摘要： 以平板、旁通、折疊三種結(jié)構(gòu)形式的活性碳纖維過濾器為實驗對象，選擇甲醛和氨氣作為室內(nèi)典型污染物，以分光光度法測定在變風(fēng)量和變污染物濃度的條件下過濾器的吸附過濾效果；實驗數(shù)據(jù)的分析表明， 從綜合角度考慮， 平板式過濾器較為理想， 折疊式效率較高， 但阻力相對偏大， 而旁通式則效率偏低； 提出了一些對活性碳纖維過濾器的發(fā)展和改進有價值的建議。

　　關(guān)鍵詞： 過濾器； 室內(nèi)空氣品質(zhì)； 活性炭纖維； 吸附

　　隨著現(xiàn)代生活方式的改變， 城市人們在室內(nèi)停留的平均時間已經(jīng)占全天時間比例的 ９０％左右， 室內(nèi)空氣品質(zhì)日益受到重視。為了清除室內(nèi)空氣中對人體有害物質(zhì)， 通風(fēng)是一種非常有效的方法， 但是， 室外大氣污染日益嚴重， 有時甚至比室內(nèi)空氣更加不衛(wèi)生， 另外， 室內(nèi)外空氣交換需要大量的能源消耗， 因此， 用適當(dāng)?shù)那鍧嵖諝庵脫Q室內(nèi)的污染空氣才是更加合理的途徑。目前普遍使用的空氣過濾器只是過濾灰塵， 大多不具備清除有害氣體和細菌的功能， 成功分離低濃度的氣態(tài)污染物和細菌對改善室內(nèi)空氣品質(zhì)至為重要。

　　活性碳纖維對室內(nèi)氣態(tài)污染物具有很好的吸附性能， 將活性碳纖維過濾器應(yīng)用于民用建筑空調(diào)系統(tǒng)中， 在新風(fēng)量不變的條件下， 能使室內(nèi)空氣得到更全面的凈化。本文采用分光光度法測定， 對平板式、折疊式、旁通式三種結(jié)構(gòu)的過濾器分別對甲醛、氨氣的吸附性能進行了比較研究。

　　１ 活性炭纖維的比表面積和孔徑分布

　　與粒狀活性炭 ＧＡＣ（ Ｇｒａｎｕｌａｒ Ａｃｔｉｖａｔｅｄ Ｃａｒｂｏｎ） 相比， 活性炭纖維 ＡＣＦ（ Ａｃｔｉｖａｔｅｄ Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ） 在吸附性能方面更具備優(yōu)點：

　?。ǎ保?nbsp;吸附量大。ＡＣＦ 對有機蒸汽有較大的吸附量，對一些惡臭物質(zhì)， 如正丁基硫醇等吸附量比 ＧＡＣ 大幾倍到幾十倍， 對無機氣體， 如 ＮＯ２、ＳＯ２、Ｈ２Ｓ、ＮＨ３、ＣＯ、ＣＯ２、ＨＦ、Ｆ２ 等有很好的吸附能力。而且， 對微生物、細菌也有優(yōu)良的吸附能力， 如對大腸桿菌和Ｓｃｃｈａｒａｍｙｅｅｓ Ｃｅｒｅｖｉｓｉａｔｅ 的吸附率可達 ９４％－９９ ％。

　?。ǎ玻?nbsp;對低濃度吸附質(zhì)的吸附能力特別強。即使對ｐｐｍ 數(shù)量級吸附質(zhì)仍具備很高的吸附量， 而 ＧＡＣ 等吸附材料往往在低濃度時吸附能力大大降低。

　　（３） 吸附速度快。對氣體的吸附一般能在數(shù)十秒或數(shù)分鐘內(nèi)達到吸附平衡， 如 ＡＣＦ 對碘的吸附量只需幾十秒便達到平衡， 而 ＧＡＣ 則需要 １０４－１０５ｓ， 二者相差２－３ 個數(shù)量級。

　　吸附劑的孔徑分布與孔隙結(jié)構(gòu)對吸附性能有著重要影響， 決定了比表面積大小、吸附容量以及吸附質(zhì)組分的選擇分離性能。求吸附質(zhì)比表面積的方法有多種，如 ＢＥＴ 法、一點法、 點法等， 本文采用 ＢＡＳＩＣ 語言編 Ｂ寫了 ＡＣＦ 的比表面積和孔徑分布計算程序， 運用 ＢＥＴ法求比表面積 ＳＡ， 采用圓孔等效模型求纖維的孔徑分布。

　　在這里， 某種 ＡＣＦ 樣品質(zhì)量為 ０．９８ｇ， 實驗溫度為７７．３５ Ｋ， 方法是在裝有樣品的真空容器中， 充入氮氣， 并不斷測量容器中的氮氣壓力和 ＡＣＦ 樣品的質(zhì)量變化， 吸附過程與解吸過程的實驗數(shù)據(jù)如圖１所示， 孔徑分布計算結(jié)果如圖 ２ 所示， 比表面積的計算結(jié)果為： ＳＡ＝１２２４．８０６ｍ２／ｇ， 單分子飽和吸附量 Ｖｍ ＝２７５．３００４ｃｍ３／ｇ 。 

　　上述數(shù)據(jù)表明， 實驗用 ＡＣＦ 微孔（ ｒ＜１０ Ａ） 豐富，中孔（ １０ Ａ＜ｒ＜２５０ Ａ） 、大孔（ ｒ＞２５０ Ａ） 極少， 微孔分布呈單分散形， 在 ｒ ＝ ７Ａ?xí)r孔體積zui大， 能達到 ０．２２６１ ｍｌ／（ ｇ·Ａ） 。另外， 解吸曲線與吸附曲線非常貼近， 說明孔的形狀也極其規(guī)則。這些特點對 ＡＣＦ 吸附祛除低濃度、小分子氣態(tài)污染物非常有利。

　?。?nbsp;ＡＣＦ 過濾器的實驗研究

　?。玻?nbsp;ＡＣＦ 過濾器的樣品制作

　　選用的ＡＣＦ 材 料 的 基本技術(shù)參數(shù)如表１所示，從上述靜態(tài)吸附實驗來看， 其吸附性能良好。

　　在設(shè)計過濾器時， 應(yīng)盡量增大吸附接觸面積，這有利于提 高 吸 附 性 能和降低阻力。為了對不同結(jié)構(gòu)的 ＡＣＦ 過濾器進行綜合比較， 制作了三種結(jié)構(gòu)形式的過濾器， 即： 平板式、旁通式、折疊式， 其主要結(jié)構(gòu)參數(shù)如表 ２ 所示。

　　２．２ ＡＣＦ 過濾器的實驗研究

　?。粒茫?nbsp;過濾器吸附性能測試所述方法進行， 因為測試方法和程序比較成熟， 過程敘述比較繁復(fù)， 具體的實驗過程這里不再贅述。

　　測試氣體選用氨氣和甲醛蒸氣， 氨氣有強刺激性氣味， 以此檢驗過濾器驅(qū)除異味的能力； 而甲醛本身就是室內(nèi) ＶＯＣｓ 的典型代表； 另外， 這兩種氣體的發(fā)生相對來說比較容易， 測試方法也比較成熟。ＡＣＦ 過濾器的吸附效率受多種因素的影響， 如溫度、相對濕度、氣流速度、污染物濃度等。此次測試主要確認氣態(tài)污染物的濃度、氣流速度對吸附過程的影響情況， 同時也獲得三種過濾器的吸附效率、阻力特性比較。

　　三種過濾器對甲醛蒸氣的吸附效率比較如圖 ３ 所示， 測試過程中， 風(fēng)量控制在（ １５０±５．０） ｍ３／ｈ 范圍內(nèi)波動， 甲醛蒸氣初始濃度控制在（ ２５±３） ｐｐｍ 范圍內(nèi)。

　　可見， 初始效率zui高的是折疊式過濾器（ ６９．３％） ，其次是平板式過濾器（ ５６．２％） ， zui低的是旁通式過濾器（ ２９％） ， 從初始效率來看， 三種過濾器對甲醛的吸附效率都不是很高。折疊式過濾器的吸附效率下降得比另外兩種過濾器都要快得多， 原因是它裝填的活性炭材料相對其它兩種過濾器要少， 分別為平板式的５９％， 旁通式的 ４２％。

　　三種過濾器對氨氣的吸附效率比較如圖 ４ 所示，測試過程中， 風(fēng)量控制在（ １５０±５．４） ｍ３／ｈ 范圍內(nèi)波動，氨氣初始濃度控制在（ ２５±２．６） ｐｐｍ 范圍內(nèi)。

　　可見， 初始效率zui高的仍然是折疊式過濾器８９．２％） ， 其次是平板式過濾器（ ８２．４％） ， zui低的是旁通式過濾器（ ３６．９％） ， 從初始效率來看， 三種過濾器對氨的吸附效率比較對甲醛的吸附效率高， 說明 ＡＣＦ 過濾器的吸附性能具有一定的選擇性。

　　對三種過濾器在不同迎面風(fēng)速下的阻力進行了測試， 并用指數(shù)方程進行擬合， 擬合曲線如圖 ５ 所示。

　　旁通式阻力zui小， 折疊式阻力zui大， 平板式次之。

　　采用濾膜稱重法對三種過濾器的除塵效率進行測試 如表 ３） 。模擬塵使用滑石粉， 采樣流量為 １０ Ｌ／ｍｉｎ，采樣時間為 ５ｍｉｎ?？梢姡?nbsp;三種過濾器的除塵效率相差不大， 旁通式平均效率略低。

　　圖 ６ 是不同風(fēng)量條件下， 平板式過濾器對氨的吸附效率比較， 初始濃度為（ ２５±２．２） ｐｐｍ， 圖 ７ 是不同濃度條件下， 平板式過濾器對氨的吸附效率比較， 風(fēng)量為１５３±４．９） ｍ３／ｈ。圖 ６ 表明， 氣流速度增加， ＮＨ３ 與吸附材料的接觸時間減少， 吸附效率下降； 圖 ７ 表明， 進口污染物濃度增加時， 吸附效率也下降， 但濃度的影響相對沒有風(fēng)量的影響顯著。因此， ＡＣＦ 過濾器的吸附效率并不是一個固定值， 對某一個過濾器指出其對某種氣體的吸附效率時， 必須同時指出其測定條件。

　?。?nbsp;結(jié)語

　　三種活性炭纖維（ ＡＣＦ－ Ａｃｔｉｖａｔｅｄ Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ） 過濾器的吸附效率、阻力、和濾塵效率實驗數(shù)據(jù)為過濾器的設(shè)計和選用提供了參考數(shù)據(jù)。從綜合角度考慮， 平板式過濾器相對較為理想， 其各項性能參數(shù)都比較高； 但平板式過濾器加工工藝簡單， 有利于批量生產(chǎn)和降低成本。折疊式效率較高， 但阻力相對偏大， 而旁通式則效率偏低， 因此， 要直接應(yīng)用于舒適性空調(diào)尚需改進。

　　本實驗研究采用的比色法， 從采樣到獲得數(shù)據(jù)約需 １ｈ， 顯得煩瑣而缺乏靈活性， 建議采用化學(xué)傳感器檢測儀器， 以減少人為誤差， 同時能及時獲得數(shù)據(jù)， 有利于對發(fā)生源進行調(diào)整。另外， 建議使用有變頻控制的軸流風(fēng)機， 更好地控制風(fēng)量。

　　由于室內(nèi)氣態(tài)污染物種類繁多， 當(dāng)用 ＡＣＦ 過濾器凈化室內(nèi)空氣時， 存在多種氣態(tài)污染物競爭吸附行為，對此進行進一步的分析和研究是很有意義的。

來源：中國過濾網(wǎng)