室内空气净化的离子技术

赵志喜

北京 100013

文摘

离子空气净化装置由离子发生器、无臭氧紫外线灯光催化孔板和吸附催化材料迎风网组成。其中无臭氧离子模块迎风电晕面100%接触气流中的细菌病毒和气态污染物，产生离子氧化因子，将有机物离解，将细菌的细胞膜击穿灭活。空气净化器净化氨、甲醛效果明显。

归纳各种净化方式，提出混合氧化因子模型。混合氧化因子由过氧氢离子团H⁺O₂^—、过氧化氢分子和极微弱臭氧组成，相互间存在关联。利用混合氧化因子可移动性质，将离子发生器与吸附材料分置，拓展各自选择的范围，优化性能。本离子空气净化器采用该方式已展现出优势。

提出开发大型无臭氧离子发生器建议和深入机理探讨的题目。

关键词

氧化因子，可移动性，无臭氧离子发生器。

Indoor Air Cleaning Application of Ion Oxidant Element

ZHAO Zhixi

（Beijing 100013）

Abstract

Ion air cleaning arrangement are composed of Ion generator, Non ozone UV lamp shining and Catalyst board with hole, and Adsorption material in layer against air flow. Among them, non ozone ion model is fixed with its’ face against air flow totally. It produces ion oxidant element to dissolve organic materials, and to kill bacteria. The air cleaner can eliminate Ammonia and Formaldehyde apparently.

To make conclusion to variety types of cleaning method, we propose a model of Mixed Oxidant Elements. It contains Ozone, Hydro-peroxide Ion Pair H⁺O₂^— and Hydrogen Peroxide H₂O_2, which relate each other. The ion generator and adsorption material can put in different place according to the mobility of the Mixed Oxidant Elements. And each part can choose its’ most favorite operating way respectively. The air cleaner mentioned makes use of the manner, and has showed the superior feature.

A suggestion to exploit big non ozone ion generator and some items for deep study is proposed.

Key Word

Oxidant element, Mobility, Non-ozone ion generator..

1. 离子空气净化装置

1. 离子空气净化装置由离子发生器、无臭氧紫外线灯光催化孔板和吸附催化材料迎风网组成。

2、无臭氧离子模块的主要特点

迎风电晕面100%接触气流中的细菌病毒和气态污染物，产生离子氧化因子。

离子模块表面电场作用：可将细菌的细胞膜击穿灭活。有机物被电场离解。

3、卫生间除氨试验比较

（1）离子片空气净化器

时间	16:55	17:00	17:07	17:17	17:25	O3
氨浓度mg/m3	34.8	21.2	17.0	14.1	12.5	16.2ppb

0.5h氨浓度下降到12.5/34.8=0.36。净化率64%。高效本质无臭氧，可连续运行。

（2）有臭氧紫外线灯的紫外线和臭氧装置

时间	17:37	17:42	17:47	17:52	17:57	18:02	18:07	O3
氨浓度mg/m3	34.2	28.0	25.7	25.1	23.8	20.0	19.30.	5900ppb

0.5h氨浓度下降到19.3/34.2=0.56。净化率44%。高臭氧。

4、除吸附态甲醛的比较

（1）迎风网放置500g活性炭。长时间放置在甲醛环境，使活性炭上吸附大量甲醛。在另一个25m³洁净空间，令活性炭在风机作用下释放甲醛。

时间	13:15	13:20	13:25	13:30	13:35	13:40
mg/m3	0.514	0.457	0.414	0.386	0.357	0.314
时间	13:45	13:50	13:55	14:00	14:05	14:10
mg/m3	0.300	0.286	0.271	0.243	0.229	0.214

环境浓度升高到0.514mg/m³后下降。1h浓度下降58%。

根据500g硅胶在甲醛浓度1mg/m³的穿透吸附容量约150mg，估计500g活性炭在甲醛浓度1mg/m³的穿透吸附容量约100mg。1h试验阶段活性炭吸附甲醛减少数量约30mg，环境甲醛减少数量忽略。

而1h单纯离子片模块甲醛消除量1.5mg。

（2）“粉末MnO₂与活性炭复合样本”甲醛降解和CO₂形成曲线

图示活性炭毡、粉末活性锰层和高效过滤器层复合的样本在试验箱的性能。CO₂浓度提高速度率随时间逐渐加速。1h甲醛降解率最高在4小时到5小时段，低于50%。

（3）“粉末MnO₂与活性炭复合样本”在吸附态甲醛基础上产生氧化因子，经历从0起步的过程，影响矿化速度，降解率有可能低于甲醛释放速度。

离子片模块将一定数量的氧化因子注入吸附材料，有优势。如果甲醛释放率提高，可增加离子片模块数量满足需要。

2. 净化机理

1、空气净化机理

氧化气态污染物最有力的氧化因子是羟基自由基。

臭氧在催化剂上可增强氧化能力。有人说，发现了羟基基团。

有臭氧紫外线灯外置光触媒孔板灯罩可在周围检测到离子和过氧化氢。

双离子管产生臭氧、氧自由基、羟基自由基和正、负离子。

烈日下有机挥发物形成光化学烟雾过程中的NO转化为NO₂的氧化因子是·H+O₂+M→·HO₂+M。

2、空气离子净化技术

归纳以上观点的共同点，以气态污染物矿化为H₂O和CO₂与杀菌为目标，提出一组有功能的氧化因子，要反映它们之间的关联。

（1）混合氧化因子由过氧氢离子团H⁺O₂^—、过氧化氢分子和极微弱臭氧组成。

三种氧化因子之间存在关联：

O₃+ OH^—→·HO₂+O₂^—。·HO₂内部电子转移成为过氧氢离子团H⁺O₂^—，整体不带电。

如果OH^—来自于水分子电离，则同时产生H⁺+O₂^—=H⁺O₂^—。

2 H⁺O₂^—→H₂O₂+ O₂。

（2）许多有机物包含C-O-C键，如酯、醚、酸酐等。过氧氢离子团对有机物C-O-C键有针对性破坏，实现矿化。正如油脂酸性水解和碱性水解才能破坏C-O-C键。因此过氧氢离子团H⁺O₂^—是关键氧化因子。

过氧化氢对破解C-C键，以羟基结合C原子加速矿化，可阻止C-C键向C-O-C键转化。

细菌氨基酸和核酸C-C键和C-O-C键破坏将导致细菌失活。

3、混合氧化因子可自由移动性质的应用

混合氧化因子的成分单独都可移动，而相互的关联、生成和转化关系增加了氧化因子的移动性。如过氧氢离子团移动自然带动过氧化氢移动。

以臭氧为主导的在吸附催化剂上实现吸附态污染消除和臭氧减量的方法在长时间连续运行中存在臭氧转化率急跌现象，氧化能力丧失将导致吸附材料饱和。根据氧化因子可自由移动性质，放在吸附材料前方的氧化因子发生装置可在极低臭氧的基础上追求氧化因子数量最大化，摆脱臭氧，直接向吸附材料输送氧化因子。

离子片模块在微臭氧状态下增加电场面积和追求尽可能高的过氧氢离子团产量。由吸附材料提供吸附态浓缩的气态污染物，二者协同实现了有人室内环境的空气净化和吸附材料自清洁。

3. 离子空气净化的用途与发展

无臭氧离子片模块用于小型室内杀菌和消除气态污染物，包括甲醛、VOCs和臭气。

利用混合氧化因子可自由移动性质开发强力无臭氧和极低臭氧的离子发生器，将可应对半导体光刻车间光刻胶挥发物，与除尘组合消除烟草和中药车间异味，及净化大型室内环境的空气。

4. 留待深入探讨的题目

“粉末MnO₂与活性炭复合样本”氧化因子自生原因和CO₂浓度平方率提高的原因。

过氧氢离子团破解C-O-C键的方式。

吸附态过氧化氢和过氧氢离子团克服微观电场约束增加氧化活性的原理和方法。

过氧化氢氧化原理。

光催化与离子氧化相互关系。

赵志喜  1944  退休高工  硕士 中国科学院研究生院首届学员 第一次全国科学大会获奖课题负责人