第3讲空气环境2

第三章 室内空气品质第 2部分 空气净化清华大学 建筑学院建筑技术科学系2004年1内容回顾B 室内空气污染产生的原因及改善的重要性B 室内空气污染源和污染途径B 室内空气品质对人的影响及其评价方法B 室内空气品质标准B 室内空气控制方法 (部分 )2本节课内容目录B 室内污染控制方法概述B 室内空气净化方法和原理B 室内空气净化中一些值得注意的问题B 室内空气净化方式简介B 习题B 参考文献31. 室内空气污染控制方法概述污染源控制 通风和气流组织 空气净化污染检测技术污染对人的影响目标： CiCi,标准42. 空气净化方法和原理B 空气过滤B 吸附方法B 紫外灯杀菌B 静电吸附B 纳米材料光催化B 等离子放电催化B 臭氧消毒灭菌B 利用植物净化空气52.1 空气过滤去除悬浮颗粒物6空气过滤 ： 去除悬浮颗粒物B 过滤器主要功能：处理空气中的颗粒污染B 常见误解：过滤器像筛子一样，只有当悬浮在空气中的颗粒粒径比滤网的孔径大时才能被过滤掉。其实，过滤器和筛子的工作原理大相径庭。过滤器过滤的放大过滤器过滤的放大7截留效应 惯性效应扩散效应重力作用静电效应空气过滤 的机理B 不同捕集机理的捕集效率对不同粒径的尘粒是不同的。8空气过滤 的机理总结B 截留效应： 粒径小的粒子惯性小，粒子不脱离流线。在沿流线运动时，可能接触到纤维表面而被截留。B 惯性效应： 粒子在惯性作用下，脱离流线而碰到纤维表面。B 扩散效应： 随主气流掠过纤维表面的小粒子，可能在类似布朗运动的位移时与纤维表面接触。B 重力作用： 尘粒在重力作用下，产生脱离流线的位移而沉降到纤维表面上。B 静电效应： 由于气体摩擦和其它原因，可能使纤维带电。9过滤器总效率和某种作用的效果和粒径的关系曲线过滤器总效率和某种作用的效果和粒径的关系曲线10几种常见过滤器的示意图几种常见过滤器的示意图初效过滤器初效过滤器 中效过滤器中效过滤器高效过滤器高效过滤器 高效袋式过滤器高效袋式过滤器11B 过滤效率J 单级过滤器的效率为：J 其中 n1、 n2分别为过滤器前后的粒子浓度, J p n2/n1称为穿透率。过滤器主要性能指标12过滤器主要性能指标：过滤器阻力B 新过滤器阻力一般有下列经验公式：B 其中 u0为迎面风速， A、 B和 m分别为经验系数与指数。或：B 其中 u为气溶胶通过滤料的流速，也叫滤速。对于国产过滤器，一般 a 3 10， n 1 2。B 过滤器的阻力随着迎面风速 u0或者滤速 u的增大而增大，过滤效率随着滤速增大而降低 13HEPA 滤网B HEPA 全称 “ High Efficiency Particulate Air”B HEPA 滤网最早产生在原子弹开发时期，用于过滤辐射颗粒，保证研究人员的健康。B 滤网由 超细玻璃纤维 组成 .B 应用 : 医院 , 制造业的洁净室。142.2 活性炭吸附气体污染物B 吸附是由于吸附质和吸附剂之间的范德华力而使吸附质聚集到吸附剂表面的一种现象。B 吸附分为物理吸附和化学吸附两类。B 物理吸附物理吸附属于一种表面现象，其主要特征为： 吸附质和吸附剂之间不发生化学反应； 对所吸附的气体选择性不强； 吸附过程快，参与吸附的各相之间瞬间达到平衡； 吸附过程为低放热反应过程，放热量比相应气体的液化潜热稍大； 吸附剂与吸附质间吸附力不强，在条件改变时可脱 附15吸附对于室内 VOCs和其他污染物是一种比较有效而又简单的消除技术。目前比较常用的吸附剂是活性炭。固体材料吸附能力的大小和固体的比表面积（即 1g固体的表面积）很有关系， 比表面积 越大，吸附能力越强。 16活性炭纤维： 20世纪 60年代发展起来的一种活性炭新品种B 含大量微孔，其体积占了总孔体积的 90左右，因此有较大的比表面积：多数为 500 800m2/g！B 与粒状活性炭相比，活性炭纤维吸附容量大，吸附或脱附速度快，再生容易，不易粉化，不会造成粉尘二次污染。B 对无机气体如 SO2、 H2S、 NOx等和有机气体如(VOCs)都有很强的吸附能力，特别适用于吸附去除 10-9到 10-6g/m3量级的有机气体，在室内空气净化方面有广阔的应用前景。17活性炭的吸附性能物质名称 饱和吸附量 (%)SO2 10Cl2 15CS2 15C6H6(苯 ) 24O3 能还原为 O2烹调臭味 30厕所臭味 3018普通活性炭对分子量小的化合物 (如氨、硫化氢和甲醛 )吸附效果较差，对这类化合物，一般采用浸渍高锰酸钾的氧化铝作为吸附剂，空气中的污染物在吸附剂表面发生化学反应，因此，这类吸附称为化学吸附，吸附剂称为化学吸附剂。下表比较了浸渍高锰酸钾的氧化铝和活性炭吸附效果。浸渍高锰酸钾的氧化铝和活性炭对一些空气污染物吸附效果比较表浸渍高锰酸钾的氧化铝和活性炭对一些空气污染物吸附效果比较表吸附量 (%)NO2 NO SO2 甲 醛 HS 甲苯浸 渍 高 锰酸 钾 的氧化 铝1.56 2.85 8.07 4.12 11.1 1.27活性炭 9.15 0.71 5.35 1.55 2.59 20.96192.3 紫外灯杀菌 (Ultraviolet germicidalirradiation, UVGI)B 紫外辐照杀菌是常用的空气中杀菌方法，在医院已被广泛使用。B 紫外光谱分为 UVA (320- 400nm)、 UVB(280-320nm)和 UVC(100-280nm)，波长短的 UVC杀菌能力较强。 185nm以下的辐射会产生臭氧。B 一般紫外灯安置在房间上部，不直接照射人，空气受热源加热向上运动缓慢进入紫外辐照区，受辐照后的空气再下降到房间的人员活动区，在这一过程中，细菌和病毒会不断被降低活性，直至灭杀。B 紫外灯杀菌需要一定的作用时间，一般细菌在受到紫外灯发出的辐射 数分钟 后才死亡。202.4 静电吸附屏蔽板屏蔽板激化纤维激化纤维7000V直流电压直流电压激化纤维激化纤维空气空气21静电吸附 （双级）How a high-voltage electronic air cleaner works.ELECTRONICALLY CLEANED AIR CIRCULATED BACK THROUGH YOUR BUILDINGELECTRICALLY CHARGED PLATES ATTRACT PARTICLES LIKE MAGNETSELECTRONICALLY CHARGED WIRES ZAP PARTICLESAIRFLOWPRE-FILTERSCREENSTAGE 1 :CHARGING SECTIONSTAGE 2 :COLLECTION SECTION尘埃病毒细菌花粉Smoke真菌 电子净化格栅22Fujishima A. , et al., Nature, 1972, 238(5338): 38-45.导带导带价带价带2.5 光催化降解 VOCs23光催化材料UV灯（关）灯（关） 微生物微生物VOCs灯（开）灯（开）氧化反应氧化反应还原反应还原反应降解甲醛反应过程：降解甲醛反应过程：REPLAY光催化降解 VOCs及微生物原理图24光源要求B 一般在紫外光照射下 VOCs才会发生光催化降解B 光催化反应器中采用的光源多为中压或低压汞灯。B 紫外光谱分为：J UVC(100-280nm) J UVB(280-320nm) J UVA (320- 400nm)B 杀菌紫外灯波长一般在 UVC波段，特别在254nm附近。 25在研制可见光光催化剂方面取得的新进展B 将非金属氮替换二氧化钛中少量（ 0.75 %）的晶格氧，从而使其具有较高的可见光活性，成功地在可见光照射下分别于液相和气相中降解了纯 TiO2所不能降解的乙醛 。B 美国科学家通过高温火焰加热 Ti金属的方法将碳原子取代了 TiO2晶格中的氧 ，显著改变了它对可见光的响应特性。B 通过 TiO2的 H2O2 或氯铂酸表面改性、增加 TiO2中Ti3+ 浓度等方法也能有效地将 TiO2光催化降解有机污染物的反应扩展到可见光范围。B 目前可见光反应去除有机污染物效率很低，与实际应用还有很大距离。26纳米光催化消除甲醛、甲苯27掺杂对光催化降解甲醛的影响0.010.020.030.040.050.060.0P25+丝光沸石P25+SiO2(SD-400J)P25+Al2O3纯 P25: 1.05mg/cm2P25+SiO2(SD-520)P25+斜发沸石(290目 )P25+斜发沸石(325目 )P25+斜发沸石(含铁325目 )P25+斜发沸石(2，神石)P25+ZSM-5(1)P25+人造沸石(1:1)P25+斜发沸石(1，神石)P25+SiO2(SD-520L)P25+ZSM-5(2)(1:1)P25+ZSM-5(3)Doped absorbentsReaction effectivenesss（）28提出了光催化反应器设计的 NTUm方法纳米光催化空气净化效果强化和应用反应面反应面积影响积影响传质能传质能力影响力影响反应能反应能力影响力影响l揭示了反应面积、传质能力影响和反应能力影响与反应效率间的关系揭示了反应面积、传质能力影响和反应能力影响与反应效率间的关系 ,可将材料评价、结构评价、传质评价分开。可将材料评价、结构评价、传质评价分开。l提出了理想光催化空气净化器概念提出了理想光催化空气净化器概念问题：问题： 如何测定光催化材料的反应常数