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    等离子空气消毒净化器的开发要点

    • 发布时间：2021-05-29
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      等离子被国际上称作“21世纪环境科学的关键技术”之一，是集光、电、氧化于一体的新型空气净化技术。等离子学科是涉及高能物理、放电物理、放电化学、反应工程学、高压脉冲技术等领域的一门交叉学科。进入上世纪80年代后, 将低温等离子体技术用于处理细菌病毒等微生物以及处理各类有害气体等方面成为国内外研究的热点之一。与其他消毒以及有害气体治理技术相比, 等离子体法具有效率高、能耗低、适用范围广等特点。

      目前市场上有标称采用等离子技术开发的空气消毒与空气净化产品，但是，这些产品是否符合等离子的特性要求?其指标、特性与其他技术比较，有什么优点?其可能产生的臭氧浓度是否具有权威部门出具的安全报告?很多自己命名的等离子产品可能不是等离子，或者说是不合格的等离子产品。

      我们这里提到的空气消毒与空气净化器主要是指用于室内的产品，即在有人环境可以在连续工作的场景适合使用的产品，主要包括医院、公共场所、幼儿园、学校、中央控制室、银行、口岸、法医检验、食品制造、医药制造、精密仪器等。室内应用与工业应用有比较大的差别，等离子在工业废气中脱硫、脱销、去除VOCs方面的应用已经有较长的历史，在室内应用是近几年开始发展起来的。

      等离子空气消毒与空气净化产品的开发的要点主要为。

      一、等离子的定义与室内空气消毒与空气净化使用的等离子产品的特征

      发生电离的气体统称为等离子体(或称为等离子态)。等离子体(Plasma)是一种由自由电子和带电离子为主要成分的物质形态，广泛存在于宇宙中，被视为是物质的第四态。按此定义叙述，通过空气电离产生的负离子、正负离子群(夏普提出的派力克)都属于等离子范畴。等离子种类很多，应用范围很广，我们这里叙述的室内空气消毒与空气净化的等离子产品与负离子、正负离子具有明显的不同之处。

      等离子空气消毒机与空气净化器的特征主要为：

      正离子与电子的数量大致相同，同时具有相当大的浓度，其密度大约为1014个~1018个m-3，即108个~1012个cm-3。负离子发生器产生的负离子浓度大约为106个~108个cm-3。

      二、等离子空气消毒机与空气净化器发生等离子的主要方法

      室内净化消毒使用的等离子大致有两种发生方法，一种是高压脉冲电晕放电(Corona Discharge)方法;另一种是介质阻挡放电(Dielectric Barrier Discharge，DBD)方法。

      采用高压电离的静电除尘器与用于室内空气净化的静电吸附消毒机，其电晕空间中都存在等离子区，但是这个等离子区很�。绻由虾芨叩牡缪梗掌突岜换鞔页粞趸峋缭觯幢闳绱耍涞壤胱忧匀缓苄�。高压脉冲电晕放电方法是在直流高压(2KV~6KV)基础上加上脉冲高压(20~25KV)，脉冲宽度为1μs，周期20ms的高压，就能产生激烈的高频率的电晕放电，空间气体就会迅速成为高浓度的等离子体，但是其等离子区仍然不能达到整个电场空间。

      现在我国市场销售的商业化的等离子消毒机大多数是高压电离的静电除尘器类型的，脉冲高压的比较少。这种电离模式是否符合本文所述的等离子要求，需要大家进行判别的。

      另一种是介质阻挡放电(Dielectric Barrier Discharge，DBD)方法。介质阻挡放电(DBD)是一种被绝缘介质阻挡层隔开的两个电极之间的高压放电，该绝缘介质阻挡层一般覆盖在电极上，也有悬挂于放电空间中，当在两电极处施加交流电压时，空间中气体产生电离。一般是在一个玻璃容器中充惰性气体以增高电离电压。介质阻挡放电可根据放电结构分为两类，即体积放电和表面放电。

      这两种介质阻挡放电方式的用于空气净化的产品目前都已经商业化。

      三、等离子空气净化消毒机与净化器的作用及其原理

      介质阻挡放电等离子体在产生过程中会产生大量的强氧化性自由基，O、OH(羟基自由基)、HO2(过氧化氢自由基)，有机物高分子包括细菌病毒细胞受到高能离子碰撞，其分子键断裂，形成碎片或降解成为小分子的基团，经过一系列的反应，最终可以氧化成为CO、CO2、H2O。等离子也被称为分子击断技术。

      等离子空气净化消毒机与净化器有很好的去除室内空气中的细菌病毒等微生物以及TVOC，包括甲醛、苯系物等污染物，有很好的除臭性能。

      四、等离子空气净化消毒机与净化器的优点与限制

      等离子空气净化消毒机与净化器与吸附、吸收以及紫外线照射、静电吸附等消毒因子比

      较，其主要优点为：

      1、没有耗材;

      2、杀死灭活细菌病毒，安全可靠;

      3、阻力小、能耗低;

      4、面速高、体积小;

      5、寿命长，CCM高。

      其限制使用的性能主要为：

      1、除颗粒物;

      2、臭氧发生量;

      3、一般在腔内完成消毒净化，不建议弥散在空间中。

      五、臭氧浓度限值

      所有的空气电离净化产品都受到释放臭氧浓度的限制，等离子产品也受到限制。

      有关空气消毒机与空气净化器臭氧释放浓度限制的有2个标准。

      一个是《家用和类似用途电器的抗菌、除菌、净化功能 空气净化器的特殊要求》GB 21551.3-2010。该标准规定的产品出风口5cm处臭氧浓度的增加量不能超过0.1mg/m3。

      另一个是《家用和类似用途电器的安全 空气净化器的特殊要求》GB 4706.45。该标准第32条辐射、毒性和类似危险增加规定：电离装置产生的臭氧浓度不应超过规定的要求。通过下述试验，确定是否合格：在一个密闭的房间内进行试验，房间的尺寸为2.5m×3.5m×3.0m。房间保持温度约25℃、相对湿度50%，空气净化器以额定电压通电24小时，如果拆除过滤器为较不利状态，则应该拆除过滤器。

      臭氧取样管设置在距空气净化器出口50mm处的位置，试验开始时先测量本底的臭氧浓度，然后将试验在测得得最大浓度减去本底臭氧浓度。

      臭氧浓度百分比应不超过5×10-6，即0.05PPM，合0.1mg/m3。

      如果安装说明书规定空气净化器安装的房间体积超过30m3，则测试房间应相应增加。

      现在市场是商业化的离子类空气净化器大多采用第一种方法检验臭氧发生量，实际上第二个标准才是空气净化器对于臭氧浓度强制性的安全的标准。

      第二个标准关于臭氧浓度释放量的检验方法来源于美国，美国认为需要严格控制电离类空气净化器的臭氧释放量，他们认为这个标准很难达到，以致于权威人士认为电离类空气净化器不应该成为主流技术。

      我估计，第二个有关臭氧的安全标准在业内鲜为人知，哪位先前已经关注了请告诉我，哪位开发的或你使用的电离类空气消毒机或空气净化器有第三方按第二个标准检验的也请告诉我，好吗?

      六、新开发的等离子空气净化消毒机与空气净化器的性能指标

      计划采用综合技术开发一款新的等离子空气净化消毒机与空气净化器，其综合性能指标要优于目前市场上所有的商业化的同类产品。

      对于等离子空气消毒机，其消毒性能应该包括以下方面：

      1、在20立方米或30立方米气雾室测试，人工发生高浓度白葡萄球菌，要求开启空气消毒机运行60分钟，细菌去除率大于99.99%。

      2、在说明书规定的使用空间，比如150立方米测试，对于自然状态的空气中的自然菌，要求开启空气消毒机运行60分钟，细菌去除率大于95%。(该指标很多产品测试方法有悖消毒技术规范，正确的测试方法应当在说明书上规定的使用空间进行测试，而不一定是30立方米)

      3、本产品提出要求对机内可能设置的过滤材料表面进行测试，致病菌应该未检出。(发起制定团体标准)

      4、本产品提出要求对使用环境的净化半径内的物体表面进行检测，表面细菌总数应该小于5cfu/cm2，符合医院消毒卫生标准的要求，致病菌应该未检出。(发起制定团体标准)

      5、臭氧浓度应该按《家用和类似用途电器的安全 空气净化器的特殊要求》GB 4706.45。该标准第32条测试合格。

      6、具有高效去除TVOC、甲醛与异味的功能，优于同类产品，(发起制定团体标准)

      对于等离子空气净化器，其净化性能应该包括以下方面(所有的空气净化器产品都应该有三高一低的第三方测试报告，净化效率百分数的测试方法已经成为过去)：

      1、颗粒物与甲醛CADR大于800m3/h;

      2、TVOC的CADR大于800m3/h;

      3、CCM达到高效级;

      4、净化能效大于15m3/(h.W);

      5、噪声(声功率)小于60dB(A);

      6、臭气浓度小于10(国家自然保护区空气质量)(发起制定团体标准)

      7、臭氧浓度应该按《家用和类似用途电器的安全 空气净化器的特殊要求》GB 4706.45。标准第32条测试合格。

      8、除菌性能达到医院消毒机的性能要求。

      目前，空气净化行业产品呈现出同质化严重的状态，该行业产品在去除气态污染物、除臭、空气杀菌消毒、表面病毒灭活、耗材、噪声、能耗、净化半径等多方面出现瓶颈现象，我们经过研究认为等离子技术的引入，有突破技术瓶颈的作用，我们希望采用先进等离子技术的空气消毒与空气净化产品能够为空气净化行业与市场带来新的气象。

    文章来源：吴教授工作室

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