等離子被國際上稱作“21世紀(jì)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(jìn)入上世紀(jì)80年代后, 將低溫等離子體技術(shù)用于處理細(xì)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(diǎn)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(diǎn)。

  目前市場上有標(biāo)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(biāo)、特性與其他技術(shù)比較，有什么優(yōu)點(diǎn)?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(bào)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(yàn)、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(diǎn)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(fù)離子、正負(fù)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(fù)離子、正負(fù)離子具有明顯的不同之處。

  等離子空氣消毒機(jī)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(shí)具有相當(dāng)大的濃度，其密度大約為1014個(gè)~1018個(gè)m-3，即108個(gè)~1012個(gè)cm-3。負(fù)離子發(fā)生器產(chǎn)生的負(fù)離子濃度大約為106個(gè)~108個(gè)cm-3。

  二、等離子空氣消毒機(jī)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(jī)，其電暈空間中都存在等離子區(qū)，但是這個(gè)等離子區(qū)很小，如果加上很高的電壓，空氣就會(huì)被擊穿，而且臭氧會(huì)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(huì)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(dá)到整個(gè)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(jī)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(jìn)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(gè)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(dāng)在兩電極處施加交流電壓時(shí)，空間中氣體產(chǎn)生電離。一般是在一個(gè)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(jī)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(huì)產(chǎn)生大量的強(qiáng)氧化性自由基，O、OH(羥基自由基)、HO2(過氧化氫自由基)，有機(jī)物高分子包括細(xì)菌病毒細(xì)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(tuán)，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(jī)與凈化器有很好的去除室內(nèi)空氣中的細(xì)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(jī)與凈化器的優(yōu)點(diǎn)與限制

  等離子空氣凈化消毒機(jī)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(diǎn)為：

  1、沒有耗材;

  2、殺死滅活細(xì)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(jī)與空氣凈化器臭氧釋放濃度限制的有2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。

  一個(gè)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(biāo)準(zhǔn)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(gè)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(biāo)準(zhǔn)第32條輻射、毒性和類似危險(xiǎn)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(yàn)，確定是否合格：在一個(gè)密閉的房間內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)，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(shí)，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(yàn)開始時(shí)先測量本底的臭氧濃度，然后將試驗(yàn)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(yàn)臭氧發(fā)生量，實(shí)際上第二個(gè)標(biāo)準(zhǔn)才是空氣凈化器對于臭氧濃度強(qiáng)制性的安全的標(biāo)準(zhǔn)。

  第二個(gè)標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于臭氧濃度釋放量的檢驗(yàn)方法來源于美國，美國認(rèn)為需要嚴(yán)格控制電離類空氣凈化器的臭氧釋放量，他們認(rèn)為這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)很難達(dá)到，以致于權(quán)威人士認(rèn)為電離類空氣凈化器不應(yīng)該成為主流技術(shù)。

  我估計(jì)，第二個(gè)有關(guān)臭氧的安全標(biāo)準(zhǔn)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(jī)或空氣凈化器有第三方按第二個(gè)標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)的也請告訴我，好嗎?

  六、新開發(fā)的等離子空氣凈化消毒機(jī)與空氣凈化器的性能指標(biāo)

  計(jì)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(jī)與空氣凈化器，其綜合性能指標(biāo)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(jī)，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(jī)運(yùn)行60分鐘，細(xì)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(jī)運(yùn)行60分鐘，細(xì)菌去除率大于95%。(該指標(biāo)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(dāng)在說明書上規(guī)定的使用空間進(jìn)行測試，而不一定是30立方米)

  3、本產(chǎn)品提出要求對機(jī)內(nèi)可能設(shè)置的過濾材料表面進(jìn)行測試，致病菌應(yīng)該未檢出。(發(fā)起制定團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn))

  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(jìn)行檢測，表面細(xì)菌總數(shù)應(yīng)該小于5cfu/cm2，符合醫(yī)院消毒衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的要求，致病菌應(yīng)該未檢出。(發(fā)起制定團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn))

  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(biāo)準(zhǔn)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(tuán)體標(biāo)準(zhǔn))

  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(bào)告，凈化效率百分?jǐn)?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(dá)到高效級(jí);

  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(hù)區(qū)空氣質(zhì)量)(發(fā)起制定團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn))

  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(biāo)準(zhǔn)第32條測試合格。

  8、除菌性能達(dá)到醫(yī)院消毒機(jī)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(yán)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(rèn)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(jìn)等離子技術(shù)的空氣消毒與空氣凈化產(chǎn)品能夠?yàn)榭諝鈨艋袠I(yè)與市場帶來新的氣象。

文章來源：吳教授工作室