动物学实验室有害气体净化装置研制

1、动物学实验室有害气体净化装置研制摘 要：为有效解决动物学实验室有害气体净化 问题，研制了适用于动物学实验室环境的有害气体净 化装置。该装置采用 STC12C5A60S2 为处理器，通过 MQ135和MQ-7传感器检测室内空气中的甲醛和一氧 化碳的浓度，利用初效过滤层、活性炭海绵和 TiO2 光催化剂层作为净化材料对实验室内空气中的污染物 进行净化。 初步试验结果表明： 该装置净化效果明显， 工作稳定、可靠，具备了实际应用的技术条件。关键词：动物学实验室 有害气体 净化 中图分类号： O631 文献标识码： A 文章编号： 1674-098X（2016）01（a）-0124-02随着我国高等教育

2、事业的飞速发展，实验室作为 本科生科学实践、研究生培养和教师科学研究的重要 场所，越来越得到了人们的重视。其中，以动物学实 验室为代表的生物类实验室更是在近年内发生了迅猛 扩增和质变，成为高校内继物理和化学类实验室之后 的最为重要基础实验室之一。同时，不容忽视的是， 随着该类实验室实验项目的增加、开放力度的加大， 实验室的空气环境污染问题也日益凸现。故该文特进 行了相关动物学实验室有害气体净化装置研究。1 动物学实验室有害气体净化装置工作原理 为满足在动物学实验室的空气净化要求，该文所 设计的净化装置采用模块化设计，具体由传感器、控 制器和空气净化机三部分组成。具体工作原理为，通 过污染气体传

3、感器采集实验室内的各种污染物的浓度 信号，并将该信号传输给以 STC12C5A60S2 单片机作 为核心元件的控制器。该控制器根据室内空气质量 标准GB/T18883-20026规定的阈值，控制空气净化 机涡轮风扇的开启，使气流流经空气净化机，以达到 净化空气的目的。2 动物学实验室有害气体净化装置部件设计（ 1 ）传感器的选择与电路设计： 该文采用半导体 型气敏传感器检测动物学实验室室内空气中的甲醛和 一氧化碳等典型污染气体，其采用的具体型号为 MQ135 甲醛传感器和 MQ-7 一氧化碳传感器。MQ135 和 MQ-7 传感器都是采用的高低温循环检 测方式，当检测甲醛和一氧化碳时，传感器的

4、电导率 随着空气中甲醛和一氧化碳浓度的增加而增加，并通 过转换电路实现将阻值率的变化，从而达到转换为与 该气体浓度相对应的输出的数字信号和模拟信号。（2）控制器组成与电路设计：控制器由STC12C5A60S2单片机和液晶显示器组成。该文所采 用的微处理器室STC12C5A60S2,属于51系列单片 机，具有工作电压稳定，内部集成专用复位电路等特 点，适用于该控制器的使用要求。液晶显示器为净化装置提供了直观的人机交互接 口，它可以及时为使用者提供净化装置所采集到的数 据信息，如室内甲醛和 CO 的含量。本净化装置的设 计采用 1602 型液晶显示器。（3）空气净化机设计： 该文采用多层过滤与光催

5、 化净化相结合的净化方式，进行空气净化机设计。即 该设计中的空气净化机采用初效过滤、活性炭过滤网 和 TiO2 光催化剂层相结合。其中初效过滤层能够过 滤直径大于5卩m的颗粒，它的过滤效率在90%以上, 活性炭海绵具有吸附作用，它的网状结构增大了污染 物的接触面积提高了吸附效率；空气经过初效过滤层 和活性炭海绵的过滤后，再利用 TiO2 光催化剂层的 光催化原理进一步对污染物进行净化。具体结构如图 1 所示。3 模拟净化试验与净化效果分析 为了对所设计的净化装置的功能和性能进行考核 验证，该研究在接近实际空间环境的模拟实验舱内进 行了相关测试。（1）试验方法。该试验采用对比试验，即一次为净化装

6、置不工作 的试验；另一次为净化装置工作的试验。净化装置不 工作的试验仅仅是检测密闭模拟实验舱中甲醛和 CO 的含量，作为第二次试验的对比参照。两次试验都是 选用二手烟作为主要的污染物，由于二手烟中含有甲 醛、CO等有害物质，因此它能在一定程度上模拟动 物学实验室室内空气中的污染物。（2）试验步骤。 首先进行净化装置都不工作的试验，断开控制 电路之间的接口； 将烟雾以一定的方式喷入相对密封的实验舱 中，观察液晶显示器上数据的变化， 并记录实验过程； 净化试验，首先重复步骤； 观察液晶显示器，当液晶显示器上甲醛与 CO 的含量的最大值与第一次大致相同时，快速连接控制 电路之间的接口； 记录实验过程

7、与数据，并进行相关分析。（3）试验结果与分析。依据试验结果，得到图 2。通过图 2 可以发现， 当空气净化装置工作时，甲醛和 CO 含量下降的程度 比净化装置没有工作时的下降程度明显增大。从而可 以证明，该文所设计的净化装置具有净化功能。 同时， 经过进一步的分析可以看出甲醛的浓度下降速率比 CO 的浓度速率下降快，证明该净化装置对甲醛的净 化效果好于对 CO 的净化效果。4 结语 该试验所研制的动物学实验室有害气体净化装 置，可以实现对多种有害气体的实时监测，净化效果 明显。该项研究为改善动物学实验室室内空气质量奠 定了良好的技术基础，在将其推广实际应用，还需在 该装置与室内其他空气调节设备协调工作的合理性设 计方面进行进一步研究。参考文献1 王杰，刘晓明 .高校实验室安全管理工作探讨 与对策研究J.实验室技术与管理，2010, 27 (3): 247