GreenWind室內(nèi)空氣凈化器濾芯的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化

作品名稱：GreenWind室內(nèi)空氣凈化器濾芯的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化大類：科技發(fā)明制作B類小類：能源化工簡(jiǎn)介：本項(xiàng)目制定一套集室內(nèi)大氣污染模擬、采樣、分析于一體的規(guī)范化方法，搭建了空氣凈化器對(duì)室內(nèi)多種空氣污染物去除效果的測(cè)試平臺(tái)。以大孔吸附樹(shù)脂和大孔離子交換樹(shù)脂為原料分別固載錳氧化物、CaO2開(kāi)發(fā)高效新型濾芯，與HEPA過(guò)濾網(wǎng)等部件有機(jī)組合、制造高效環(huán)?？諝鈨艋?。在實(shí)現(xiàn)高效去除室內(nèi)空氣污染物的基礎(chǔ)上，優(yōu)化風(fēng)道設(shè)計(jì)，克服目前空氣凈化器對(duì)室內(nèi)空氣的重復(fù)循環(huán)化處理，以期達(dá)到輸送新風(fēng)的效果。詳細(xì)介紹：1.引言1.1我國(guó)室內(nèi)空氣污染狀況目前，我國(guó)的大氣污染問(wèn)題日益突出，全國(guó)多地遭遇霧霾天氣。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中東部地區(qū)受霧霾影響較為嚴(yán)重，16個(gè)城市灰霾天數(shù)均超過(guò)100天，其中南京市一年內(nèi)的灰霾天數(shù)高達(dá)211天。在重度污染的情況下，部分地區(qū)PM2.5超過(guò)900μg/cm3甚至爆表。霧霾中的氮氧化物、硫化物、PM2.5等顆粒物等大氣污染物會(huì)對(duì)人體健康產(chǎn)生嚴(yán)重的危害。在如此嚴(yán)重的大氣污染背景下，我們的室內(nèi)空氣質(zhì)量同樣堪憂。除了室外污染源的“貢獻(xiàn)”，建筑材料、裝修材料，家具，電器等釋放的揮發(fā)性有機(jī)污染物同樣威脅著人們的健康安全。室內(nèi)空氣化學(xué)性污染物主要分為三類：PM2.5、多環(huán)芳烴（PAH）和揮發(fā)性有機(jī)物（VOC）。通過(guò)分析南京市某住宅小區(qū)和學(xué)校食堂、辦公室的空氣樣品發(fā)現(xiàn)，絕大部分樣品中能檢測(cè)到5種美國(guó)環(huán)保署（USEPA）優(yōu)先控制的PAH，包括萘、苊烯、苊、芴和菲，樣品中PAH總量介于230-1540ng/m3。此外，有研究證實(shí)人們?nèi)粘Ｉ?、工作和學(xué)習(xí)的場(chǎng)所均面臨嚴(yán)重的由VOC貢獻(xiàn)的空氣污染。我國(guó)室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB/T18883-2002）中規(guī)定苯、甲苯和二甲苯的濃度限值為0.11、0.20、和0.20mg/m3，而這些室內(nèi)空氣樣品中三類苯系物的含量超標(biāo)10-650倍。1.2室內(nèi)空氣凈化技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀在室內(nèi)空氣污染控制方面，使用空氣凈化器是能在較短時(shí)間內(nèi)快速去除目標(biāo)污染物的方法。近幾年我國(guó)的空氣凈化器市場(chǎng)處于快速發(fā)展的態(tài)勢(shì)，但凈化器產(chǎn)品良莠不齊。目前，室內(nèi)空氣凈化技術(shù)主要有以下幾類：（1）靜電集塵技術(shù)，利用正電暈放電，將帶電顆粒收集在集塵裝置上。除塵、除菌效果好，不用更換濾芯。但除塵效率低，對(duì)于去除室內(nèi)甲醛、苯等有機(jī)物幾乎沒(méi)有效果，且產(chǎn)生臭氧，產(chǎn)生二次污染問(wèn)題。（2）臭氧消毒技術(shù)，放電產(chǎn)生大量的等離子體和多種由臭氧組成的活性自由基。臭氧雖可瞬間氧化分解有毒有害物質(zhì)，但超標(biāo)的臭氧對(duì)人體健康有害，不能做到人機(jī)共存。（3）光催化技術(shù)，在特定波長(zhǎng)的紫外線照射下，納米級(jí)催化劑與有害氣體發(fā)生強(qiáng)氧化反應(yīng)，但在實(shí)際應(yīng)用中的效果甚微。另外，無(wú)光情況下，自帶紫外光會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生危害；作用范圍小，僅局限在光觸媒網(wǎng)面上；光觸媒光化學(xué)活性太強(qiáng)，使用壽命低。（4）負(fù)離子技術(shù)，產(chǎn)生的負(fù)離子與空氣中污染顆粒相吸附后成為帶電的大粒子，被地面吸引后沉降，起到凈化作用，且不需更換濾芯。但對(duì)揮發(fā)性有機(jī)污染物的凈化仍舊沒(méi)有效果，且?guī)щ姛o(wú)選擇性，產(chǎn)生電磁波干擾。（5）物理凈化技術(shù)，由活性炭過(guò)濾網(wǎng)等組成，活性碳雖然表面積大，吸附力較強(qiáng)，但極易飽和，一旦飽和，其本身又會(huì)變成污染源。此外這些過(guò)濾網(wǎng)壽命不長(zhǎng)且更換費(fèi)用昂貴，整體性價(jià)比不高。由此可見(jiàn)，目前市場(chǎng)上的空氣凈化器存在的缺陷主要集中在對(duì)揮發(fā)性有機(jī)污染物凈化效果差，濾芯更換價(jià)格高兩個(gè)方面。因此，用對(duì)污染物去除能力強(qiáng)、廉價(jià)的吸附材料對(duì)現(xiàn)有空氣凈化器進(jìn)行改進(jìn)迫在眉睫。1.3納米CaO2和大孔樹(shù)脂的應(yīng)用現(xiàn)狀過(guò)氧化鈣一種兼具釋氧性和氧化性的環(huán)境友好型材料，已廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)種植、水產(chǎn)養(yǎng)殖、食品和醫(yī)療行業(yè)。在環(huán)境修復(fù)領(lǐng)域，因其釋氧性，CaO2可提高環(huán)境介質(zhì)中溶解氧的含量，不僅能抑制底泥中磷的釋放，還能在地下水生物修復(fù)、土壤生物修復(fù)中起到促進(jìn)作用。CaO2作為氧化劑可有效修復(fù)被四氯乙烯(PCE)、總石油烴(TPH)、多環(huán)芳香烴(PAH)和2，4，6-三硝基甲苯(TNT)污染的土壤，其中，CaO2對(duì)PCE和TPH的去除率分別為98%和95.6%，高于生物降解和芬頓反應(yīng)降解作用；使用CaO2后PAH的去除效率從5%提高至44%，TNT的去除率為80%-90%。然而，在實(shí)際應(yīng)用中粒徑較大的CaO2在水中不易分散，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的團(tuán)聚現(xiàn)象，這將限制CaO2在環(huán)境介質(zhì)中的遷移和擴(kuò)散，降低CaO2與污染物的接觸機(jī)會(huì)和反應(yīng)速率，并影響其對(duì)污染物的去除效果。因此，將CaO2的粒徑減小至納米級(jí)便可提高其分散性、遷移性和反應(yīng)性，從而避免上述CaO2在環(huán)境修復(fù)中出現(xiàn)的問(wèn)題。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)制備納米CaO2（nCaO2）的研究較少，且暫無(wú)研究報(bào)道nCaO2對(duì)污染物的去除效果。大孔吸附樹(shù)脂（SD300）是一類不含交換基團(tuán)、內(nèi)部呈交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的高分子珠狀體，具有良好的孔結(jié)構(gòu)和很大的比表面積，可通過(guò)范德華引力從水中吸附有機(jī)溶質(zhì)，實(shí)現(xiàn)廢水中有機(jī)物的富集和分離。大孔強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂（D213）內(nèi)部含大量季胺基，這些帶正電的季胺基會(huì)對(duì)陰離子產(chǎn)生靜電吸引，從而使目標(biāo)污染物富集在樹(shù)脂孔道內(nèi)，這種靜電吸引作用被稱為Donnan膜效應(yīng)。王津南等報(bào)道酚羥基修飾后的超高交聯(lián)聚苯乙烯樹(shù)脂JN-2具有微孔結(jié)構(gòu)，比表面積大，Langmuir和Freundlich吸附等溫方程擬合其對(duì)苯酚的吸附等溫線，當(dāng)溶液平衡濃度(Ce)為1.0和4.0mM時(shí)，JN-2對(duì)苯酚的平衡吸附容量(qe)分別達(dá)到0.96和1.66mmol/L，目前，樹(shù)脂吸附技術(shù)已廣泛應(yīng)用于有機(jī)廢水處理。然而，這一技術(shù)的不足之處在于被樹(shù)脂吸附的有機(jī)物無(wú)法自行分解，會(huì)產(chǎn)生二次污染。為此，近年來(lái)不斷涌現(xiàn)出兼?zhèn)湮胶脱趸δ艿男滦蜆?shù)脂基復(fù)合材料，例如：負(fù)載零價(jià)納米鐵的樹(shù)脂可氧化降解偶氮染料甲基橙；錳氧化物/樹(shù)脂基復(fù)合材料可高效降解磺胺類抗生素。這些復(fù)合材料彌補(bǔ)了樹(shù)脂吸附技術(shù)的缺陷，而以樹(shù)脂為基材也可增加固載物的使用范圍和反應(yīng)性。郭延輝等以樹(shù)脂為載體，有效解決了納米鐵在使用中的團(tuán)聚問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)對(duì)偶氮染料DSB5B廢水的脫色處理。文獻(xiàn)報(bào)道的其他固載技術(shù)，如胡六江先將鈉基膨潤(rùn)土改性為有機(jī)膨潤(rùn)土，然后用有機(jī)膨潤(rùn)土負(fù)載納米鐵去除廢水中硝基苯的技術(shù)，前處理過(guò)程復(fù)雜繁瑣，而以樹(shù)脂作為載體，不需要復(fù)雜的前處理過(guò)程，操作簡(jiǎn)單，在反應(yīng)后易實(shí)現(xiàn)固液分離，且材料可回收并多次重復(fù)利用。基于納米CaO2的強(qiáng)氧化性以及大孔吸附樹(shù)脂吸附容量大、易再生的優(yōu)勢(shì)，本項(xiàng)目提出以大孔吸附樹(shù)脂為基材固載納米CaO2，通過(guò)制備納米CaO2、優(yōu)化納米CaO2固載量和固載強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)納米CaO2/樹(shù)脂基復(fù)合材料高效、持久吸附-降解室內(nèi)VOC類污染物。1.4空氣凈化器效能評(píng)測(cè)方面已建的標(biāo)準(zhǔn)方法我國(guó)自20世紀(jì)90年代末逐步提出了一系列與空氣凈化產(chǎn)品相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，主要包括：JG/T22-1999《一般通風(fēng)用空氣過(guò)濾器性能試驗(yàn)方法》、GB/T18801-2002版/2008版《空氣凈化器》、QB/T2761-2006《室內(nèi)空氣凈化產(chǎn)品凈化效果測(cè)定方法》、JC/T1074-2008《空氣凈化功能墻面涂覆材料凈化性能》、JG/T294-2010《空氣凈化器污染物凈化性能測(cè)定》。我國(guó)空氣凈化器的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)GB/T18801-2008僅考慮粒徑在0.3微米以上的顆粒物，但是由PM2.5污染引發(fā)的健康問(wèn)題比大顆粒物更為嚴(yán)重。因此，將PM2.5去除率作為空氣凈化器性能評(píng)價(jià)中的重要指標(biāo)是十分必要的。此外，我國(guó)現(xiàn)有空氣凈化器評(píng)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)所考慮的污染物代表性不強(qiáng)且不全面，CADR、凈化壽命和副產(chǎn)物凈化效率問(wèn)題，檢驗(yàn)規(guī)則、空氣凈化器性能標(biāo)識(shí)等凈化器的重要性能參數(shù)的測(cè)試方法仍存在不足。中國(guó)質(zhì)量認(rèn)證中心（CQC）聯(lián)合國(guó)家室內(nèi)環(huán)境與室內(nèi)環(huán)保產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心正式發(fā)布了《空氣凈化器環(huán)保認(rèn)證規(guī)則》（以下簡(jiǎn)稱《規(guī)則》）?！兑?guī)則》在采用國(guó)標(biāo)GB/T18801-2008的基礎(chǔ)上，引用了《家用和類似用途電器抗菌、除菌、凈化功能空氣凈化器的特殊要求》的相關(guān)要求，按照第五種認(rèn)證模式對(duì)空氣凈化器的凈化功能進(jìn)行認(rèn)證，以滿足消費(fèi)者對(duì)空氣凈化器安全、環(huán)保全方位的需求。但這一認(rèn)證目前主要以推廣為主，不具有強(qiáng)制性。目前，空氣凈化器在我國(guó)并未列入國(guó)家強(qiáng)制認(rèn)證的產(chǎn)品名單之內(nèi)，沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的部門(mén)進(jìn)行功能性認(rèn)證，只需通過(guò)質(zhì)量認(rèn)證即可。由此，在我國(guó)尚無(wú)統(tǒng)一的凈化器評(píng)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)狀下，市場(chǎng)上的空氣凈化器優(yōu)缺點(diǎn)與局限性很難為消費(fèi)者所知。搭建空氣凈化器對(duì)室內(nèi)多種污染物（如PM2.5、甲醛、苯系物等）去除效果的規(guī)范化測(cè)試平臺(tái)，將在推進(jìn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的建立方面起到積極的作用。2.研究?jī)?nèi)容2.1研究?jī)?nèi)容本研究在國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的空氣凈化器凈化效能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和室內(nèi)空氣分析標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，制定了一套集室內(nèi)空氣污染模擬、采樣、分析于一體的規(guī)范化方法，并搭建了空氣凈化器對(duì)室內(nèi)多種污染物（如PM2.5、甲醛、苯系物）去除效果的測(cè)試平臺(tái)。同時(shí)，采用負(fù)載KMnO4或納米CaO2樹(shù)脂為原料加工濾芯，并與HEPA過(guò)濾網(wǎng)等部件有機(jī)組合、制造空氣凈化器，并評(píng)測(cè)空氣凈化器對(duì)室內(nèi)空氣中PM2.5、甲醛和苯系物的去除效率。在同等測(cè)試條件下，與目前市場(chǎng)上的空氣凈化器產(chǎn)品進(jìn)行比較。在實(shí)現(xiàn)高效去除室內(nèi)空氣污染物的基礎(chǔ)上，優(yōu)化風(fēng)道設(shè)計(jì)，克服目前市場(chǎng)上空氣凈化器對(duì)室內(nèi)空氣的重復(fù)循環(huán)化處理的不足，以期達(dá)到輸送新風(fēng)的效果。2.2關(guān)鍵技術(shù)原理離子交換樹(shù)脂作為一種高分子聚合材料，有著巨大的比表面積以及較強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度和抗沖擊能力，粒徑均勻可控。由于其孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)，離子交換容量高，可作為有機(jī)基材，與其他具有強(qiáng)氧化能力的化合物結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣中氣態(tài)有機(jī)污染物的去除。（1）錳氧化物/樹(shù)脂基復(fù)合材料（MnO2-D213）去除甲醛的技術(shù)原理：采用原位高錳酸鉀氧化還原法，將錳氧化物負(fù)載于大孔丙烯酸系強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂（D213）中制備新型錳氧化物/樹(shù)脂基復(fù)合材料（MnO2-D213）。在此過(guò)程中，高錳酸鉀與樹(shù)脂反應(yīng)生成了二氧化錳。二氧化錳表面吸附水，解離后生成?OH自由基和O2-。在凈化甲醛的過(guò)程中，二氧化錳起催化氧化的作用。它表面的活性基團(tuán)O2-和?OH使甲醛氧化為二氧化碳和水，而生成的水可能繼續(xù)解離成?OH自由基，繼續(xù)參與氧化甲醛的反應(yīng)。本項(xiàng)目使用MnO2-D213復(fù)合材料去除空氣中甲醛的技術(shù)，已申請(qǐng)一項(xiàng)專利。（2）納米過(guò)氧化鈣/樹(shù)脂基復(fù)合材料（nCaO2-SD300）清除苯系物的技術(shù)原理：本項(xiàng)目采用濕法研磨技術(shù)制備納米級(jí)的過(guò)氧化鈣，并將其負(fù)載到樹(shù)脂中。在此過(guò)程中，nCaO2遇水緩慢分解，釋放氧并生成氫氧化鈣。因其產(chǎn)生有效氧的含量可達(dá)22.2%，可有效氧化分解苯系物。由于納米級(jí)的CaO2具有更大的比表面積和化學(xué)反應(yīng)活性，其氧化分解有機(jī)物的能力也將高于微米級(jí)的CaO2。3.創(chuàng)新點(diǎn)（1）本項(xiàng)目建立的空氣凈化器效能評(píng)測(cè)方法是采用Tenax-TA吸附聯(lián)合氣相色譜-質(zhì)譜儀同時(shí)檢測(cè)室內(nèi)多種VOC（如苯、甲苯、乙苯、鄰二甲苯、間二甲苯、對(duì)二甲苯、苯乙烯），將對(duì)國(guó)內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中未規(guī)定的空氣凈化器對(duì)室內(nèi)VOC類氣態(tài)污染物的去除效能評(píng)價(jià)加以完善，為國(guó)家管理部門(mén)制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)提供建議和依據(jù)。（2）本項(xiàng)目分別以MnO2/樹(shù)脂基復(fù)合材料和納米CaO2/樹(shù)脂基復(fù)合材料為原料，組裝、制造吸附過(guò)濾層，可實(shí)現(xiàn)高效吸附-降解甲醛、苯系物等VOCs。另外，優(yōu)化風(fēng)道設(shè)計(jì)，達(dá)到節(jié)能減噪，在快速凈化污染物的同時(shí)為室內(nèi)源源不斷地輸送新鮮空氣。4.研究方案4.1空氣凈化器清除室內(nèi)多種氣態(tài)污染物測(cè)試平臺(tái)的搭建本項(xiàng)目在國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的空氣凈化器凈化效能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和室內(nèi)空氣分析標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，制定了一套集室內(nèi)空氣污染模擬、采樣、分析于一體的規(guī)范化方法。采用Tenex-TA吸附管采樣/熱脫附/GC-MS方法，可實(shí)現(xiàn)同時(shí)監(jiān)測(cè)和分析室內(nèi)多種氣態(tài)污染物。（1）釋放污染物：搭建模擬實(shí)驗(yàn)室，在實(shí)驗(yàn)室中分別釋放設(shè)計(jì)濃度(高于國(guó)標(biāo)濃度3-4倍)的PM2.5，甲醛、苯系物（包括甲苯、乙苯、對(duì)二甲苯、鄰二甲苯、間二甲苯、苯乙烯）。（2）采樣：污染物釋放完成后的濃度為初始濃度，開(kāi)電風(fēng)扇攪拌均勻后，在房間設(shè)置三個(gè)采樣點(diǎn)開(kāi)始采樣（采樣方式尚在試驗(yàn)中，包括使用tenax管和采氣袋），打開(kāi)空氣凈化器開(kāi)始凈化，30min（根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整采樣時(shí)間）后，采樣，并保存好樣品。（3）空白試驗(yàn)：釋放完污染物，不開(kāi)啟空氣凈化器，讓污染物自然衰退，30min后，測(cè)定自然衰減率。（4）標(biāo)準(zhǔn)曲線：設(shè)置一系列不同濃度梯度的苯系物溶液，制作標(biāo)準(zhǔn)曲線。（5）分析：對(duì)于PM2.5和甲醛的分析，采用手持式儀器進(jìn)行檢測(cè)。對(duì)于苯系物的檢測(cè)，若用tenax管采樣，則將樣品進(jìn)行GC-MS氣相質(zhì)譜分析；若用采氣袋采樣，則將采氣袋送至環(huán)科所分析。得到自然衰減率以及空氣凈化器對(duì)PM2.5、甲醛和苯系物的去除率。4.2空氣凈化器濾芯的研發(fā)和性能評(píng)價(jià)4.2.1除甲醛MnO2-D213濾芯的研發(fā)1）樹(shù)脂預(yù)處理先用去離子水將樹(shù)脂D213洗至出水清澈，再分別用4%NaOH和4%HCl浸泡數(shù)小時(shí)，之后用去離子水反復(fù)清洗至pH值接近中性,將清洗后的樹(shù)脂于40℃烘至恒重。篩分后,挑選粒徑介于0.4-0.6mm的樹(shù)脂密封保存。2）MnO2-D213復(fù)合材料的制備（1）配制高錳酸鉀溶液，準(zhǔn)確稱量若干份樹(shù)脂，按高錳酸鉀的樹(shù)脂質(zhì)量比1:（2-10），將樹(shù)脂浸漬于高錳酸鉀溶液（<50g/L）中；（2）以60-100r/min速度振蕩24-48h；（3）待吸附平衡后，靜置，移除上清液，收集沉在容器底部的樹(shù)脂。用去離子水反復(fù)漂洗，去除樹(shù)脂表面吸附不牢的高錳酸鉀之后，自然晾干備用。3）濾芯的填裝將MnO2-D213復(fù)合材料填裝到蜂窩狀的支撐材料中，加工空氣凈化器的吸附-氧化段濾芯。4.2.2除苯系物nCaO2-SD300濾芯的研發(fā)1）樹(shù)脂預(yù)處理先用去離子水將樹(shù)脂SD300洗至出水清澈，再分別用4%NaOH和4%HCl浸泡數(shù)小時(shí)，之后用去離子水反復(fù)清洗至pH值接近中性,將清洗后的樹(shù)脂于40℃烘至恒重。篩分后,挑選粒徑介于0.4-0.6mm的樹(shù)脂密封保存。2）nCaO2-SD300復(fù)合材料的制備（1）將分析純Ca(OH)2濕磨（QM-3SP2行星式球磨機(jī)）50h，于40℃烘至恒重，密封保存。（2）在一定體積的去離子水中加入樹(shù)脂SD300和納米Ca(OH)2，快速攪拌數(shù)小時(shí)，使納米Ca(OH)2充分進(jìn)入樹(shù)脂孔道。（3）將H2O2以CaO2:H2O2=1:7的比例加入到上述體系中，同時(shí)控制溶液pH值為6.0。（4）反應(yīng)一段時(shí)間后，通過(guò)真空抽濾（0.22μm濾膜），收集固體，放入真空干燥箱中于30℃干燥24h。3）nCaO2-SD300復(fù)合材料的制備中CaO2純度的測(cè)定采用碘量法測(cè)定復(fù)合材料中的CaO2，首先用CaO2將碘離子定量地氧化成I2，然后用Na2S2O3滴定I2。步驟如下：稱取0.1gCaO2標(biāo)準(zhǔn)品，放入250mL具塞碘量瓶中；先加入15mL30％的氫氧化鈉溶液和100mL去離子水，再加入25mL20％的碘化鉀和25mL濃鹽酸，搖勻使樣品溶解，靜置5min；然后用0.1mol/L的硫代硫酸鈉溶液滴定，當(dāng)溶液黃色快褪去時(shí)加入淀粉指示劑，此時(shí)溶液為深藍(lán)色，繼續(xù)滴定至藍(lán)色消失。4）濾芯的填裝將nCaO2-SD300復(fù)合材料填裝到蜂窩狀的支撐材料中，加工空氣凈化器的吸附-氧化段濾芯。4.3空氣凈化器的組裝和性能評(píng)價(jià)將上述兩種濾芯與HEPA過(guò)濾網(wǎng)等部件有機(jī)組合、制造空氣凈化器。按照5.1中所述測(cè)試方法，分別測(cè)試含有Mn-D213濾芯的空氣凈化器對(duì)室內(nèi)空氣中PM2.5和甲醛的去除速率和去除量；含有CaO2-SD300濾芯的空氣凈化器對(duì)PM2.5、甲醛和苯系物的去除速率和去除量，評(píng)價(jià)這兩款空氣凈化器產(chǎn)品的效能，同時(shí)與市場(chǎng)上在售空氣凈化器產(chǎn)品進(jìn)行比較。4.4空氣凈化器風(fēng)道的優(yōu)化設(shè)計(jì)在實(shí)現(xiàn)高效去除室內(nèi)空氣污染物的基礎(chǔ)上，優(yōu)化風(fēng)道設(shè)計(jì)，克服目前空氣凈化器對(duì)室內(nèi)空氣的重復(fù)循環(huán)化處理，以期達(dá)到輸送新風(fēng)的效果。同時(shí)，對(duì)空氣凈化器的外觀進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過(guò)進(jìn)一步縮小空氣凈化器的體積，實(shí)現(xiàn)降低能耗和噪音。5.研究結(jié)果5.1室內(nèi)多種揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）的檢測(cè)結(jié)果（1）標(biāo)準(zhǔn)化合物的檢測(cè)結(jié)果本研究前期建立的分析方法可實(shí)現(xiàn)對(duì)58種揮發(fā)性有機(jī)化合物的有效分離和檢測(cè)。（2）室內(nèi)空氣樣品中VOCs的檢測(cè)結(jié)果本研究建立的檢測(cè)方法能實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)空氣樣品中多種VOCs的分離和檢測(cè)。5.2除甲醛空氣凈化器的性能5.2.1濾芯原料的制備及表征從樹(shù)脂D213對(duì)高錳酸鉀的吸附動(dòng)力學(xué)可看出，浸漬6h后樹(shù)脂對(duì)高錳酸鉀的吸附達(dá)到平衡，此時(shí)MnO2的最大固載量約為255.88mgMnO2/g樹(shù)脂。固載二氧化錳的樹(shù)脂（MnO2-D213）為紫黑色，通過(guò)掃描電子顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)改性后的樹(shù)脂表面結(jié)構(gòu)并未發(fā)生變化，可看出二氧化錳均勻地包覆在樹(shù)脂表面。此外，由于二氧化錳是通過(guò)離子交換的方式固載在樹(shù)脂上，在高濕或干燥的條件下二氧化錳不易從樹(shù)脂上脫落，說(shuō)明改性樹(shù)脂材料的性質(zhì)十分穩(wěn)定。這是對(duì)其在實(shí)際使用過(guò)程中發(fā)揮凈化效能的基本保障，與其他材料相比有明顯的優(yōu)勢(shì)。例如，市場(chǎng)上常用于制備空氣凈化器濾芯的高錳酸鉀氧化鋁球，在空氣濕度大或高溫干燥條件下，氧化鋁表面浸漬的高錳酸鉀會(huì)潮解或脫落成粉，那么該種材料能否保證持續(xù)有效地去除污染物將是很棘手的問(wèn)題。5.2.2濾芯的組裝將MnO2-D213復(fù)合材料裝填到蜂窩狀的支撐材料中，并與HEPA膜等過(guò)濾層優(yōu)化組裝空氣凈化器的濾芯，共分為3層：第一層為預(yù)過(guò)濾網(wǎng)，主要是去除空氣中較大的顆粒物；第二層為HEPA膜，用于去除PM2.5；第三層為填充了MnO2-D213復(fù)合材料的過(guò)濾層，用于去除空氣中甲醛。5.2.3空氣凈化器對(duì)甲醛的凈化效率待空氣凈化器組裝完成后，我們?cè)谧越ǖ臏y(cè)試平臺(tái)上研究了該空氣凈化器對(duì)甲醛的去除性能。以MnO2-D213復(fù)合材料組裝的濾芯對(duì)甲醛有很好的去除效果，在測(cè)試時(shí)間段內(nèi)（60min）去除效率接近100%。5.2.4與市場(chǎng)上同類產(chǎn)品的比較為了客觀評(píng)價(jià)本項(xiàng)目研發(fā)的空氣凈化器與市場(chǎng)上同類產(chǎn)品的差異，我們購(gòu)買(mǎi)了8臺(tái)市售的品牌空氣凈化器，統(tǒng)一送至上海市環(huán)境保護(hù)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)總站，檢測(cè)清潔空氣率（CADR）、PM2.5和甲醛去除率三項(xiàng)指標(biāo)。根據(jù)第三方檢測(cè)報(bào)告，本項(xiàng)目的空氣凈化器在30min內(nèi)對(duì)PM2.5和甲醛的去除率分別為>99%和>91%。與我國(guó)市場(chǎng)上的8種空氣凈化器產(chǎn)品進(jìn)行比較，可明顯看出絕大多數(shù)的空氣凈化器對(duì)PM2.5的凈化效果較好，但本團(tuán)隊(duì)研發(fā)的空氣凈化器在所有同類產(chǎn)品中對(duì)PM2.5和甲醛兩種目標(biāo)污染物的凈化效能最優(yōu)，特別是在對(duì)甲醛的凈化效能上遠(yuǎn)超市場(chǎng)上的品牌空氣凈化器。此外，在空氣凈化器的能效等級(jí)和潔凈空氣量方面，我們研發(fā)的空氣凈化器的CADR值為659m3/h，在目前市場(chǎng)上空氣凈化器產(chǎn)品中是最高的。結(jié)合適用面積和市場(chǎng)零售價(jià)等因素，“高性價(jià)比”將是我們的空氣凈化器與同類產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)市場(chǎng)份額的突出優(yōu)勢(shì)。5.3除苯系物空氣凈化器的性能5.3.1濾芯原料的制備、CaO2純度測(cè)定及表征SD300樹(shù)脂改性前后其外觀并無(wú)明顯變化，但從掃描電鏡（SEM）可以看出原始的SD300表面光滑、平整，而nCaO2-SD300復(fù)合材料的表面高低不平、且孔道張開(kāi)變大，經(jīng)元素分析在樹(shù)脂表面及內(nèi)部有大量Ca的存在；采用碘量法測(cè)定結(jié)果表明負(fù)載的CaO2純度為66.79%。5.3.2濾芯的組裝將nCaO2-SD300復(fù)合材料裝填到蜂窩狀的支撐材料中，并與其他過(guò)濾網(wǎng)結(jié)合起來(lái)，組裝空氣凈化器。該產(chǎn)品同樣包含三層過(guò)濾系統(tǒng)，第一層為預(yù)過(guò)濾網(wǎng)，主要是去除空氣中較大的顆粒物；第二層為HEPA膜，用于去除PM2.5；第三層為nCaO2-SD300濾芯，用于去除空氣中的苯系物。5.3.3空氣凈化器對(duì)苯系物的凈化效率待空氣凈化器組裝完成后，我們?cè)谧越ǖ臏y(cè)試平臺(tái)上研究了該空氣凈化器對(duì)六種常見(jiàn)苯系物的去除性能。以CaO2-SD300濾芯對(duì)苯系物有很好的去除效果。在5min內(nèi)，nCaO2-SD300能吸附去除一半以上空氣中的苯系物；在10min內(nèi)，能完全去除苯乙烯之外的五種苯系物，運(yùn)行15min后，nCaO2-SD300能完全去除空氣中的所有苯系物。由此，含nCaO2-SD300濾芯的空氣凈化器能實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)VOC的快速和高效去除。5.4空氣凈化器的風(fēng)道設(shè)計(jì)本研究在成功研發(fā)出兩種空氣凈化器濾芯的基礎(chǔ)上，對(duì)空氣凈化器的外觀和風(fēng)道進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。空氣凈化器外觀設(shè)計(jì)為長(zhǎng)方體，三面出風(fēng)，每個(gè)出風(fēng)口都配有濾芯包裝盒，方便更換?？諝鈨艋鞯牡撞繛檫M(jìn)風(fēng)口，通過(guò)空氣泵將室內(nèi)空氣從底部吸入經(jīng)過(guò)三面的濾芯處理后排出潔凈空氣?？諝鈨艋鞯牡撞垦b有滾輪，搬運(yùn)較為方便。另外，室外空氣可以通過(guò)管道經(jīng)過(guò)滅菌吸附等預(yù)處理后進(jìn)入空氣凈化器，經(jīng)過(guò)三面的濾芯處理后排出潔凈空氣，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)空氣的更新。此外，優(yōu)化風(fēng)道設(shè)計(jì)，還可防潮和殺菌，特別是對(duì)空氣濕度大的城市（如南京），我們?cè)O(shè)計(jì)的風(fēng)道將有實(shí)際運(yùn)用價(jià)值。5.5空氣凈化器產(chǎn)品說(shuō)明5.5.1濾芯使用壽命說(shuō)明各家庭室內(nèi)房間大小不一，一般說(shuō)來(lái)，對(duì)于新裝修的房間，我們建議每半年更換一次空氣凈化器濾芯，對(duì)于裝修3年以上的房間，建議每一年到一年半更換一次濾芯。5.5.2濾芯適用范圍分析在對(duì)氣態(tài)有機(jī)污染物的去除方面，MnO2-D213復(fù)合材料明顯弱于nCaO2-SD300復(fù)合材料，與KMnO4相比