各種空氣過濾器效果的對比

隨著現代生活方式的改變，城市人們在室內停留的平均時間已經占全天時間比例的９０％左右，室內空氣品質日益受到重視。為了清除室內空氣中對人體有害物質，通風是一種非常有效的方法.但是，室外大氣污染日益嚴重，有時甚至比室內空氣更加不衛生，另外，室內外空氣交換需要大量的能源消耗，因此，用適當的清潔空氣置換室內的污染空氣才是更加合理的途徑。目前普遍使用的空氣過濾器只是過濾灰塵，大多不具備清除有害氣體和細菌的功能，成功分離低濃度的氣態污染物和細菌對改善室內空氣品質至為重要。活性碳纖維對室內氣態污染物具有很好的吸附性能，將活性碳纖維過濾器應用于民用建筑空調系統中，在新風量不變的條件下，能使室內空氣得到更全面的凈化。本文采用分光光度法測定，對平板式、折疊式、旁通式三種結構的過濾器分別對甲醛、氨氣的吸附性能進行了比較研究。

１活性炭纖維的比表面積和孔徑分布與粒狀活性炭相比，活性炭纖維在吸附性能方面更具備優點：吸附量大。ＡＣＦ對有機蒸汽有較大的吸附量，對一些惡臭物質，如正丁基硫醇等吸附量比ＧＡＣ大幾倍到幾十倍，對無機氣體，如ＮＯ２、ＳＯ２、Ｈ２Ｓ、ＮＨ３、ＣＯ、ＣＯ２、ＨＦ、Ｆ２等有很好的吸附能力。而且，對微生物、細菌也有優良的吸附能力.2.對低濃度吸附質的吸附能力特別強。即使對ｐｐｍ數量級吸附質仍具備很高的吸附量，而ＧＡＣ等吸附材料往往在低濃度時吸附能力大大降低。3.吸附速度快。對氣體的吸附一般能在數十秒或數分鐘內達到吸附平衡，如ＡＣＦ對碘的吸附量只需幾十秒便達到平衡，而ＧＡＣ則需要１０４￣１０５ｓ，二者相差２￣３個數量級。

吸附劑的孔徑分布與孔隙結構對吸附性能有著重要影響，決定了比表面積大小、吸附容量以及吸附質組分的選擇分離性能。求吸附質比表面積的方法有多種，如ＢＥＴ法、一點法、點法等，本文采用ＢＡＳＩＣ語言編Ｂ寫了ＡＣＦ的比表面積和孔徑分布計算程序，運用ＢＥＴ法求比表面積ＳＡ，采用圓孔等效模型求纖維的孔徑分布［５］。

在這里，某種ＡＣＦ樣品質量為０．９８ｇ，實驗溫度為７７．３５Ｋ，方法是在裝有樣品的真空容器中，充入氮氣，并不斷測量容器中的氮氣壓力和ＡＣＦ樣品的質量變化，吸附過程與解吸過程的實驗數據如圖１所示，孔徑分布計算結果如圖２所示，比表面積的計算結果為：ＳＡ＝１２２４．８０６ｍ２／ｇ，單分子飽和吸附量Ｖｍ＝２７５．３００４ｃｍ３／ｇ。

上述數據表明，實驗用ＡＣＦ微孔（ｒ＜１０Ａ）豐富，中孔（１０Ａ＜ｒ＜２５０Ａ）、大孔（ｒ＞２５０Ａ）極少，微孔分布呈單分散形，在ｒ＝７Ａ時孔體積**大，能達到０．２２６１ｍｌ／（ｇ·Ａ）。另外，解吸曲線與吸附曲線非常貼近，說明孔的形狀也極其規則。這些特點對ＡＣＦ吸附祛除低濃度、小分子氣態污染物非常有利。

２ＡＣＦ過濾器的實驗研究

２．１ＡＣＦ過濾器的樣品制作

選用的ＡＣＦ材料的基本技術參數如表１所示，從上述靜態吸附實驗來看，其吸附性能良好。

在設計過濾器時，應盡量增大吸附接觸面積，這有利于提高吸附性能和降低阻力。為了對不同結構的ＡＣＦ過濾器進行綜合比較，制作了三

種結構形式的過濾器，即：平板式、旁通式、折疊式，其主要結構參數如表２所示。

２．2ＡＣＦ過濾器的實驗研究

ＡＣＦ過濾器吸附性能測試參照文獻［６￣８］所述方法進行，因為測試方法和程序比較成熟，過程敘述比較繁復，具體的實驗過程這里不再贅述。

測試氣體選用氨氣和甲醛蒸氣，氨氣有強刺激性氣味，以此檢驗過濾器驅除異味的能力；而甲醛本身就是室內ＶＯＣｓ的典型代表；另外，這兩種氣體的發生相對來說比較容易，測試方法也比較成熟。ＡＣＦ過濾器的吸附效率受多種因素的影響，如溫度、相對濕度、氣流速度、污染物濃度等。此次測試主要確認氣態污染物的濃度、氣流速度對吸附過程的影響情況，同時也獲得三種過濾器的吸附效率、阻力特性比較。

三種過濾器對甲醛蒸氣的吸附效率比較如圖３所示，測試過程中，風量控制在（１５０±５．０）ｍ３／ｈ范圍內波動，甲醛蒸氣初始濃度控制在（２５±３）ｐｐｍ范圍內。

可見，初始效率**高的是折疊式過濾器（６９．３％），是平板式過濾器（５６．２％），**低的是旁通式過濾器（２９％），從初始效率來看，三種過濾器對甲醛的吸附效率都不是很高。折疊式過濾器的吸附效率下降得比

另外兩種過濾器都要快得多，原因是它裝填的活性炭材料相對其它兩種過濾器要少，分別為平板式的５９％，旁通式的４２％。

三種過濾器對氨氣的吸附效率比較如圖４所示，測試過程中，風量控制在（１５０±５．４）ｍ３／ｈ范圍內波動，氨氣初始濃度控制在（２５±２．６）ｐｐｍ范圍內。

可見，初始效率**高的仍然是折疊式過濾器８９．２％），是平板式過濾器（８２．４％），**低的是旁通式過濾器（３６．９％），從初始效率來看，三種過濾器對氨的吸附效率比較對甲醛的吸附效率高，說明ＡＣＦ過濾器的吸附性能具有一定的選擇性。

對三種過濾器在不同迎面風速下的阻力進行了測試，并用指數方程進行擬合，擬合曲線如圖５所示。可專題研討

旁通式阻力**小，折疊式阻力**大，平板式次之。

采用濾膜稱重法對三種過濾器的除塵效率進行測試如表３）。模擬塵使用滑石粉，采樣流量為１０Ｌ／ｍｉｎ，采樣時間為５ｍｉｎ。可見，三種過濾器的除塵效率相差不大，旁通式平均效率略低。

圖６是不同風量條件下，平板式過濾器對氨的吸附效率比較，初始濃度為（２５±２．２）ｐｐｍ，圖７是不同濃度條件下，平板式過濾器對氨的吸附效率比較，風量為１５３±４．９）ｍ３／ｈ。圖６表明，氣流速度增加，ＮＨ３與吸附材料的接觸時間減少，吸附效率下降；圖７表明，*污染物濃度增加時，吸附效率也下降，但濃度的影響相對沒有風量的影響顯著。因此，ＡＣＦ過濾器的吸附效率并不是一個固定值，對某一個過濾器指出其對某種氣體的吸附效率時，應該同時指出其測定條件。

所以三種活性炭纖維過濾器的吸附效率、阻力、和濾塵效率實驗數據為過濾器的設計和選用提供了參考數據。從綜合角度考慮，平板式過濾器相對較為理想，其各項性能參數都比較高；但平板式過濾器加工工藝簡單，有利于批量生產和降低成本。折疊式效率較高，但阻力相對偏大，而旁通式則效率偏低，因此，要直接應用于舒適性空調尚需改進。

由于室內氣態污染物種類繁多，當用ＡＣＦ過濾器凈化室內空氣時，存在多種氣態污染物競爭吸附行為，對此進行進一步的分析和研究是很有意義的。