【摘要】开创性地把光催化技术和微胶囊相变材料技术有机地结合起来，开发了纳米微胶囊相变功能型空 调过滤器材料，在对它的杀菌效果和调温等性能研究的基础上，分析了空调过滤器的过滤机理， 设计了实验流程，参照ANSI/AHAM AC-1-1988标准建造了实验室，对功能型空调过滤器过滤效 率进行了实验。最后对实验结果进行了一定的分析，并展望了功能型空调过滤器材料的应用前景。
【关键词】光催化；微胶囊相变材料；功能型空调过滤器；过滤效率
中图分类号TB34文献标识码：A
0 引言
近年来，室内空气品质成为科学研究的一个热 点，开发一种在去除颗粒物的同时更能杀死空气中的细菌、病毒、去除VOCs并具有良好过滤效率的 功能型空调过滤器材料，成为当前研究的前沿课题 [1] 。光催化净化技术是近年来兴起的一种高科技前沿净化技术[ 2][3]，在紫外线照射下，半导体纳米粒子能够发生电子跃迁，产生活泼的价带空穴和导带电子，这种电子、空穴对和周围的水、氧气发生作 用后，能产生有高氧化性能的自由基，能直接分解空气中的甲醛、苯、氨等污染物，同时能够杀死细菌、病毒等具有蛋白质结构的微生物，并将其分解成对环境无二次污染的无机小分子，从而达到净化空气的目的。为了增大纳米材料的比表面积，使得纳米的光催化能力和吸收环境能量的能力增强，产 生更多的羟自由基和活性氧离子，增加纳米光催化 杀菌的效果。本文将纳米光催化技术和微胶囊相变 技术进行有机结合 [4] ，并应用于空调过滤器上，成 为一种新型的纳米微胶囊相变功能型空调过滤器材料（简称功能型空调过滤器材料）。 功能型空调过滤器是指具有某些特殊的、不同于一般的空调过滤器所固有的性能，能满足特定行业、领域对空气过滤材料特殊功能需求的过滤器[5] 。本实验的功能型空调过滤器材料由微胶囊相变材料、纳米氧化锌（ZnO）作为基本成分，其中微胶囊相变材料浓度分别以60g/L、120g/L作为实验浓度；选用涤纶针刺毡作为过滤材料的基材（微观结构见图1）,经过后浸渍法把微胶囊相变材料与纳米ZnO复合的功能性材料处理到涤纶上，经过功能性整理后，得到以涤纶针刺毡为基材的纳米ZnO微胶囊相变空调过滤器材料，即功能型空调过滤器材料（微观结构见图2）。
本文在对功能型空调过滤器材料的制备、杀菌和去除VOCs等性能实验研究的基础上 [6]，通过实验，研究此过滤材料对空气过滤效率的影响。 1过滤效率测试用试验室及其设备目前国际上测量空调过滤器（洁净机）的过 滤效率的标准主要有ANSI/AHAM AC-1－1988， ANSI/ASHRAE 52.1-1992，JIS9615，JEM1467等[9-11] 。ANSI/AHAM AC-1为美国家电制造协会所 定的空气洁净机测试标准。AHAM AC-1为测量 空气洁净机滤网及送回风设计所造成的整体洁净 效率，并以CADR（Clean Air Delivery Rate）量化 不同空气洁净机间的性能，CADR差异可知其性能优劣，这为欧美厂家广泛采用的空气洁净机性能测试方法，也是本实验参照的标准。实验用主要设备见表1。
1.1建造试验室
参照美国家电协会ANSI/AHAM AC-1-1988 标准。我们建造的试验室尺寸为2×2×1.6米。为了 减少试验气体对的吸附作用，室内四周用不绣钢 板，外面用木板包覆。为了方便观察，在旁边开了 一个透明的观察窗，采用密封性能很好的门，这样使空气泄漏率小于0.05/h。实验室结构如图3所示。
依据ANSI/AHAM AC-1－1988标准，为了评 价空气清新机的空气洁净机滤网及送回风设计所造成的整体洁净效率，我们使用了一台大金的空气清新机作为实验的基本设备（见图4）。根据实验 流程设计要求，我们对该空气清新机进行改装，改装成具有初过滤，静电除尘，功能性过滤材料，紫外灯等结构的空调过滤器材料实验装置(流程见图 5)。在做实验时，把预过滤去掉，关闭静电除尘器，这样就只有过滤器材料和紫外灯这两部分工作，测得的除尘效果就是过滤器材料的除尘效果。
空气污染物浓度的测定用美国TSI公司的 Aerosol Monitor Model 8520测尘仪（见图6）。它 是便携式的，激光光度计式的数字空气微粒浓度的 检测仪。该仪器有一个可连接管子的进气口，在测 试的过程中，能够实现实验人员在实验室外进行操 作，完成空气采样和数据记录的要求。在颗粒物性 质一定的条件下，颗粒物的散射光强度正比于质量 浓度的理论，该仪器首先检测到颗粒物的散射光 强，然后将散射光强度转换成转换成脉冲计数即可 测定出颗粒物的相对质量浓度。
1.4试验尘
ANSI/AHAM AC-1－1988标准里规定了香烟 和花粉作为试验尘。本实验采用香烟作为试验尘 源。香烟的成分非常复杂，粒径从0.3～10μm之间。 我们测定了香烟中2.5μm和10μm的尘埃。
1.5实验装置的布置
本实验参照ANSI/AHAM AC-1-1988的标准， 对普通过滤器材料和功能型过滤材料的过滤效率 进行检验，验证经过功能性处理后的过滤材料的过 滤性能是否有所提高。该标准规定在做实验时，把 实验装置放在实验室的中间。为了减少短路系数， 把循环风扇对着实验装置的出风口，把测尘仪放在 实验装置的出风口的旁边，方便更好地测出过滤效果 [12] 。实验布置如图7所示。
2 过滤效率的实验步骤及结果分析
2.1实验步骤
（1）自然浓度衰减：在试验室内点燃香烟， 当室内的香烟的浓度达到约0.6mg/m 3 时,熄灭香 烟；打开循环风扇，让香烟在室内均匀分布；一分 钟后，关闭风扇，测尘仪每两分钟读一次数据，共 采样10个数据。
（2）自然浓度衰减结束后，用过滤器过滤室 内的空气，直到室内微粒的浓度小于0.01mg/m 3为 止，然后用蒸馏水冲洗实验室，避免有气体吸附在 实验室的四壁。
（3）在实验室内点燃香烟，当室内香烟的浓 度达到约0.6mg/m 3 时,熄灭香烟。
（4）分别把装有普通过滤材料和功能型过滤 材料的空气洁净机放在实验室的中央,旁边放除尘 仪和循环风扇。实验装置布置如图7所示。
（5）打开循环风扇，让香烟在室内均匀分布； 一分钟后，关闭风扇。
（6）开启装有过滤材料的空气洁净机，打开 紫外灯，空气的风量确定在420m 3 /h，每两分钟读 取一次数据，共采样10个数据。
重复上述的实验3次，每次实验结束后，都要 用过滤器过滤室内空气，让室内香烟尘的浓度小于 0.01mg/m 3，且用蒸馏水冲洗实验室。
2.2实验验结果与分析
2.2.1实验结果
在过滤香烟中PM2.5微粒的实验中，功能型 空调过滤器材料的过滤效率（ZnO+PCM60g/L和 ZnO+PCM120g/L）明显高于普通的过滤器材料 （normal），而功能型空调过滤器材料中PCM的浓 度对去除PM2.5微粒基本没影响（见图8）；在过 滤香烟中PM2.5微粒的实验中，功能型空调过滤 器材料的过滤效率（ZnO+PCM60g/L和ZnO+ PCM120g/L）略高于普通的过滤器材料（normal），功能型空调过滤器材料中PCM的浓度对去除 PM10微粒也没大的影响（见图9）。同时发现，在 实验的前段时间里，不同过滤器材料的过滤效果基 本相同，但是经过的时间越长，功能型空调过滤器 的过滤效果就越显著地体现出来。
2.2.2结果分析
通过空气过滤效率实验，我们发现：（1）功能 型空调过滤器材料影响了空气过滤材料的填充率， 提高了惯性效率和拦截效率；（2）功能型空调过滤 器材料中的氧化锌在紫外光的作用下，产生了大量 的电子和空穴，这些电子和空穴与空气中的水和氧 气发生发应，生成过氧化氢自由基(HO2·)和氢氧自 由基(·OH)，过氧化氢自由基、氢氧自由基和挥发 性有机化合物发生发应生成水和氢气，即：将VO Cs分解成为对环境无二次污染的无机小分子；（3） 在添加了微胶囊相变材料后，增加了纳米ZnO的 比表面积，有效地提高了纳米ZnO的光催化效果， 从而使纳米ZnO降解VOCs和除尘的能力加强。 总结以上3点，得出功能型空调过滤器比普通空调 过滤器具有更好的过滤效果，功能型过滤材料中的 PCM浓度对过滤器的除尘效果没有大的影响，但 它对杀菌和分解VOCs具有增强效果（是纯纳米氧 化锌的7－8倍左右） [5] 。
3 结束语
纳米光催化技术和微胶囊相变技术有机结合起来，开发出的纳米微胶囊相变功能型空调过滤器材料，在基本不影响过滤器其它性能的基础上，具有强劲的抗、杀菌及分解VOCs效果，并且对空调过滤器的过滤除尘能力也有所增强，能有效地提高室内的空气品质。本复合材料的造价便宜，在空气调节领域具有广泛的应用价值。
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