中山市港联华凯电器制品有限公司528443
摘要：目前采用的室内空气污染的净化方法有通风换气式、过滤式、吸附式等，但在可处理污染物颗粒大小、处理效率、处理毒害气体及杀菌等方面，传统方法已无法满足要求。静电收集、臭氧氧化、气相过滤等新方法应运而生。
关键词：等离子体；室内空气；净化技术
引言
本文介绍了结合光催化及静电集尘的高压脉冲放电等离子体室内空气净化基本原理和各种装置的效率、特点和智能控制系统结构。展望了等离子体空气净化技术研究的前景，并指出存在问题。
一、等离子体空气净化的能力和反应机理
用高压放电等方法可在常温常压下获得非平衡等离子体，大量高能电子的轰击，产生-O和-OH等活性粒子，一系列反应使有机物分子最终降解为CO、HO，伴随的紫外光辐射还有杀菌消毒的功效。这种等离子体净化法可净化的污染物尺寸达nm级，比传统方法下降了几个数量级。
产生非平衡等离子体的反应器常用线板电极结构，施加交、直流或脉冲高压到电极上，在极不均匀电场作用下气隙产生稳定电晕放电而不击穿。电晕区内污染空气净化的主要反应如下：
其中VOCs为挥发性有机物，PM为微小粒子，为碳氢化合物，ROS为活性氧类。光催化可提高其效率。多相光催化剂抗氧化和光腐蚀、稳定无毒、催化活性高、价廉，近十年来应用迅速扩展。采用纳米甚至量子级可增加表面光生载流子的浓度，减小迁移到表面的强还原力电子与强氧化力空穴复合几率，增大比表面积，以利于反应物吸附而增大反应几率，但悬浮式难回收、易中毒，负载型光催化反应器则较优，采用先进负载技术的催化效率更高。
二、与静电收集器结合的空气净化装置
2.1等离子体反应与静电吸附结合的净化系统
交流高压产生等离子体要求电压较高、效率较低，但电路简单，易实现。静电吸附部分滤除前面未能处理的大尺寸粒子。
试验表明在频率60Hz、峰值20kV交流高压的作用下，配以光催化的该等离子反应器对乙醛的一次净化效率>90%，除臭效果显著。二段式静电吸附装置的结构见图8。离子化部分的直流电晕放电可产生大量离子，吸附悬浮粒子。吸附后在静电场库伦力或热扩散作用下以一定的迁移速度进入收集单元，对>2Lm的粒子静库伦力起主要作用，而<0.2Lm的粒子热扩散起主要作用。静电收集部分为板-板结构，正极平板外包有绝缘层，以防电极产生火花放电。该电极收集离子化部分吸附的粒子。碳过滤网可加在装置尾部，也可置于等离子体反应器前。
用等离子体反应与静电吸附结合拓宽了净化粒子范围，系统耗电少，电流密度<0.3mA/m；但初期投资较大。干燥时净化效率比潮湿时高，因水分子较多时，有较大部分能量用于分解水。
2.2悬浮粒子在电场中的运动和静电收集效率
离子吸附粒子后在静电场库伦力FE=QE（Q为粒子电荷，E为电场强度））或热扩散作用下以一定的迁移速度进入收集单元。且对库仑力有，其中X为迁移速度，m/s；校正系数
C=1+2.54（K/d）-0.8（K/d）exp（-0.55d/K）气体分子的平均自由行程K=6.61@10（T/293）（101.3@10/P），m；L为粘滞系数，Pa#s；d为粒子直径，m；T为温度，K；p为压强，Pa。E为真空介电常数；F/m；E为悬浮粒子物质的介电常数，F/m；k为波尔兹曼常数，J/K；e为电子电量，C。
对热扩散有X=（4E0k/Le）TeCm
静电收集器的收集效率G=1-exp（-XA/q），其中q为气体流速，m/s；A为收集电极的面积，m。收集效率与电极几何尺寸、被吸附粒子的性质等因素有关，许多学者对这一公式做了修正，例如：G=1-exp（-XLK/v0b），其中L为电极在收集方向上的长度，v0为气体运动速度，K为测量的矫正系数，c为电极放电的长度。
2.3空气净化装置的智能控制
智能控制的空气清净机通过传感器组检测空气中的粉尘和有机污染物浓度等，控制器根据手动或自动控制指令和传感检测信号及最优控制策略，发出指令控制等离子反应器及风机的运行，并实时显示空气净化结果。系统的空气循环净化回路包括过滤、光催化、等离子体反应、紫外光杀菌消毒、静电集尘等环节，可实现对家居、办公等室内空气快速分子级净化。
等离子空气清净机主要包括：等离子空气净化、光电化学催化降解、分子级除嗅低阻精滤（ULPA）、紫外光杀菌消毒、传感融合、智能检测控制、超低噪声、清洁生产等技术。
三、等离子体空气净化技术研究的展望
（1）反应器分析的手段
直接决定高能电子产生的是脉冲放电区域电磁场分布和参数，这与反应器设计、脉冲电压参数等有关。场是非静态和非均匀的，又有等离子体产生、电晕放电乃至弧光放电等变化，使电磁场理论分析计算非常复杂，但其是放电处理过程研究和反应器优化等一系列工作的基础，有待深入进行。
（2）处理效率提高的瓶颈
大量高能电子的不断产生是等离子体反应高效进行的关键，陡前沿高压窄脉冲建立短持续时间的电场，能量被有效分配给小惯量的电子，使加速获得高能。脉冲电压的高幅值虽有利于电子动能的提高，但受到击穿电压的制约，所引起的温升则是另一个不利因素。新型反应器及电源的设计和组合是解决出路之一。
（3）光催化剂的施加
加光催化剂可有效加速原有等离子体反应，但施加方法及光催化剂载体的结构、与电极的关系、乃至光源形态参数，都将影响其效率。
（4）反应器结构的创新
线-板或线半筒反应器仍被大量采用，但填充式反应器也崭露头角，新型或结合方式及多级反应器正在涌现。
（5）模块化小型轻量化
结束语：机械优化设计在传统机械设计的基础上，结合了大量的先进科学得到了高效的设计方法，大大提高了机械设计的质量和速度，随着数学理论和计算理论的发展，机械优化设计方法也在不断更新，思维更加开阔，各种设计方法也都得到了不同程度的完善。所以机械优化设计不但要深化工程设计理论，更要结合多种学科打开更加广阔的发展未来。
参考文献
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