各种空气过滤器效果的对比

随着现代生活方式的改变，城市人们在室内停留的平均时间已经占全天时间比例的９０％左右，室内空气品质日益受到重视。为了清除室内空气中对人体有害物质，通风是一种非常有效的方法.但是，室外大气污染日益严重，有时甚至比室内空气更加不卫生，另外，室内外空气交换需要大量的能源消耗，因此，用适当的清洁空气置换室内的污染空气才是更加合理的途径。目前普遍使用的空气过滤器只是过滤灰尘，大多不具备清除有害气体和细菌的功能，成功分离低浓度的气态污染物和细菌对改善室内空气品质至为重要。活性碳纤维对室内气态污染物具有很好的吸附性能，将活性碳纤维过滤器应用于民用建筑空调系统中，在新风量不变的条件下，能使室内空气得到更全面的净化。本文采用分光光度法测定，对平板式、折叠式、旁通式三种结构的过滤器分别对甲醛、氨气的吸附性能进行了比较研究。

１活性炭纤维的比表面积和孔径分布与粒状活性炭相比，活性炭纤维在吸附性能方面更具备优点：吸附量大。ＡＣＦ对有机蒸汽有较大的吸附量，对一些恶臭物质，如正丁基硫醇等吸附量比ＧＡＣ大几倍到几十倍，对无机气体，如ＮＯ２、ＳＯ２、Ｈ２Ｓ、ＮＨ３、ＣＯ、ＣＯ２、ＨＦ、Ｆ２等有很好的吸附能力。而且，对微生物、细菌也有优良的吸附能力.2.对低浓度吸附质的吸附能力特别强。即使对ｐｐｍ数量级吸附质仍具备很高的吸附量，而ＧＡＣ等吸附材料往往在低浓度时吸附能力大大降低。3.吸附速度快。对气体的吸附一般能在数十秒或数分钟内达到吸附平衡，如ＡＣＦ对碘的吸附量只需几十秒便达到平衡，而ＧＡＣ则需要１０４￣１０５ｓ，二者相差２￣３个数量级。

吸附剂的孔径分布与孔隙结构对吸附性能有着重要影响，决定了比表面积大小、吸附容量以及吸附质组分的选择分离性能。求吸附质比表面积的方法有多种，如ＢＥＴ法、一点法、点法等，本文采用ＢＡＳＩＣ语言编Ｂ写了ＡＣＦ的比表面积和孔径分布计算程序，运用ＢＥＴ法求比表面积ＳＡ，采用圆孔等效模型求纤维的孔径分布［５］。

在这里，某种ＡＣＦ样品质量为０．９８ｇ，实验温度为７７．３５Ｋ，方法是在装有样品的真空容器中，充入氮气，并不断测量容器中的氮气压力和ＡＣＦ样品的质量变化，吸附过程与解吸过程的实验数据如图１所示，孔径分布计算结果如图２所示，比表面积的计算结果为：ＳＡ＝１２２４．８０６ｍ２／ｇ，单分子饱和吸附量Ｖｍ＝２７５．３００４ｃｍ３／ｇ。

上述数据表明，实验用ＡＣＦ微孔（ｒ＜１０Ａ）丰富，中孔（１０Ａ＜ｒ＜２５０Ａ）、大孔（ｒ＞２５０Ａ）极少，微孔分布呈单分散形，在ｒ＝７Ａ时孔体积**大，能达到０．２２６１ｍｌ／（ｇ·Ａ）。另外，解吸曲线与吸附曲线非常贴近，说明孔的形状也极其规则。这些特点对ＡＣＦ吸附祛除低浓度、小分子气态污染物非常有利。

２ＡＣＦ过滤器的实验研究

２．１ＡＣＦ过滤器的样品制作

选用的ＡＣＦ材料的基本技术参数如表１所示，从上述静态吸附实验来看，其吸附性能良好。

在设计过滤器时，应尽量增大吸附接触面积，这有利于提高吸附性能和降低阻力。为了对不同结构的ＡＣＦ过滤器进行综合比较，制作了三

种结构形式的过滤器，即：平板式、旁通式、折叠式，其主要结构参数如表２所示。

２．2ＡＣＦ过滤器的实验研究

ＡＣＦ过滤器吸附性能测试参照文献［６￣８］所述方法进行，因为测试方法和程序比较成熟，过程叙述比较繁复，具体的实验过程这里不再赘述。

测试气体选用氨气和甲醛蒸气，氨气有强刺激性气味，以此检验过滤器驱除异味的能力；而甲醛本身就是室内ＶＯＣｓ的典型代表；另外，这两种气体的发生相对来说比较容易，测试方法也比较成熟。ＡＣＦ过滤器的吸附效率受多种因素的影响，如温度、相对湿度、气流速度、污染物浓度等。此次测试主要确认气态污染物的浓度、气流速度对吸附过程的影响情况，同时也获得三种过滤器的吸附效率、阻力特性比较。

三种过滤器对甲醛蒸气的吸附效率比较如图３所示，测试过程中，风量控制在（１５０±５．０）ｍ３／ｈ范围内波动，甲醛蒸气初始浓度控制在（２５±３）ｐｐｍ范围内。

可见，初始效率**高的是折叠式过滤器（６９．３％），是平板式过滤器（５６．２％），**低的是旁通式过滤器（２９％），从初始效率来看，三种过滤器对甲醛的吸附效率都不是很高。折叠式过滤器的吸附效率下降得比

另外两种过滤器都要快得多，原因是它装填的活性炭材料相对其它两种过滤器要少，分别为平板式的５９％，旁通式的４２％。

三种过滤器对氨气的吸附效率比较如图４所示，测试过程中，风量控制在（１５０±５．４）ｍ３／ｈ范围内波动，氨气初始浓度控制在（２５±２．６）ｐｐｍ范围内。

可见，初始效率**高的仍然是折叠式过滤器８９．２％），是平板式过滤器（８２．４％），**低的是旁通式过滤器（３６．９％），从初始效率来看，三种过滤器对氨的吸附效率比较对甲醛的吸附效率高，说明ＡＣＦ过滤器的吸附性能具有一定的选择性。

对三种过滤器在不同迎面风速下的阻力进行了测试，并用指数方程进行拟合，拟合曲线如图５所示。可专题研讨

旁通式阻力**小，折叠式阻力**大，平板式次之。

采用滤膜称重法对三种过滤器的除尘效率进行测试如表３）。模拟尘使用滑石粉，采样流量为１０Ｌ／ｍｉｎ，采样时间为５ｍｉｎ。可见，三种过滤器的除尘效率相差不大，旁通式平均效率略低。

图６是不同风量条件下，平板式过滤器对氨的吸附效率比较，初始浓度为（２５±２．２）ｐｐｍ，图７是不同浓度条件下，平板式过滤器对氨的吸附效率比较，风量为１５３±４．９）ｍ３／ｈ。图６表明，气流速度增加，ＮＨ３与吸附材料的接触时间减少，吸附效率下降；图７表明，*污染物浓度增加时，吸附效率也下降，但浓度的影响相对没有风量的影响显著。因此，ＡＣＦ过滤器的吸附效率并不是一个固定值，对某一个过滤器指出其对某种气体的吸附效率时，应该同时指出其测定条件。

所以三种活性炭纤维过滤器的吸附效率、阻力、和滤尘效率实验数据为过滤器的设计和选用提供了参考数据。从综合角度考虑，平板式过滤器相对较为理想，其各项性能参数都比较高；但平板式过滤器加工工艺简单，有利于批量生产和降低成本。折叠式效率较高，但阻力相对偏大，而旁通式则效率偏低，因此，要直接应用于舒适性空调尚需改进。

由于室内气态污染物种类繁多，当用ＡＣＦ过滤器净化室内空气时，存在多种气态污染物竞争吸附行为，对此进行进一步的分析和研究是很有意义的。