活性炭过滤器在空气净化中的应用

活性炭过滤器在空气净化中的应用

   室内空气品质恶化的问题是普遍存在的，其对人们造成的危害也是不能忽视的。成功分离低浓度的气态污染物 VOCs[1]和细菌对改善室内空气品质至为重要。对室内 VOCs 的治理有许多不同的方法，主要有化学反应法、生化分解法和吸附法等。其中，吸附法具有脱除效率高、富集功能强、不易造成二次污染等优点，成为近年来治理VOCs的主要方法[2]。

   活性炭吸附材料对室内气态污染物具有良好的吸附性能，使活性炭过滤器将逐渐应用于民用建筑空调系统中。目前关于活性炭纤维过滤器的试验和理论研究较为成熟，并且这些研究主要针对于较高浓度的气态污染物，基于上述背景，本研究提出了利用活性炭颗粒过滤器净化室内较低浓度的污染气体，探讨了不同实验条件下以及过滤器本身的一些因素对过滤器过滤效率的影响，为活性炭颗粒过滤器的设计提供一些性能优化参数，以向净化器的设备制造商提供理论和技术支持。 

1、甲醛吸附的实验研究

1.1、实验对象

   采用2 层不锈钢丝网夹椰壳活性炭颗粒制成平板 式的净化网，平板式滤网的尺寸均为 200 mm×200 mm。 此次实验共制作 4 种平板式净化网，外加厂商提供的1种折叠式净化网，如表 1 所示。

1.2实验台

   实验台为8 m3 (长 2 m 、宽 2 m 、高 2 m )可控温、调湿、全玻璃封闭的测试舱，配有循环通风系统(在通 风管道内装有中、高效空气过滤器)。其设计参数符合国家标准 GB/T18801—2002《空气净化器》附录A要求。实验台温度为 25.5 ℃，湿度为 45.10%。实验参照美国国家标准—家用便携式室内电动空气净化器检测标准方法(ANSI/AHAM AC-1-1988)[3]和我国国家标准 GB/T 18801—2002《空气净化器》[4]。

1.3、实验条件

   将本文设计的简易净化器放置在体积为8m3的实验台内，向实验台内定量注入模拟污染物甲醛，然后 开启风扇搅拌均匀，每隔一定时间取样进行分析。本文设计的简易净化器是将进气窗、净化网、均流网、风机和出气窗依次组装在长方体形状 250 mm×250 mm× 1000 mm 的风管内，使气体能循环通过净化网。在风管上安装了微压计测试软管，实验中可测试过滤网全 压。日产 XP-308 型甲醛测定仪测定甲醛浓度，采用 10 min 平均测试模式，数据可靠(见图 1)。

2、过滤器对甲醛处理率测试结果与分析

   活性炭过滤器的吸附效率受很多因素的影响，如温度、相对湿度、气流速度、污染物初始浓度等。当对气体的吸附以物理吸附为主时，整个过程对温度和相对湿度的依赖比较少。因此，此次测试主要确认污染物初始浓度、气流速度这2 个实验条件对吸附过程的影响情况。

2.1、过滤器阻力测试结果及分析

   过滤器阻力随过滤网滤速的变化见图2。此处选 择净化网 2 作为测试对象。由图2 可知，过滤器的阻力均随过滤网滤速的增 加而增大，近乎直线关系。

2.2气流速率的影响

   比较不同风速下同一净化网对甲醛浓度的衰减趋势和处理率(同在较低初始浓度下，用净化网 2 测试)。处理率[5]计算：η=  C0-Ct / C0  (C0 为初始室内污染物浓度，Ct 为 t 时间后室内污染物浓度)。从图3，4 看出，在同一浓度不同风速下，存在着 最高处理率和与之相对应的过滤器的最佳滤速，此处 为 0.9 m/s。在一定的风速范围内，活性炭颗粒过滤器 的处理率随着其迎面风速的增加而降低。当风速降低时，气体在过滤器中的停留时间增加，使进入到活性 炭孔隙中的污染物量增加，从而增加了过滤器的处理率。但在过低风速下，气体处理率也变低，主要是由于 风机出风量低时，虽然过滤器的处理率提高，但相对的未净化气体多，一次循环后，净化气体与未净化气体混合后房内污染物浓度仍较高，致使开机 1 h 后的处理率受到影响。如果过滤器在某一风量下无限制的循环净化，污染气体会达到某一最高处理率，但这样做的结果是很不经济的。因此，选择最佳过滤风量和 最佳气体处理率对研究活性炭颗粒过滤器具有重要的实际意义。

2.3甲醛初始浓度的影响

   比较不同的甲醛初始浓度下同一净化网对甲醛的衰减趋势和处理率(同在 0.9 m/s 风速下，用净化网 1 测试)。由图5，6 可以看出，在一定的净化时间范围内，过滤器对气体处理率随污染气体浓度升高而增加，这与有关文献[6]的实验结果基本一致。这说明活性炭颗粒在一定时间内对高浓度的污染气体有较高的处理率，但是每次循环的净风量是一定的，即一定时间内 处理的污染气体量是一定的，随着室内污染浓度增高，即使过滤器的处理率较高，但固定时间内气体的循环、混合也影响了总处理率。因此，对低浓度的污染气体可以采用较短的开启时间进行快速净化，而对污染气体浓度较高时，可以延长风机开启时间，使净化 器达到最佳处理效果。

2.4活性炭填充量的影响

   比较不同的活性炭填充量对甲醛浓度的衰减趋势和处理率(同在较低初始浓度和 0.9 m/s 风速下比较，用净化网2和4进行比较测试)。由图 7，8 可以看出，随着活性炭颗粒用量增大，过滤器效率也相应增加，但并非为线性增加趋势

2.5活性炭颗粒粒径的影响

   比较不同活性炭颗粒粒径对甲醛的衰减趋势和处理率(同在较低初始浓度和 0.9 m/s 风速下比较, 用净化网2和3进行比较测试)。从图 9，10中可以看到，活性炭粒度变小，气流和活性炭接触面积增大，甲醛就越容易扩散进入活性炭的微孔内部，并被活性炭吸附，因此，净化网吸附性能 显著提高。

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2.6、净化网形状的影响

   对购买的折叠式活性炭净化网进行测试，与两种自制的平板式活性炭净化网比较。比较不同净化网形状对甲醛的衰减趋势(同在较低初始浓度和 0.9 m/s 风 速下比较，用净化网 2、4 和 5 进行比较测试)。从图 11 中可以看到，虽然购买的折叠式净化网中活性炭质量未知(目测其实际质量很少，少于 30 g)， 但其对甲醛的吸附效果比平板式的吸附效果要稍微好一些，这是因为折叠式净化网与污染物的接触面积比平板式要大，吸附性能也就越好。

3、结语

   (1)过滤器的阻力与通过过滤器的滤速近似成直线关系；

文章来源：http://www.ihepafilter.com/