功能性空调过滤器材料的性能实验研究

第２３卷第５期２００９年１０月制冷与空调ＲｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎａｎｄＡｉｒＣｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ、，０１．２３Ｎｏ．５Ｏｃｔ．２００９．８５～８８文章编号：１６７１．６６１２（２００９）０５．０８５．０４功能性空调过滤器材料的性能实验研究唐易达（西南科技大学绵阳【摘要】６２１０１０）开创性地把光催化技术和微胶囊相变材料技术有机地结合起来，开发了纳米微胶囊相变功能型空调过滤器材料，在对它的杀菌效果和调温等性能研究的基础上，分析了空调过滤器的过滤机理，设计了实验流程，参照ＡＮＳＩ／ＡＨＡＭＡＣ—１．１９８８标准建造了实验室，对功能型空调过滤器过滤效率进行了实验。最后对实验结果进行了一定的分析，并展望了功能型空调过滤器材料的应用前景。【关键词】中图分类号光催化；微胶囊相变材料；功能型空调过滤器；过滤效率ＴＢ３４文献标识码ＡＳｔｕｄｙｏｆＮａｎｏｍｅｔｅｒａｎｄＭｉｃｒｏｅｎｃａｐｓｕｌａｔｅＰｈａｓｅＣｈａｎｇｅＡｉｒｃｏｎｄｉｔｉｏｎｎｉｎｇＦｉｌｔｅｒＭａｔｅｒｉａｌｓ乃ｎｇＹｉｄａ（ＳｏｕｔｈｗｅｓｔＩｎｓｔｉｔｕｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｍｉａｎｙａｎｇ，６２１０１０，Ｃｈｉｎａ）［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｅｇｒａｔｅｓｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｉｓｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄｍｉｃｒｏｅｎｃａｐｓｕｌａｔｅｐｈａｓｅｃｈａｎｇｅｍａｔｅｒｉａｌｓｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｔｏａｉｒｃｏｎｄｉｔｉｏｎｎｉｎｇｆｉｌｔｅｒｓ．ＲｅｓｅａｒｃｈｅｄｔｈｅＮａｎｏ—ｐｈａｓｅｃｈａｎｇｅｆｕｎｃｆｏｎＭｆｉｌｔｅｒｍａｔｅｒｉａｌｓ．Ｂａｓｅｄｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆａｉｒｏｎｔｈｅｓｔｕｄｙｏｆｔｅｓｔ［ｅｃｌａｎｄａｎａｌｙｚｅｄｔｈｅａｎｔｉｂａｃｔｅｒｉａｌａｎｄｒｅｇｕｌａｔｉｎｇｔｏｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ａｎａｌｙｚｅｄｏｆｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇｆｉｌｔｅｒ，ｄｅｓｉｇｎｅｄｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｉｏｎ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｈｅＳｔａｎｄａｒｄＡＮＳＩ／ＡＨＡＭｆｉｌｔｅ娼．ＡｔＡＣ一１－１９８８，Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｔｈｅｌａｂｏｒａｔｏｒｙ，ａｎｄＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔｅｄｔｈｅｆｉｌｔｅｒｏｆｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆＭｕｌｔｉｆｕｎｅｔｉｏｎａｌｆｕｔｕｒｅｏｆａｉｒｃｏｎｄｉｔｉｏｎｎｉｎｇｌａｓｔ，ａｎａｌｙｚｅｄｔｈｅｒｅｓｕＲＭｕｌｔｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌａｉｒｃｏｎｄｉｔｉｏｎｎｉｎｇｆｉｌｔｅｒｓ，ｐｒｏｓｐｅｃｔｅｄｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｆｉｌｔｅｒｍａｔｅｒｉａｌｓ，ａｎｄＳＯｏｎ．［Ｋｅｙｗｏｒｄｓ］Ｎａｎｏ—ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｉｓ：Ｍｉｃｒｏｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｐｈａｓｅｃｈａｎｇｅｍａｔｅｒｉａｌｓ；Ｍｕｌｔｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌａｉｒｃｏｎｄｉｔｉｏｎｎｉｎｇｆｉｌｔｅｒｓ；Ａｉｒ０引言近年来，室内空气品质成为科学研究的一个热点，开发一种在去除颗粒物的同时更能杀死空气中的细菌、病毒、去除ＶＯＣｓ并具有良好过滤效率的功能犁空调过滤器材料，成为当前研究的前沿课题…。光催化净化技术是近年来兴起的一种高科技前成对环境无二次污染的无机小分子，从而达到净化空气的目的。为了增大纳米材料的比表面积，使得纳米的光催化能力和吸收环境能量的能力增强，产生更多的羟自由基和活性氧离子，增加纳米光催化杀菌的效果。本文将纳米光催化技术和微胶囊相变技术进行有机结合ｆ４】，并应用于空调过滤器上，成为一种新型的纳米微胶囊相变功能型空凋过滤器材料（简称功能型空调过滤器材料）。功能型空调过滤器是指具有某些特殊的、不同于一般的空调过滤器所固有的性能，能满足特定行业、领域对空气过滤材料特殊功能需求的过滤器ｌ川。沿净化技术【２儿３１，在紫外线照射下，半导体纳米粒子能够发生电子跃迁，产生活泼的价带空穴和导带电子，这种电子、空穴对和周围的水、氧气发生作用后，能产生有高氧化性能的自由基，能直接分解空气中的甲醛、苯、氨等污染物，同时能够杀死细菌、病毒等具有蛋白质结构的微生物，并将其分解本实验的功能型空调过滤器材料由微胶囊相交材作者信息：唐易达（１９７６一），男，硕士，讲师。收稿日期：２００９．０２．２５万方数据究其原因有如下几点：1.个人品味不高。2.利益驱动，为了获取佣金，将次品推荐给读者。3.没有精品，为了换取好的排名而以多取胜，商品数量直追淘宝网商城。违背了导购的初衷。・８６・制冷与空调２００９盔料、纳米氧化锌（ＺｎＯ）作为基本成分，其中微胶囊相变材料浓度分别以６０９ＦＬ、１２０９／Ｌ作为实验浓度；选用涤纶针刺毡作为过滤材料的基材（微观结构见图１），经过后浸渍法把微胶囊相变材料与纳米ＺｎＯ复合的功能性材料处理到涤纶上，经过功能性整理后，得到以涤纶针刺毡为基材的纳米ＺｎＯ微胶囊相变空凋过滤器材料，即功能型空调过滤器材料（微观结构见图２）。图ｌ普通空调过滤器材料的ＳＥＭ图图２功能型空调过滤器材料的ＳＥＭ图本文在对功能犁空调过滤器材料的制备、杀菌和去除ＶＯＣｓ等性能实验研究的基础上怕１，通过实验，研究此过滤材料对空气过滤效率的影响。１过滤效率测试用试验室及其设备目前国际上测量空调过滤器（洁净机）的过滤效率的标准主要有ＡＮＳＩ／ＡＨＡＭＡＣ．１—１９８８，ＡＮＳＩ／ＡＳＨＲＡＥ５２．１一１９９２，ＪＩＳ９６１５，ＪＥＭｌ４６７等一川Ｊ。ＡＮＳＩ／ＡＨＡＭＡＣ一１为美国家电制造协会所定的空气洁净机测试标准。ＡＨＡＭＡＣ一１为测量空气洁净机滤网及送回风设计所造成的整体洁净效率，并以ＣＡＤＲ（ＣｌｅａｎＡｉｒＤｅｌｉｖｅｒｙＲａｔｅ）量化不同窀气洁净机间的性能，ＣＡＤＲ差异可知其性能优劣，这为欧美厂家广泛采用的空气洁净机性能测试方法，也是本实验参照的标准。实验用主要设备见表１。万方数据表１实验用主要设备一览表材繁≯型号及尺寸参照标准原位聚合法实訾小２ｘ２ｘ１．６米（自建）ＡＮＳＩ，ＡＨＡＭＡＣ．１．１９８８标准实验装置大金（改装）ＡＮＳＩ，ＡＨＡＭＡＣ．１．１９８８标准测量仪Ａｅｍ８０１Ｍ８５０２ｎＯｉｔｏ。Ｍｏｄｅｌ循环风扇ＫＹＴ３０一Ｌ１（美的）风速小于１５ｍ／ｓＡＮＳＩ，ＡＨＡＭ测量尘香烟中２．微５１ａ粒ｍ和１０¨ｍＡＣ．１．１９８８标准１．１建造试验室参照美国家电协会ＡＮＳＩ，ＡＨＡＭＡＣ．１—１９８８图３建造的试验室１．２实验装置及流程设计图４空气洁净机依据ＡＮＳＩ／ＡＨＡＭＡＣ．１—１９８８标准，为了评标准。我们建造的试验室尺寸为２ｘ２ｘ１．６米。为了减少试验气体对的吸附作用，室内四周用不绣钢板，外面用木板包覆。为了方便观察，在旁边开了一个透明的观察窗，采用密封性能很好的门，这样使空气泄漏率小于０．０５／１１。实验室结构如图３所示。价空气清新机的空气洁净机滤网及送回风设计所造成的整体洁净效率，我们使用了一台大金的空气清新机作为实验的基本设备（见图４）。根据实验流程设计要求，我们对该空气清新机进行改装，改第２３卷第５期唐易达，等：功能性空调过滤器材料的性能实验研究・８７・装成具有初过滤，静电除尘，功能性过滤材料，紫外灯等结构的空调过滤器材料实验装置（流程见图５）。在做实验时，把预过滤去掉，关闭静电除尘器，这样就只有过滤器材料和紫外灯这两音骼分工作，测得的除尘效果就是过滤器材料的除尘效果。图５洁净机内的实验流程１．３测尘仪图６测尘仪空气污染物浓度的测定用美国ＴＳＩ公司的ＡｅｒｏｓｏｌＭｏｎｉｔｏｒＭｏｄｅｌ８５２０测尘仪（见图６）。它是便携式的，激光光度计式的数字空气微粒浓度的检测仪。该仪器有一个可连接管子的进气口，在测试的过程中，能够实现实验人员在实验室外进行操作，完成空气采样和数据记录的要求。在颗粒物性质一定的条件下，颗粒物的散射光强度正比于质量浓度的理论，该仪器首先检测到颗粒物的散射光强，然后将散射光强度转换成转换成脉冲计数即可测定出颗粒物的相对质量浓度。１．４试验尘ＡＮＳＩ／ＡＨＡＭＡＣ．１～１９８８标准里规定了香烟和花粉作为试验尘。本实验采用香烟作为试验尘源。香烟的成分非常复杂，粒径从０．３～ｌｏ∥ｍ之间。我们测定了香烟中２．５Ⅳｍ和１叩ｍ的尘埃。１．５实验装置的布置本实验参照ＡＮＳＩ／ＡＨＡＭＡＣ．１．１９８８的标准，对普通过滤器材料和功能型过滤材料咐过滤效率进行检验，验证经过功能性处理后的过扔基材料的过滤性能是否有所提高。该标准规定在做实验时，把实验装置放在实验室的中间。为了减少短路系数，把循环风扇对着实验装置的出风口，把涣哺尘仪放在实验装置的出风口的旁边，方便更好地澳嘎出过滤效果１１２１。实验布置如图７所示。万方数据图７实验室内装置的布置２过滤效率的实验步骤及结果分析２．１实验步骤（１）自然浓度衰减：在试验室内点燃香烟，当室内的香烟的浓度达到约０．６ｍｇ／ｍ３时，熄灭香烟；打开循环风扇，让香烟在室内均匀分布；一分（２）自然浓度衰减结束后，用过滤器过滤室内的空气，直到室内微粒的浓度小于Ｏ．Ｏｌｍｇ／ｍ３为（３）在实验室内点燃香烟，当室内香烟的浓（４）分别把装有普通过滤材料和功能型过滤（５）打开循环风扇，让香烟在室内均匀分布；（６）开启装有过滤材料的空气洁净机，打开重复上述的实验３次，每次实验结束后，都要在过滤香烟中ＰＭ２．５微粒的实验中，功能型（ｎｏｒｍａｌ），而功能型空调过滤器材料中ＰＣＭ的浓钟后，关闭风扇，测尘仪每两分钟读一次数据，共采样ｌＯ个数据。止，然后用蒸馏水冲洗实验室，避免有气体吸附在实验室的四壁。度达到约０．６ｍｇ／ｍ３时，熄灭香烟。材料的空气洁净机放在实验室的中央，旁边放除尘仪和循环风扇。实验装置布置如图７所示。一分钟后，关闭风扇。紫外灯，空气的风量确定在４２０ｍ３／ｈ，每两分钟读取一次数据，共采样１０个数据。用过滤器过滤室内空气，让室内香烟尘的浓度小于Ｏ．Ｏｌｍｇ／ｍ３，且用蒸馏水冲洗实验窀。２．２实验验结果与分析２．２．１实验结果空调过滤器材料的过滤效率（ＺｎＯ＋ＰＣＭ６０９／Ｌ和ＺｎＯ＋ＰＣＭｌ２０９／Ｌ）明显高于普通的过滤器材料度对去除ＰＭ２．５微粒基本没影响（见图８）：在过滤香烟中ＰＭ２．５微粒的实验中，功能型空调过滤器材料的过滤效率（ＺｎＯ＋ＰＣＭ６０９／Ｌ和ＺｎＯ＋ＰＣＭｌ２０９／ｌ＿，）略高于普通的过滤器材料（ｎｏｒｍａｌ），・８８・制冷与空调２００９缸功能型空调过滤器材料中ＰＣＭ的浓度对去除ＰＭｌ０微粒也没大的影响（见图９）。同时发现，在实验的前段时间里，不同过滤器材料的过滤效果基本相同，但是经过的时间越长，功能型空调过滤器的过滤效果就越显著地体现出来。８５４３一Ｅｇ，２１０～、；№如弧珏龆＊Ｔ州‘ｍ‘ｎｌ图９不同空调过滤器材料去除ＰＭｌ０效果２．２．２结果分析通过空气过滤效率实验，我们发现：（１）功能型空调过滤器材料影响了空气过滤材料的填充率，提高了惯性效率和拦截效率；（２）功能型空调过滤器材料中的氧化锌在紫外光的作用下，产生了大量的电子和空穴，这些电子和空穴与空气中的水和氧气发生发应，生成过氧化氢自由基（Ｈ０２．）和氢氧自由基（．ＯＨ），过氧化氢自由基、氢氧自由基和挥发性有机化合物发生发应生成水和氢气，即：将ｖｏＣｓ分解成为对环境无二次污染的无ＣＬｄ，分子；（３）在添加了微胶囊相变材料后，增加了纳米ＺｎＯ的比表面积，有效地提高了纳米ＺｎＯ的光催化效果，从而使纳米ＺｎＯ降解ＶＯＣｓ和除尘的能力加强。总结以上３点，得出功能型空调过滤器比普通空调过滤器具有更好的过滤效果，功能型过滤材料中的ＰＣＭ浓度对过滤器的除尘效果没有大的影响，但它对杀菌和分解ＶＯＣｓ具有增强效果（是纯纳米氧化锌的７—８倍左右）．【引。３结束语纳米光催化技术和微胶囊相变技术有机结合起来，开发出的纳米微胶囊相变功能型空调过滤器材料，在基本不影响过滤器其它性能的基础上，具万方数据有强劲的抗、杀菌及分解ＶＯＣｓ效果，并且对空调过滤器的过滤除尘能力也有所增强，能有效地提高室内的空气品质。本复合材料的造价便宜，在宅气调节领域具有广泛的应用价值。参考文献：【１】沈晋明．室内空气品质的评价［Ｊ】．暖通空调，１９９７，２７（４）：４—８．［２】Ｖ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