為１５３±４．９）ｍ３／ｈ。圖６表明，氣流速度增加，ＮＨ３與吸附材料的接觸時(shí)間減少，吸附效率下降；圖７表明，*污染物濃度增加時(shí)，吸附效率也下降，但濃度的影響相對(duì)沒有風(fēng)量的影響顯著。因此，ＡＣＦ過濾器的吸附效率并不是一個(gè)固定值，對(duì)某一個(gè)過濾器指出其對(duì)某種氣體的吸附效率時(shí)，應(yīng)該同時(shí)指出其測(cè)定條件。

所以三種活性炭纖維過濾器的吸附效率、阻力、和濾塵效率實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為過濾器的設(shè)計(jì)和選用提供了參考數(shù)據(jù)。從綜合角度考慮，平板式過濾器相對(duì)較為理想，其各項(xiàng)性能參數(shù)都比較高；但平板式過濾器加工工藝簡單，有利于批量生產(chǎn)和降低成本。折疊式效率較高，但阻力相對(duì)偏大，而旁通式則效率偏低，因此，要直接應(yīng)用于舒適性空調(diào)尚需改進(jìn)。

由于室內(nèi)氣態(tài)污染物種類繁多，當(dāng)用ＡＣＦ過濾器凈化室內(nèi)空氣時(shí)，存在多種氣態(tài)污染物競爭吸附行為，對(duì)此進(jìn)行進(jìn)一步的分析和研究是很有意義的。