概述了室内空气污染的类型,全面介绍了目前各种室内空气净化技术及其进展,并且分析了各技术的优缺 点。此外,提出将膜分离与光催化技术相结合,能克服当前各种技术的局限性的构想。这一组合技术可能成为今后该领域 研究的一个重要方向。
关键词　室内空气净化　空气污染物　光催化　膜过滤

　 近年来,随着我国经济的飞速发展,出现了装修 高档的写字楼和豪华的居室,室内环境发生了巨大 变化。但现在许多居室的封闭式装修和室内所用的 装饰材料造成了室内空气污染。美国环保局的统计表明,室内空气污染程度往往是室外的2～5 倍,有 时甚至可在100 倍以上。常见的室内污染物有:甲 醛、苯、氨等挥发性气体污染物、生物污染物以及颗 粒物等。室内空气污染首先危害呼吸道,除引起“建筑物综合症”外,还会引起或加剧亚慢、慢性呼吸道疾患,如支气管炎、过敏性肺炎、肺癌及其他器官 癌症[1 ] 。因室内装修导致的室内空气污染,致使人 们健康受到危害的报道已不鲜见了。最近,许多医 学科研人员的研究认为,室内空气中的挥发性有机化合物(VOCs) 污染日益严重与当前白血病患者不 断增多有密切关系。空气中的细菌微生物是呼吸道 传染病的重要致病源, 而如果长期吸入细微颗粒物将严重影响人体健康[2 ] 。

　　 室内空气污染在国际上已被列为危害人体健康 的五大因素之一。室内环境问题关系居民身体健康,已经引起了人们的极大关注。

1 　室内空气污染物类型
造成室内空气污染的原因是多方面的,污染物也是多种多样的, 目前我国室内空气污染主要 有[1～4 ] :
(1) 各种燃料燃烧、烹调油烟及吸烟产生的 CO、NO2 、SO2 、甲醛、多环芳烃和细微颗粒物等，室内 淋浴和加湿空气产生的卤代烃等化学污染物。
(2) 建筑、装饰材料、家具和家用化学品释放的甲醛和VOCs 等。
(3) 家用电器和某些办公设备导致的电磁辐射 等物理污染和臭氧等。
(4) 室内环境是人们生活和活动的主要场所,人 们每天有80/100～90/100的时间是在室内度过的,通常人 员数量较多,通过人体呼吸、汗液等排出的氨类化合 物、硫化氢、苯和甲苯等污染物，通过咳嗽、打喷嚏等喷出的流感病毒、结核杆菌和链球菌等生物污染物。 甲醛和VOCs 等。
(3) 家用电器和某些办公设备导致的电磁辐射 等物理污染和臭氧等。
(4) 室内环境是人们生活和活动的主要场所,人 们每天有80/100～90/100的时间是在室内度过的,通常人 员数量较多,通过人体呼吸、汗液等排出的氨类化合物、硫化氢、苯和甲苯等污染物，通过咳嗽、打喷嚏等 喷出的流感病毒、结核杆菌和链球菌等生物污染物。

2 　室内空气净化技术研究进展
目前,室内空气的净化技术主要有吸附、静电、 负离子、低温等离子体、光催化以及膜分离等。同时，臭氧空气净化和紫外线杀菌等空气净化方法也 有少量的报道。

2.1 　吸附法净化
吸附法是利用某些有吸附能力的物质如活性炭、Al2O3 、硅胶和分子筛等吸附剂吸附空气中有害 成分从而达到消除有害污染物的目的。活性炭作为 一种吸附材料已有悠久的历史,自20 世纪初活性炭 实现工业化以来,就被广泛应用于空气净化[5 ] 。

但是常规的活性炭有一些自身的缺陷,使其在 空气净化中的应用受到限制。近几十年已研制出蜂 窝状活性炭、活性炭纤维(ACF) 和新型活性炭等。 其中,ACF 由于其优越的吸附性能,成为近年来深受 人们青睐的吸附材料。它能有效除去空气中的挥发 性有害气体,同时,对可吸入颗粒物也有很好的去除 效果。此外,在活性炭中添加一些物质经化学处理 后,原来对活性炭吸附力很弱的气体(如NOx 和SO2 等) 吸附力会增强[6 ] 。

ACF 对于去除室内空气中低浓度的污染物是非 常有效的,它是目前多种净化设备中用于过滤滤芯 的一种主要材料。但是,能与活性炭发生反应的 VOCs、会发生聚合反应的VOCs 和大分子高沸点的 有机物等,不宜用该方法。同时,虽然活性炭具有良 好的吸附性能,但由于它是将异味和臭气等从一种 状态转化为另一种状态而不能彻底地将之除去,从 而给环境造成二次污染[7 ] ,且难以再生重复使用。 至于沸石、分子筛在空气净化中的研究尚少有 报道。而人工合成分子筛的价格昂贵,而且天然分子筛在吸附性能和孔隙率方面难以符合要求,也限 制了它们的广泛使用。

2.2 　静电技术
静电技术在工业除尘中的应用已有近100 年历史,将其应用于小环境的空气净化是一种新型的空气净化方法。它主要是利用高压静电场形成电晕, 在电晕区里有自由电子和离子逸出,这些带电粒子 就会在运动中不断地碰撞和吸附到尘埃颗粒上。从 而使灰尘带上电荷,荷电后的粉尘等微粒在电场力 作用下,就会沉积并滑落。使空气中的颗粒物和尘 埃等除去,达到使空气洁净的目的。 静电技术用于小环境空气净化可在有人的条件 下进行持续动态的净化消毒,并具有高效的除尘作 用(除尘效率在90/100以上) 以及能同时除菌等特点。 因为空气中的细菌大多附着在尘埃颗粒上,空气中的微粒数的减少就标志着细菌等微生物的减少,即 能在除尘的同时除菌。但是其除菌的具体效果还有 待进一步验证,而且该方法不能有效除去室内空气中的有害气体如VOCs[8 ] 。同时该技术的使用会有臭氧的产生,而臭氧对人体是有害的[9 ] 。
2.3 　负离子技术
利用一定浓度的空气负离子来净化空气及消 毒,是因为负离子极易与空气中微小污染颗粒相吸附,成为带电的大离子,沉落在地面等的表面,从而使空气得到净化。负离子能使细菌蛋白质表层的电 性两级颠倒,促使细菌死亡,达到消毒与灭菌的目 的。高压电场会产生大量的负离子,负离子会随着 气流扩散到空气中,从而使人们在清洁的空气中感 受负离子新鲜空气。李长连[10 ]的研究表明,在实验条件下,负离子的除菌效果超过浓度为3/100过氧乙酸的杀菌效果。蒋耀庭等[11 ]报道,在室内用人工负 离子作用2 h ,室内空气中的悬浮微粒、细菌总数和 甲醛等的浓度都有明显的降低。 该技术能较为有效地除去空气中的细菌及尘 埃,但是却使尘埃易吸附在墙纸和玻璃等处,不能清 除出室内,而对于气体污染物,如VOCs 的去除有待 进一步研究。同时由于通常使用的离子发生器往往 也伴有臭氧的产生。
2.4 　低温等离子体技术
近年来,低温等离子体应用于污染控制成为一 个新兴的交叉学科,目前国内外在该领域的应用研 究非常活跃。低温等离子体内部富含电子、离子、自 由基和激发态的分子,使气体分子键打开,同时又产 生如·OH 等自由基和氧化性极强的O3 ,从而达到处 理空气中较低浓度挥发性有机物及微生物的目的, 其去除微生物的效果可达95/100[1 ] 。

人们已经研究利用低温等离子体技术处理工业 有毒有害气体。最近应用于汽车尾气治理的研究也 已经有很多的报道[12 ] ,这些研究表明,低温等离子 体技术对于汽车尾气排放出的颗粒物、氮氧化物和 二氧化硫等具有显著的去除效果。Yan 等人[13 ]用 低温等离子技术对含有苯、氨、硫化氢及二氧化硫污 染物的室内空气进行净化实验。在他们的实验条件 下,以上4 种污染物都有较好的去除效果。 但是该技术不能彻底降解污染物,往往伴有其 他副产物以及臭氧的产生,从而引起二次污染。所 以运用该技术需要有其他的后续处理技术以及有能 耗大等问题[14 ] ,而且它不能很好地除去空气中的细 微颗粒物。

2.5 　光催化净化
自从1972 年Fujishima 等发现受辐射的TiO2 表面发生持续的氧化还原反应以来,学者们掀起了光 催化的研究热潮[3 ,7 ,15～18 ] 。该技术在紫外光照射 下,在室温条件下就能将许多有机污染物氧化成无 毒无害的CO2 和H2O。在紫外光照射下,TiO2 光降 解氯代物[7 ] , 醛类、酮类、醇类[ 7 ,15 ] , 芳香族化合 物[3 ,16 ,17 ]以及其他无机有害气体CO、NOx 等已有大 量的文献报道[18 ] 。

甲醛和甲苯是室内空气中的常见的有机污染 物。根据以前的研究报道[7 ] ,湿度和反应物浓度等 都会影响着甲醛的降解效率,且随湿度的增大,甲醛 的降解率有一最大值。而对于甲苯的研究发现, TiO2 的制备方法[15 ]和尺寸的大小[16 ] 、污染物的浓 度以及反应物湿度等[3 ,7 ]对光催化效率均有影响。

许多学者[3 ,15～18 ]的研究表明,光催化是降解室内空 气中挥发性有害气体非常有效的途径,但是不同的 研究者取得的研究结果也有一些差异。Augugliaro 等人[17 ]的研究发现,在他们的实验中,甲苯降解后 的主产物是苯甲醛。而Jo 等人[3 ]研究了用TiO2 对 交通工具内的低浓度的VOCs 进光降解。在实验条 件下,不同的相对湿度对苯、甲苯以及二甲苯的3 种 异构体的降解效率无明显影响。他们的实验结果显 示,这5 种污染物的降解效率接近100/100 ,但降解率 依赖于反应气体流量的大小,而且有微量的CO 副 产物形成。

用于光催化的纳米TiO2 同时还具有杀灭微生 物的功能[19 ] 。微生物如细菌等是由有机复合物构 成的,因此利用TiO2 的光催化作用可以加以杀灭。 由于该技术的独特优越性能,它是目前最具发 展前景的室内空气净化技术。但是它不能解决室内 空气中的悬浮物及危害很大的细微颗粒物问题,同 时催化剂微孔容易被灰尘和颗粒物等堵塞而致使催 化剂失活。

216 　膜分离净化
自从1979 年美国Monsanto 公司属下的Permea 公司生产了1 套用于工业气体分离的Prism 聚合物 膜装置后,膜技术对气体混合物的分离已被成功地 应用于工业,成为近几十年来发展的化工单元操作 中最为有效的一种新单元。膜分离技术是一项简 单、快速、高效和经济节能的新技术。用于气体分离 的膜主要有有机聚合膜和无机膜。

有机膜分离技术已被成功应用于用其他方法难 以回收的有机物的分离,如医院消毒用的CFC212 和 环氧乙烷、制冷设备(如冰箱等) 使用过程中排放回 收的CFCs 等。采用该方法回收有机废气中的丙酮、四氢呋喃、甲醇和甲苯等(浓度低于50/100) ,回收率可达97/100。将有机膜应用于室内空气净化的研究 目前尚少。

无机膜分离技术目前已经被广泛应用于空气分 离制取富氧、浓氮，天然气分离、二氧化碳回收，炼 气、石油化工及合成氨尾气中氢的回收和酸性气体 脱除等领域。由于该技术具有热稳定性好、化学性 质稳定、并且不被微生物降解以及较大的机械强度、 容易控制孔径尺寸等特点,将它用作室内空气净化 的主体或载体有着巨大的潜力。现已有关于用无机 陶瓷膜净化室内空气的报道[20 ] 。

在实验条件下,用 该无机膜能100/100除去空气中颗粒大于012μm 的颗 粒物,其对于细菌的总截留率也达到了99.199/100。 有机膜具有高的分离系数,但是它存在气体通 透量低、耐热和耐腐蚀性差、使用过程中易老化和易 堵塞等缺点。无机膜具有较高的通透性和耐热耐压 性能,但是它的气体分离系数较低,因而其对室内空 气中的低浓度的VOCs 的去除效果不理想。
3 　展　望
由于室内空气污染来源广、危害大,减少或消除 各种污染物就显得尤为重要。现有用于室内空气污 染控制的各种治理技术,都对室内空气中的一些污 染物有着很好的去除效能。但是它们都有各自的局 限性。 由于目前的各类室内空气净化技术都有其自身 的缺陷,因而采用单一技术对室内空气中的各种污 染物进行处理,难以取得令人满意的效果。所以,现 在迫切需要研究开发更有效的净化技术。但在还没 有找到一种可行的新技术能解决各种污染问题的情 况下,集中几种现有技术的优点,扬长避短将成为目 前的重要研究方向之一。

从各种净化技术的净化效果比较可以看出,无 机膜是除菌除尘的理想选择，同时它还具有耐腐蚀、 机械强度高、使用寿命长和气体通透性好等优点。 而光催化技术在常温、常压的条件下,就能够使反应 顺利进行,而且能将空气中的低浓度的有害气体和 异味彻底分解为无臭、无害产物,无二次污染,从而 彻底消除有害气体。

如果将光催化技术和无机膜分离技术相结合, 利用无机膜为载体将TiO2 负载到无机膜上,这样就 可以集光催化和膜分离技术于一体。由于无机膜能 很好地把颗粒物和细菌除去,从而避免了光催化因 催化剂表面微孔的堵塞引起的失活问题,使光催化无需对废水进行消毒杀菌,在工程上应用可大大降 低运行成本。

(3) 本技术的工程应用需与废水好氧处理工艺 结合(如普通活性污泥工艺、生物接触氧化工艺等) 才能使皂素生产废水处理达到排放标准,且需在批 量试验基础上进一步探讨最佳工艺与运行条件。单 一酵母菌处理不能直接使处理出水达标,因此这项 技术适用于皂素生产废水的预处理。