室内空气净化新方法

2018-10-31 09:59:43    来源:中国网科创    

中国科学院生态环境研究中心和英国诺丁汉特伦特大学水-能源-食品综合研究中心潘纲团队研究发现了一种去除室内空气污染的新方法,或将为室内空气净化领域带来新思路和新格局。相关论文近期发表于国际著名期刊Science of The Total Environment.

近年来,全球多地出现大范围持续雾霾天气。长期暴露于雾霾等污染空气会导致体重增加,心脏、肺和呼吸道疾病,甚至诱发癌症。据统计,空气污染导致全球每年约有四万人早死并导致200亿英镑的花费。空气污染已成为继高血压、饮食失调和吸烟之后全球第四大健康威胁。日益严重的室外空气污染也影响了室内空气质量。在很多雾霾频发地区,如中国或英国伦敦地区,室内空气中的污染组分已由传统的气态污染物为主转变为颗粒态(雾霾)和气态污染物共存甚至是以雾霾污染物为主的趋势。人们生活和工作中的大部分时间都是在室内度过,为了应对日益严重的室内空气污染,高效的室内空气净化器成为人们的首选。目前已有种类繁多的室内空气净化方法。吸附、催化氧化等主要针对VOC等气态污染物,在使用过程中需更换吸附剂和催化剂以保证足够的净化效率。对于颗粒态污染物比如霾,常见的净化方法为过滤和静电除尘,前者后期维护需频繁更换滤网,后者易产生臭氧等有害副产物。因此,人们希望找到一种无需更换材料和不产生有害次生污染物的高效室内空气净化的方法。

自然界中,当水汽上升,会在天空以某些吸湿性气溶胶粒子为核冷却并凝结成云,云滴碰撞增长,再以雨、雪和冰雹等形式降落回地面,从而有效清除大气中的气溶胶粒子和微量气体组分。受这一自然湿沉降过程的启发,潘纲团队提出利用低温冷凝技术,促使气体污染物或者水汽以颗粒态污染物为凝结核发生相变,进而冷凝增长,从而去除室内颗粒态和气态污染物的新方法。研究发现,将室内实际雾霾污染气体通过自制的冷凝净化设备,当处理温度低于-18℃时,高达99%的PM2.5颗粒被去除。在低温冷凝过程中,纳米和亚微米颗粒减少,大量微米级大颗粒生成,从而将污染物从气体中分离去除。利用低温冷凝方法同样可有效去除气态污染物,比如氮氧化物去除率可达98%。该方法无需采用任何滤料、吸附剂和催化剂,且不产生有害次生污染物,仅靠电能即可持续净化室内多种污染物。

基于该原理,潘纲团队提出一种“制冷电器与空气净化一体设备”的专利申请并获得授权。该项专利依据冷凝相变和异相成核的原理,将进入室内的雾霾以及室内的气态污染物通过制冷家电中加装的冷冻腔,使空气中的污染组分团聚、液化或固化并与清洁空气分离,净化后的洁净空气可经冷凝器回温或直接送回室内,从而实现利用制冷家电净化室内污染空气的目的。该专利技术的优势在于无需使用、消耗、或更换任何吸附剂、过滤器、催化剂和静电分离装置,仅用电能即可同时实现对室内霾和气态污染物的无限连续净化,达到“以电换安”的目的。事实上,电是人类获取舒适与健康生活条件的重要保障,比如照明,降温,保温等。在某些极端环境下(比如潜水艇,恶劣空气环境中的指挥室或办公大楼,大型污染工业车间等),当人类健康受到严峻挑战时,更希望用电能换取安全或者生命的保障。对于百姓日常需求而言,如果空调家电上能附加一种应急空气质量健康保障功能,以供人们在极端恶劣空气条件下选用,具有潜在的市场应用价值。

专家简介

潘纲,中科院生态环境研究中心研究员,英国诺丁汉特伦特大学水-能源-食品综合研究中心主任。主要研究方向为湖泊富营养化治理、环境界面化学、环境纳米技术,可持续发展等。发表论文260余篇,国内外专利50余项。1991到2001年,分别在英国的East Anglia大学、Leeds大学、Plymouth大学和Imperial College学习和工作。2000年入选中科院“百人计划”,2003年入选“优秀百人计划”。科技部欧盟科技合作项目首席科学家;“十五”国家重大专项副首席科学家;多项国家重点基础研究项目课题负责人;中国环境学会水环境分会副理事长;中国物理学会同步辐射专业委员会委员;上海光源国家科学中心科学技术委员会委员;美国化学会会员;若干国际学术期刊客座主编、副主编、及编委。曾获2009年全国环境科学与技术一等奖,入选中国科学人2010年度人物,获得2017年度水利部大禹奖一等奖。

[责任编辑:张蓉萍]
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