现代人平均有80%~90%以上的时间在室内度过，室内空气质量直接影响人们的健康。

研究表明，室内空气的污染程度要比室外空气严重2~5倍，在特殊情况下可达到100倍。室内空气污染物可大致分为两大类：一类是悬浮固体污染物，包括可吸入颗粒、灰土、总悬浮颗粒物、花粉、微生物、烟雾等；另一类则是气态污染物包括挥发性有机物（甲醛、苯、甲苯、烃类化合物等）、臭氧（O₃）、氨气（NH₃）、氡气（Rn）、氮氧化物（NO_x）、二氧化硫（SO₂）和一氧化碳（CO）等。

室内空气污染多由于室内引入可释放有害物质的污染源或室内环境通风不佳，使室内空气中有害物质在数量和种类上不断增加而引起。GB 50325-2010《民用建筑工程室内环境污染控制规范》根据现阶段国内室内污染的特点，将室内环境污染定义为：室内空气中混入有害人体健康的甲醛、苯、氨、氡、挥发性有机物等气体的现象。其中民用建筑工程主要包括住宅、医院、老年建筑、幼儿园、学校教室、办公楼、商店、旅馆、文化娱乐场所、图书馆、展览馆、体育馆、公共交通等候室、餐厅、理发店等与人类生活息息相关、人们最经常活动的室内场所。

室内空间所使用的无机非金属材料、人造木板及饰面人造木板、涂料、胶粘剂、水性处理剂及其它建筑和装饰材料，长时间内释放甲醛、苯系物、NH₃、氡（Rn）、有机挥发物（VOCs）等有毒有害物质，悄悄的威胁着人类的健康（图1-1）。

常用室内空气污染治理技术

近年来由于雾霾事件频发，越来越多的民众、企业对空气污染及治理表现出了很高的关注，室内空气污染净化技术亦得到了较大的发展。室内污染治理技术按原理可分为物理治理、化学治理和生物治理；按处理技术的不同，大致分为吸附型、过滤型、分解型、静电型；按其是否需要风机动力可分为主动式和被动式；按净化环境是否有人类活动又分为动态净化与静态净化。

一般情况下，民众采用最多的一种空气净化方式则是通风净化技术，通过开窗自然换气或安装换风扇等，加速室内外空气交流，把污染物快速稀释，避免富集而产生环境污染，是简单有效的治理室内空气污染的方法。然而，随着社会的不断发展，由于各种原因现代化建筑的外窗几乎不能打开，或者只有很小的可开启面积。而且出于其他原因的考虑，对密闭性能的要求也越来越高，自然通风也就不复存在。而利用机械通风方式可以替代自然通风的功能，但存在噪音、吹风感等系列问题。

而随着大气环境的日益恶化，如雾霾频发等，室外空气引入稀释室内空气反而会导致污染。因而，该技术适用于室外空气质量较高，或者有干净空气来源时使用，虽然可用于各类封闭半封闭空间污染物的治理，但该法存在治理不彻底等缺点。

为此，我们将就常见商用空气净化技术、作用原理以及适用污染物等予以介绍。

固态污染物治理技术

1.过滤净化技术

空气过滤净化技术是指应用空气过滤设备控制粉尘微粒的污染，或通过空气循环过滤将空气中的悬浮颗粒物捕集下来，是一种物理拦截技术。空气过滤技术主要应用在洁净室、超净工作台空气净化系统，在空调通风除尘、空气净化器及其他领域也得到了广泛应用。空气过滤系统通过设置不同性能的过滤器，除去空气中的悬浮颗粒物（PM_2.5、PM₁₀等）和微生物，以保证送入风量的洁净度要求，整个系统效率在于滤料的选择。

一般来说，滤料的种类主要有纤维滤料、复合滤料、功能性滤料等。从滤料的研究来看，空气过滤技术有以下几个发展趋势：合成纤维滤料向研膜滤料发展；在高效空气过滤和除尘应用中，覆膜滤料将逐渐取代普通合成纤维滤料；常规滤料向多功能的复合滤料、功能性滤料发展。其中复合滤料与功能性滤料是近年来兴起的研究热点。

滤料制成的高效率的空气过滤网可拦截空气中的灰尘、细菌、病毒和微生物，但沉积在过滤网上的污染物如果不及时处理，将产生严重的二次污染，这也是一个不容忽视的问题。而且，过滤技术仅能除去空气中的固体尘粒，但不能消除空气中的气态污染物，因而在实际应用过程中常于吸附或催化滤芯等组合使用。

2.静电除尘技术

静电除尘技术是目前工业除尘应用较多的一类技术，其原理是含有粉尘颗粒的气体，在接有高压直流电源的阴极线（又称电晕极）和接地的阳极板之间所形成的高压电场通过时，由于阴极发生电晕放电、气体被电离，此时，带负电的气体离子，在电场力的作用下，向阳板运动，在运动中与粉尘颗粒相碰，则使尘粒荷以负电，荷电后的尘粒在电场力的作用下，亦向阳极运动，到达阳极后，放出所带的电子，尘粒则沉积于阳极板上，从而达到除尘净化的效果。

传统静电除尘器的质量除尘效率可达99%以上，但对可吸入颗粒物的捕获率相对较低。其主要原因是可吸入颗粒物的粒径太小，以致荷电量不足，难以在电场中被捕获。目前提出的一种高效脱除方法是利用颗粒的凝并特性先让其聚结生长成较大的颗粒，从而实现可吸入颗粒物的脱除。

静电技术不仅可以高效去除常规可吸入颗粒物，由于其多采用高压电场，致使颗粒物附带一定电荷，故而亦有着一定的杀菌效果。但其潜在的风险则是，高压静电极易伴生臭氧，而臭氧是典型的室内空气污染物之一，为此静电技术实际使用过程中尤其在民用净化器领域，常与吸附技术复合使用以有效控制伴生气态污染物。

3. 紫外线杀菌技术

紫外线杀菌技术是针对空气中微生物，利用240~280 nm范围紫外线辐照，改变及破坏微生物的组织结构，破坏细胞或病毒的核酸结构和功能，导致核酸结构突变，生物体丧失复制、繁殖能力，从而达到消毒、杀菌的目的。该技术具有灭杀微生物微尘生物活性的功效但无收集和移除灭活后微尘的能力。在实际应用过程中，以紫外循环风消毒器或空气净化器为代表，多在其后加设空气过滤网以达到彻底移除的功效。这种净化技术的优点是杀菌效果显著，联用后除尘能力得到增强，但去除气态化学污染物能力差，伴生臭氧去除成为其短板，且紫外线对人体还有一定的辐射伤害风险。因此在引入紫外杀菌功能的空气净化器中，不仅加设高效过滤网（HEPA），而且需增设除臭氧气态污染物的活性炭滤网。

气态污染物治理技术

1. 吸附净化技术

吸附净化技术是目前民用净化设备最常用的一类气态污染物去除技术，也是民众在生活中应用最多的一类空气净化技术。其原理则是利用固态吸附剂对污染物选择性的吸附以达到移除空气中污染物的效果。人们所熟知的木炭、竹炭、活性炭等均是优良的吸附剂。随着气态污染物的多样化，吸附剂往往针对污染物特性命名：如干燥剂多用于去除空气中多余水分，常用如分子筛、凹凸棒土、硅胶、生石灰等；除甲醛吸附剂则用于去除甲醛，常用材料有改性活性炭、碳化树脂、改性分子筛等；去除二氧化碳吸附剂如Li石灰、改性活性炭等。其中活性炭以其丰富的孔结构（大孔、中孔、微孔并存且可调）、巨大的比表面积（800~2500 m²/g），是应用最为普遍且极优良的一类吸附剂。以其为载体，通过表面修饰处理或负载一定活性组分，基本可用于甲醛、苯系物、VOCs、臭氧、NH₃、NO_x、SO₂、CO等污染治理。

吸附法有着广谱治理性，但其存在最大的缺点是各类吸附材料均存在饱和吸附量问题，当接近饱和量或环境参数有所变化（如升温、风速提高等），所吸附的污染物就会游离释放出来，造成二次空气污染。因此，吸附技术在实际使用过程中一定要注意吸附材料的使用周期，定期更换防止二次污染。

2. 吸收净化技术

吸收净化技术则是利用吸收液与污染物的特异性作用（如溶解、络合、化学反应等）以达到去除空气中污染物的目的。该技术是目前工业上治理尾气污染最为常用的一类技术，需针对污染气组成进行吸收液调配，治理针对性较强。工业中有机尾气治理多采用增溶溶剂及表面活性剂等调配吸收液，而针对NH₃、NO_x、SO₂、O₃、CO等多采用反应型吸收液。而在民用领域，吸收净化技术的应用多以空气净化喷剂等形式出现，但对喷剂组分的环保性安全性有着较高的要求。

该技术有着操作性强，投资小等优点，但是其尾气治理浓度范围较窄，对于极高浓度或极低浓度污染物治理效果较差，而最大的缺点是吸收液的回收利用问题，若没有配套回收技术，极易造成环境污染。室内净化喷剂则须保证喷剂组分的安全性以及其与污染物的可能的反应产物的无害性，若不然喷剂自身危害尤甚于所治理的污染物。

3. 生物净化技术

生物净化技术则是利用植物、微生物等对部分污染物可以吸收代谢等特性，以达到转化去除的目的。其中民用领域多以盆栽植物治理，而工业领域则多以微生物治理为主。生物法常用于甲醛、H₂S、NH₃、VOCs等有机无机污染物的去除，其原则是污染物可被植物或微生物吸收代谢。

该类方法虽然对很多污染物有着一定的净化效果，但目前在民用空气净化领域推广度不高，这是因为在有限的空间内，少量的植物或微生物净化污染物的速度太慢，若远低于室内污染物释放速度，空气内污染浓度变化不大。再者，植物花粉、微生物等存在人体危害风险，其释放物造成的危害可能大于原有污染物。

4. 等离子体技术

等离子体被认为是除固态、液态和气态以外的第四种物质存在性能，其内含大量高能电子、正负离子、自由基等活性粒子。通常多采用微波辐射、射频放电、电子束照射和高电场气体击穿等方式达到高电子密度的等离子体状态，而在室内空气污染物治理由于其场合限制，多采用低温等离子体技术。低温等离子体又叫非平衡态等离子体，一般是等离子体形成过程，电子能量达到1~20 eV，其他较大质量的粒子则温度较低接近室温状态，系统内粒子间能量分布远未达到平衡。低温等离子体引发的化学反应大致可以分为以下几个过程：首先是皮秒级的电子雪崩，紧接着纳秒级不同能量状态的电子通过旋转激发、振动激发、激发、离解和电离等得弹性碰撞形式将内能传递给气体分子后一部分以热量形式散发，另一部分则产生自由基等活性粒子，接下来是微秒级的自由基及正负离子间的线性或非线性链反应，最后是毫秒到秒量级的分子间热化学反应。

故而，等离子技术多具有两类功能：一由于其包含的大量电子和正负离子，在电场梯度的作用下，可与空气中的颗粒污染物发生非弹性碰撞，从而附着在上面，使之成为荷电离子，在外加电场力的作用下，被集尘极所收集，故而具有一定的杀菌除尘功效。二是利用等离子体中的大量高能电子、自由基等活性粒子，可对有毒、有害、难降解的污染物进行直接的分解去除。这一技术主要是通过两个途径实现：一是在高能电子的瞬时高能量作用下，打开某些有害气体分子的化学键，使其直接分解成单质原子或无害分子；二是在大量高能电子、离子、激发态粒子和氧自由基、氢氧自由基（自由基团带有不成对电子而具有很强的活性）等作用下，氧化分解成无害产物。

该技术对微尘、细菌、甲醛、VOCs等均有着一定的净化去除效果。但单纯的净化效率不是太高，需与过滤、催化、吸附等技术联用。由于等离子富含高能活性粒子，故常伴生有O₃等污染气的发生，虽对多数污染物有着降解作用，但降解成分往往不明，单独使用极易造成健康危害。

5. 催化技术

催化技术是较为彻底的气态污染物治理技术，其核心是高效催化剂的研制开发。根据激发源的不同，常分为光催化剂技术和热催化技术。在使用过程中，催化剂对污染物有一定的选择针对性，对某类污染物可能有着极好的治理效果，但可能对其他污染物作用不大甚至被其他污染物抑制活性，故在工业较为单一尾气治理中有着广泛的应用；然而在民用空气治理领域，由于空气污染治理多在室温下封闭半封闭空间内，污染物种类较多，这对催化剂的耐受性和活性要求极高。

1）光催化技术

光催化技术即在光触媒（催化剂）存在下，利用光源对催化剂激发作用，促使污染物在催化剂表面降解达到治理的目的，常用于空气中甲醛、VOCs等有机污染物的治理。光催化剂原理是利用光波辐照材料表面（能量大于半导体带隙能），激发价带电子跃迁至导带，生成高活性电子-空穴对，吸附氧与电子空穴对发生作用，产生高化学活性游离基*OH，从而达到氧化VOCs目的。也由于其对有机污染物的破坏作用，可用于杀菌消毒领域。

能作为光触媒的材料众多，包括二氧化钛（TiO₂）、氧化锌（ZnO）、氧化锡（SnO₂）、二氧化锆（ZrO₂）、硫化镉（CdS）等多种氧化物硫化物半导体。其中TiO₂因其化学稳定性高、耐光腐蚀、较大禁带宽度（3.2 eV），氧化还原电位高等优点，使其成为光催化研究中最为活跃的材料。

光催化氧化对于治理VOCs可视为较为广谱的一类方法，但其在实际应用中仍存在一定的问题：诸多VOCs无法彻底降解，还可能伴生致害致癌微量副产物；净化效率相对较低，净化周期较长，实际治理过程中治理速度可能跟不上VOCs释放速度，无法有效缓解家居环境VOCs污染状况；多数商用光催化剂仍需紫外光激发，光来源及传输效率较难保证，紫外存在多伴生臭氧；由于室温真实条件下，水汽及温度等条件波动大，光催化剂运行稳定性较难保证。光催化剂亦有着自身的优点，通过调整催化剂组成及合成方法实现自然光下高效响应，与高效热催化剂或吸附剂联用等，可实现对VOCs持久长期治理，在室内空气VOCs治理领域亦有着较好的应用前景。

2）热催化技术

热催化技术即利用热源激发，在催化剂存在情况下达到污染物降解治理的目的。由于催化剂多具有针对性，常根据治理污染物来定义，如除甲醛催化剂、除CO催化剂、除O₃催化剂等。根据使用温度的不同，常分为高温、低温、室温催化剂，在工业领域，高、低温催化剂应用较多，其中以催化燃烧技术、烟气脱硝、汽车三元催化等技术为代表，而民用领域则偏于室温催化剂，如常见的室温除甲醛、除CO等催化剂。

目前，在室温条件下具有较高污染物治理效率的多为贵金属类催化剂，多用于还原性气体如甲醛、CO、VOCs等催化治理，当然也有臭氧的催化分解催化剂。在实际使用过程中，由于室内污染物的相互干扰，其治理效果往往大打折扣，甚至容易被其中某类污染引起覆盖或中毒失活。这也是目前市售商用空气净化器中真正采用催化治理滤芯的极少的原因，一是由于真正室温起活催化剂成本较高，二则是由于容易被其他污染物干扰，使用寿命较短。因此，若真正推广该类技术，一方面需要高效常温廉价催化剂的研制，另一方面则需合理设计，与其他净化技术组合使用，进一步延长其使用寿命，达到广谱性与专一性的完美协调。

本文对常见室内外空气污染物做了一定介绍，并对一些净化技术做了简单介绍。实际生活中，室内空气污染物种类繁多，成分复杂，对人体健康的影响呈现长时间、低剂量、弱效应和联合作用的特点，因而治理难度更大。而室内空气净化方法种类繁多，各有优缺点。单一的净化技术均有各自的局限性。因此，在实际的应用过程中常将不同的技术组合使用，以达到有效净化空气的效果。

本文由安静摘编自杜峰主编《空气净化技术与应用》（2016年3月 第1版）第1章，内容有删减。

978-7-03-047837-5

近年来，随着经济的高速发展，环境污染问题凸显，其中空气污染问题日益严峻。《空气净化技术与应用》针对粉尘、微生物及空气主要气态污染物如甲醛、挥发性有机物、臭氧、氨气、氮氧化物、二氧化硫、一氧化碳等的治理分章予以阐述，重点围绕民用场合如室内居所、隧道、停车场、汽车、美容屋、打印社、医院等封闭、半封闭空间场所的污染特点，结合近十年来相应的空气污染管控标准，以及学界、产业界最新研发动向，对涉及的新材料、新技术等做了较为细致的比较分析，并提出了合理化建议。

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