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  等離子被國際上稱作“21世紀環(huán)境科學(xué)的關(guān)鍵技術(shù)”之一，是集光、電、氧化于一體的新型空氣凈化技術(shù)。等離子學(xué)科是涉及高能物理、放電物理、放電化學(xué)、反應(yīng)工程學(xué)、高壓脈沖技術(shù)等領(lǐng)域的一門交叉學(xué)科。進入上世紀80年代后, 將低溫等離子體技術(shù)用于處理細菌病毒等微生物以及處理各類有害氣體等方面成為國內(nèi)外研究的熱點之一。與其他消毒以及有害氣體治理技術(shù)相比, 等離子體法具有效率高、能耗低、適用范圍廣等特點。

  目前市場上有標稱采用等離子技術(shù)開發(fā)的空氣消毒與空氣凈化產(chǎn)品，但是，這些產(chǎn)品是否符合等離子的特性要求?其指標、特性與其他技術(shù)比較，有什么優(yōu)點?其可能產(chǎn)生的臭氧濃度是否具有權(quán)威部門出具的安全報告?很多自己命名的等離子產(chǎn)品可能不是等離子，或者說是不合格的等離子產(chǎn)品。

  我們這里提到的空氣消毒與空氣凈化器主要是指用于室內(nèi)的產(chǎn)品，即在有人環(huán)境可以在連續(xù)工作的場景適合使用的產(chǎn)品，主要包括醫(yī)院、公共場所、幼兒園、學(xué)校、中央控制室、銀行、口岸、法醫(yī)檢驗、食品制造、醫(yī)藥制造、精密儀器等。室內(nèi)應(yīng)用與工業(yè)應(yīng)用有比較大的差別，等離子在工業(yè)廢氣中脫硫、脫銷、去除VOCs方面的應(yīng)用已經(jīng)有較長的歷史，在室內(nèi)應(yīng)用是近幾年開始發(fā)展起來的。

  等離子空氣消毒與空氣凈化產(chǎn)品的開發(fā)的要點主要為。

  一、等離子的定義與室內(nèi)空氣消毒與空氣凈化使用的等離子產(chǎn)品的特征

  發(fā)生電離的氣體統(tǒng)稱為等離子體(或稱為等離子態(tài))。等離子體(Plasma)是一種由自由電子和帶電離子為主要成分的物質(zhì)形態(tài)，廣泛存在于宇宙中，被視為是物質(zhì)的第四態(tài)。按此定義敘述，通過空氣電離產(chǎn)生的負離子、正負離子群(夏普提出的派力克)都屬于等離子范疇。等離子種類很多，應(yīng)用范圍很廣，我們這里敘述的室內(nèi)空氣消毒與空氣凈化的等離子產(chǎn)品與負離子、正負離子具有明顯的不同之處。

  等離子空氣消毒機與空氣凈化器的特征主要為：

  正離子與電子的數(shù)量大致相同，同時具有相當大的濃度，其密度大約為1014個~1018個m-3，即108個~1012個cm-3。負離子發(fā)生器產(chǎn)生的負離子濃度大約為106個~108個cm-3。

  二、等離子空氣消毒機與空氣凈化器發(fā)生等離子的主要方法

  室內(nèi)凈化消毒使用的等離子大致有兩種發(fā)生方法，一種是高壓脈沖電暈放電(Corona Discharge)方法;另一種是介質(zhì)阻擋放電(Dielectric Barrier Discharge，DBD)方法。

  采用高壓電離的靜電除塵器與用于室內(nèi)空氣凈化的靜電吸附消毒機，其電暈空間中都存在等離子區(qū)，但是這個等離子區(qū)很小，如果加上很高的電壓，空氣就會被擊穿，而且臭氧會劇增，即便如此，其等離子區(qū)仍然很小。高壓脈沖電暈放電方法是在直流高壓(2KV~6KV)基礎(chǔ)上加上脈沖高壓(20~25KV)，脈沖寬度為1μs，周期20ms的高壓，就能產(chǎn)生激烈的高頻率的電暈放電，空間氣體就會迅速成為高濃度的等離子體，但是其等離子區(qū)仍然不能達到整個電場空間。

  現(xiàn)在我國市場銷售的商業(yè)化的等離子消毒機大多數(shù)是高壓電離的靜電除塵器類型的，脈沖高壓的比較少。這種電離模式是否符合本文所述的等離子要求，需要大家進行判別的。

  另一種是介質(zhì)阻擋放電(Dielectric Barrier Discharge，DBD)方法。介質(zhì)阻擋放電(DBD)是一種被絕緣介質(zhì)阻擋層隔開的兩個電極之間的高壓放電，該絕緣介質(zhì)阻擋層一般覆蓋在電極上，也有懸掛于放電空間中，當在兩電極處施加交流電壓時，空間中氣體產(chǎn)生電離。一般是在一個玻璃容器中充惰性氣體以增高電離電壓。介質(zhì)阻擋放電可根據(jù)放電結(jié)構(gòu)分為兩類，即體積放電和表面放電。

  這兩種介質(zhì)阻擋放電方式的用于空氣凈化的產(chǎn)品目前都已經(jīng)商業(yè)化。

  三、等離子空氣凈化消毒機與凈化器的作用及其原理

  介質(zhì)阻擋放電等離子體在產(chǎn)生過程中會產(chǎn)生大量的強氧化性自由基，O、OH(羥基自由基)、HO2(過氧化氫自由基)，有機物高分子包括細菌病毒細胞受到高能離子碰撞，其分子鍵斷裂，形成碎片或降解成為小分子的基團，經(jīng)過一系列的反應(yīng)，最終可以氧化成為CO、CO2、H2O。等離子也被稱為分子擊斷技術(shù)。

  等離子空氣凈化消毒機與凈化器有很好的去除室內(nèi)空氣中的細菌病毒等微生物以及TVOC，包括甲醛、苯系物等污染物，有很好的除臭性能。

  四、等離子空氣凈化消毒機與凈化器的優(yōu)點與限制

  等離子空氣凈化消毒機與凈化器與吸附、吸收以及紫外線照射、靜電吸附等消毒因子比

  較，其主要優(yōu)點為：

  1、沒有耗材;

  2、殺死滅活細菌病毒，安全可靠;

  3、阻力小、能耗低;

  4、面速高、體積小;

  5、壽命長，CCM高。

  其限制使用的性能主要為：

  1、除顆粒物;

  2、臭氧發(fā)生量;

  3、一般在腔內(nèi)完成消毒凈化，不建議彌散在空間中。

  五、臭氧濃度限值

  所有的空氣電離凈化產(chǎn)品都受到釋放臭氧濃度的限制，等離子產(chǎn)品也受到限制。

  有關(guān)空氣消毒機與空氣凈化器臭氧釋放濃度限制的有2個標準。

  一個是《家用和類似用途電器的抗菌、除菌、凈化功能 空氣凈化器的特殊要求》GB 21551.3-2010。該標準規(guī)定的產(chǎn)品出風(fēng)口5cm處臭氧濃度的增加量不能超過0.1mg/m3。

  另一個是《家用和類似用途電器的安全 空氣凈化器的特殊要求》GB 4706.45。該標準第32條輻射、毒性和類似危險增加規(guī)定：電離裝置產(chǎn)生的臭氧濃度不應(yīng)超過規(guī)定的要求。通過下述試驗，確定是否合格：在一個密閉的房間內(nèi)進行試驗，房間的尺寸為2.5m×3.5m×3.0m。房間保持溫度約25℃、相對濕度50%，空氣凈化器以額定電壓通電24小時，如果拆除過濾器為較不利狀態(tài)，則應(yīng)該拆除過濾器。

  臭氧取樣管設(shè)置在距空氣凈化器出口50mm處的位置，試驗開始時先測量本底的臭氧濃度，然后將試驗在測得得最大濃度減去本底臭氧濃度。

  臭氧濃度百分比應(yīng)不超過5×10-6，即0.05PPM，合0.1mg/m3。

  如果安裝說明書規(guī)定空氣凈化器安裝的房間體積超過30m3，則測試房間應(yīng)相應(yīng)增加。

  現(xiàn)在市場是商業(yè)化的離子類空氣凈化器大多采用第一種方法檢驗臭氧發(fā)生量，實際上第二個標準才是空氣凈化器對于臭氧濃度強制性的安全的標準。

  第二個標準關(guān)于臭氧濃度釋放量的檢驗方法來源于美國，美國認為需要嚴格控制電離類空氣凈化器的臭氧釋放量，他們認為這個標準很難達到，以致于權(quán)威人士認為電離類空氣凈化器不應(yīng)該成為主流技術(shù)。

  我估計，第二個有關(guān)臭氧的安全標準在業(yè)內(nèi)鮮為人知，哪位先前已經(jīng)關(guān)注了請告訴我，哪位開發(fā)的或你使用的電離類空氣消毒機或空氣凈化器有第三方按第二個標準檢驗的也請告訴我，好嗎?

  六、新開發(fā)的等離子空氣凈化消毒機與空氣凈化器的性能指標

  計劃采用綜合技術(shù)開發(fā)一款新的等離子空氣凈化消毒機與空氣凈化器，其綜合性能指標要優(yōu)于目前市場上所有的商業(yè)化的同類產(chǎn)品。

  對于等離子空氣消毒機，其消毒性能應(yīng)該包括以下方面：

  1、在20立方米或30立方米氣霧室測試，人工發(fā)生高濃度白葡萄球菌，要求開啟空氣消毒機運行60分鐘，細菌去除率大于99.99%。

  2、在說明書規(guī)定的使用空間，比如150立方米測試，對于自然狀態(tài)的空氣中的自然菌，要求開啟空氣消毒機運行60分鐘，細菌去除率大于95%。(該指標很多產(chǎn)品測試方法有悖消毒技術(shù)規(guī)范，正確的測試方法應(yīng)當在說明書上規(guī)定的使用空間進行測試，而不一定是30立方米)

  3、本產(chǎn)品提出要求對機內(nèi)可能設(shè)置的過濾材料表面進行測試，致病菌應(yīng)該未檢出。(發(fā)起制定團體標準)

  4、本產(chǎn)品提出要求對使用環(huán)境的凈化半徑內(nèi)的物體表面進行檢測，表面細菌總數(shù)應(yīng)該小于5cfu/cm2，符合醫(yī)院消毒衛(wèi)生標準的要求，致病菌應(yīng)該未檢出。(發(fā)起制定團體標準)

  5、臭氧濃度應(yīng)該按《家用和類似用途電器的安全 空氣凈化器的特殊要求》GB 4706.45。該標準第32條測試合格。

  6、具有高效去除TVOC、甲醛與異味的功能，優(yōu)于同類產(chǎn)品，(發(fā)起制定團體標準)

  對于等離子空氣凈化器，其凈化性能應(yīng)該包括以下方面(所有的空氣凈化器產(chǎn)品都應(yīng)該有三高一低的第三方測試報告，凈化效率百分數(shù)的測試方法已經(jīng)成為過去)：

  1、顆粒物與甲醛CADR大于800m3/h;

  2、TVOC的CADR大于800m3/h;

  3、CCM達到高效級;

  4、凈化能效大于15m3/(h.W);

  5、噪聲(聲功率)小于60dB(A);

  6、臭氣濃度小于10(國家自然保護區(qū)空氣質(zhì)量)(發(fā)起制定團體標準)

  7、臭氧濃度應(yīng)該按《家用和類似用途電器的安全 空氣凈化器的特殊要求》GB 4706.45。標準第32條測試合格。

  8、除菌性能達到醫(yī)院消毒機的性能要求。

  目前，空氣凈化行業(yè)產(chǎn)品呈現(xiàn)出同質(zhì)化嚴重的狀態(tài)，該行業(yè)產(chǎn)品在去除氣態(tài)污染物、除臭、空氣殺菌消毒、表面病毒滅活、耗材、噪聲、能耗、凈化半徑等多方面出現(xiàn)瓶頸現(xiàn)象，我們經(jīng)過研究認為等離子技術(shù)的引入，有突破技術(shù)瓶頸的作用，我們希望采用先進等離子技術(shù)的空氣消毒與空氣凈化產(chǎn)品能夠為空氣凈化行業(yè)與市場帶來新的氣象。

文章來源：吳教授工作室