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1、基于光催化技术的等离子体空气过滤器杀菌效果研究摘要： 本文介介绍的空空气过滤滤器有效效的结合合了静电电除尘器器和光催催化技术术，并且且加入了了等离子子体效应应，使其其不仅拥拥有很好好的除尘尘性，还还有比较较好的净净化有机机污染和和杀菌的的效果。利用净净化器中中的静电电除尘器器的正电电极产生生的等离离子体效效应激发发光触媒媒的光催催化作用用，综合合了除尘尘、杀菌菌和光催催化治理理VOCC的作用用。以普普通的办办公室作作为测试试场所，研究这这种净化化器的杀杀菌效果果。实验验结果表表明，在在沉降菌菌检测方方面该净净化器在在工作115分钟钟后有明明显的杀杀菌作用用，300分钟后后菌落数数基本稳稳定；在
2、在浮游菌菌检测方方面也得得到了很很好的结结果证明明该净化化器有很很好的杀杀菌效果果，从而而验证了了其杀菌菌的高效效性、广广普性和和快速性性。1 前言言目前前人类经经常活动动的室内内环境经经受着各各种各样样的污染染，它们们已经影影响到了了我们生生活的方方方面面面。有些些污染会会造成人人类的头头晕、恶恶心等症症状，从从而严重重影响人人们的工工作效率率。尤其其是有机机污染和和细菌污污染对生生活质量量的提高高产生了了严重的的限制作作用。现现有的过过滤、吸吸附、负负氧离子子以及臭臭氧等技技术，都都很难持持续而有有效的净净化有机机污染。而消毒毒液、紫紫外灯杀杀菌、臭臭氧杀菌菌等技术术均存在在对人体体的副作
3、作用以及及杀菌效效率低的的问题。本文介介绍的空空气过滤滤器有效效的结合合了静电电除尘器器和光催催化技术术，并且且加入了了等离子子体效应应，使其其不仅拥拥有很好好的除尘尘性，还还有比较较好的净净化有机机污染和和杀菌的的效果。这里主主要针对对其杀菌菌性能作作一下研研究。2 杀菌菌原理21 光催化化及其杀杀菌原理理在光光照下，如果光光子的能能量大于于半导带带体禁带带宽度，其价带带上的一一个电子子（e-）就会会被激发发，超过过禁带进进入导带带，同时时在价带带上产生生相应的的空穴（h+）。光生生空穴具具有很强强的氧化化能力（其标准准氢电极极电位在在1.003.5V，取决于于半导体体的种类类和PHH条件）
4、，而光光生电子子具有很很强的还还原能力力（其标标准氢电电极电位位在+00.51.55V），它们可可以直接接复合释释放出热热能，也也可迁移移到半导导体表面面的不同同位置，与表面面的俘获获位结合合或与表表面吸附附的电子子给体/受体发发生氧化化还原反反应。空穴穴可以直直接或间间接氧化化有机物物，但通通常情况况下都认认为空穴穴对有机机物的氧氧化是通通过羟基基自由基基（OOH）简简捷完成成的。其其机理如如下：反应1：TiOO2 + hvv e- + hh+反应2：h+ +OHH- OOH反应3：e-+ O22 O2-反应4：O22- + H+ HHO2反应5：2 HHO2 OO2 + H22O2反应6：
5、O2 + HH2O22 22 HOO2当用用光照射射半导体体表面产产生电子子和空穴穴（反应应1）时时，由于于羟基氧氧化电位位在半导导体的价价带位置置以上，而且又又是表面面丰富物物种，因因此空穴穴在扩散散过程中中首先被被表面羟羟基俘获获，从而而产生羟羟基自由由基（反反应2）。羟基基自由基基具有高高度的化化学活性性，可以以氧化包包括生物物难降解解的各种种有机物物并使之之矿化。在空穴穴被表面面羟基俘俘获的同同时，光光生电子子也必须须与电子子受体相相结合，以维持持半导体体表面的的电中性性。在不不外加氧氧化剂的的条件下下，水中中的溶解解氧可作作为电子子的清除除剂，俘俘获电子子产生的的负氧离离子OO2-（
6、反应33），再再经过反反应4、5生成成H2OO2。HH2O22在这里里有双重重作用：在反应应系统中中OHH较少时时，可作作为OOH的另另一个来来源（反反应6），提高高反应速速率。光催催化技术术的高氧氧化性能能具有很很强很广广的杀菌菌性，可可以通过过破坏细细菌的细细胞壁以以及凝固固病毒的的蛋白质质，达到到杀灭细细菌和病病毒的作作用。22 等离子子体基本本理论2.2.1词源源等离离子一词词源于英英文的“plaasmaa”，其其本意是是“血浆浆”，“细胞质质”的意意思。但但是，在在19227年，美国119322年诺贝贝尔化学学奖得主主欧文.兰米尔尔（1888119557）在在一次充充电粒子子震动的的
7、研究过过程中发发现了一一种特殊殊的波形形，由于于其与血血浆（bblooodpllasmma）的的波谱极极为相似似，故而而将其命命名为“plaasmaa”等离子子体。2.2.2何谓谓“物质质的第四四态”？通常常状态下下物质有有三态气，液，固固；并且且按右图图的方式式变化；当继续续加热受受热气体体到一定定程度后后，气体体的粒子子中的电电子（eelecctroon）由由价带（vallancce bbandd）逃逸逸到导带带（coonduuctiion bannd）这这样，物物质的中中性核（neuutraal nnucllearr）将出出现空穴穴显正电电性（+）；而而得到电电子的中中性核显显负电性性（
8、-）这样的的一对离离子同时时相对独独立存在在。由于于这种状状态与其其他三态态在形状状上有明明显的区区别，故故而称之之为“物质质的第四四态”。2.2.3 能能量分析析一般般的，电电离气体体（liioniize gass）所需需的最低低能量为为233eVV，由由此我们们可以推推导出电电离气体体的温度度：k * T = 2eeVTT = 2eVV / k这里里：T开开氏温度度k（Keelviin）eV 能量量单位（电子伏伏特）1eV = 11.6 * 110 19JK波波尔兹曼曼常量（BolltzMMannn）k =11.388 * 10-23J/KK所以以：T = 2*(1.66*100-199)
9、/11.388*100-233=2.3*1104k由此此可见，电离气气体的温温度相当当的高，因此，在宇宙宙星际中中大量的的存在着着这种状状态的物物质。但但是，应应用在日日常生活活中， 这种高高温状态态既难以以达到，又无法法被人们们适应，因此，在迅猛猛发展的的离子体体技术领领域中一一种新型型的电离离技术被被广泛采采用“低温温等离子子”技术术（Noonthhermmal Plaasmaa）。它它是利用用特性光光源在空空气介质质（Meediuum）的的电离效效应这一一原理而而产生的的。实验验表明，这种特特性光源源可释放放的能量量为34eVV。23 等离子子技术和和光催化化技术结结合的原原理利用用静电
10、除除尘器的的放电装装置放电电，目的的是要产产生34eVV的光能能。根据据光子的的能量公公式：E=h*vv=cc/E=hh*(cc/)这里里：E 光子能能量 eV ( 1eeV=11.6 * 110-119 J )h普普郎克 （Pllancck）常常量 （ 6.63 * 110-334JJ.s ）v光光子频率率 HHzc光光子速率率 （约约3*1108）m/s光光子波长长 mm那么么式有有：E =66.633*100-344*(33*1008/)JJE=1224000/eV根据据公式有：1224000/E 由于于： EE = 344 eVV从而而：=30004000nnm所以以将放电电装置和和光
11、催化化有效的的结合起起来从理理论上是是可行的的。3 材料料与方法法31材材料空气气：天津津地区办办公室内内空气培养养基：牛牛肉蛋白白胨琼脂脂培养基基化学学试剂：10%HCLL溶液、10%NaOOH溶液液、0.1%酚酚酞指示示剂等.32沉沉降菌测测量方法法采用用沉降法法。即将将盛有培培养基的的培养皿皿（直径径90mmm）放放在办公公室的44个待测测地点，暴露55分钟后后回收，然后放放入恒温温培养箱箱在377条件件下恒温温培养448小时时，肉眼眼计数菌菌落数目目。33 浮游菌菌测量方方法采用用撞击法法。采用用干式撞撞击法的的旋转法法，即通通过缝隙隙吸引空空气采样样，是空空气中所所含浮游游菌撞击击并
12、沉积积在旋转转的培养养基上。培养基基直径550mmm。4 结果果分析为了了更好的的验证本本净化器器的杀菌菌能力，笔者在在两个不不同空气气品质的的办公室室里进行行了沉降降菌的测测量。首首先测量量未开启启净化器器前的沉沉降菌，然后开开启净化化器，每每搁155分钟测测量一次次，这里里将数据据总结成成图表如如下：从图图表中可可以清楚楚的知道道在不同同空气品品质的情情况下有有相似的的杀菌效效果，在在净化器器稳定工工作300分钟后后，沉降降菌的数数量趋于于稳定，皿中的的菌落数数不大于于5（本本实验采采用直径径90mmm培养养皿）杀杀菌效率率在900%以上上。但是是其中有有不稳定定的数据据存在，主要由由于办
13、公公室的气气密性不不能确保保无室外外空气渗渗入导致致。浮游游菌的测测量采用用国产JJWJ1A型型空气微微生物检检测仪，培养皿皿的直径径50mmm，本本实验采采用抽气气量255L/MMin，每个培培养皿抽抽气2分分钟。实实验结果果如下：浮游菌的的测试结结果（ccfu菌菌落数）初始 （3000cfuu）155分钟后后（2660 ccfu）30分钟钟后（2224 cfuu ）445分钟钟后（1186 cfuu）60分钟钟后（1132 cfuu）755分钟（86 cfuu）5 结论论加入入等离子子技术的的光催化化净化器器有很好好的杀菌菌效果和和实用性性，具有有快速，高效和和广普等等优点，适合在在家庭、
14、办公室室、小型型会议室室中使用用。这项项技术是是可行的的，值得得继续深深入研究究，以便便为人类类的生活活提供更更好的生生活条件件。参考文献献1耿耿启金，王西奎奎，国伟伟林。纳纳米涂料料的研究究进展。山东东建材20003 年年第244 卷第第4 期期2北北京首创创纳米科科技有限限公司研研发中心心。纳米米光催化化技术及及其在室室内空气气洁净上上的应用用。新新材料产产业220033年第11期总第第1100期3 康亚婵婵, 吴吴丽宣, 赵赵艺苹, 朱金金莺, 江如苹苹。紫外外线消毒毒治疗室室空气效效果评价价。中华华医院感感染学杂杂志20003 年第113 卷卷第100 期4分分体落地地式空调调器使用用说明书书，乐金金电子（天津）电器有有限公司司5等等离子体体空气净净化技术术在空调调器上的的应用技技术资料料，乐金金电子（天津）电器有有限公司司
