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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： 本文介绍的空气过滤器有效的结合了静电除尘器和光催化技术，并且加入了等离子体效应，使其不仅拥有很好的除尘性，还有比较好的净化有机污染和杀菌的效果。利用净化器中的静电除尘器的正电极产生的等离子体效应激发光触媒的光催化作用，综合了除尘、杀菌和光催化治理VOC的作用。以普通的办公室作为测试场所，研究这种净化器的杀菌效果。实验结果表明，在沉降菌检测方面该净化器在工作15分钟后有明显的杀菌作用，30分钟后菌落数基本稳定；在浮游菌检测方面也得到了很好的结果证明该净化器有很好的杀菌效果，从而验证了其杀菌的高效性、广普性和快速性。1 前言目前人人类经常常活动
2、的的室内环环境经受受着各种种各样的的污染，它它们已经经影响到到了我们们生活的的方方面面面。有有些污染染会造成成人类的的头晕、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。而而消毒液液、紫外外灯杀菌菌、臭氧氧杀菌等等技术均均存在对对人体的的副作用用以及杀杀菌效率率低的问问题。本本文介绍绍的空气气过滤器器有效的的结合了了静电除除尘器和和光催化化技术，并并且加入入了等离离子体效效应，使使其不仅仅拥有很很好的除除尘性
3、，还还有比较较好的净净化有机机污染和和杀菌的的效果。这这里主要要针对其其杀菌性性能作一一下研究究。2 杀菌原原理21 光光催化及及其杀菌菌原理在光照照下，如如果光子子的能量量大于半半导带体体禁带宽宽度，其其价带上上的一个个电子（ee-）就就会被激激发，超超过禁带带进入导导带，同同时在价价带上产产生相应应的空穴穴（h+）。光光生空穴穴具有很很强的氧氧化能力力（其标标准氢电电极电位位在1.033.5VV，取决决于半导导体的种种类和PPH条件件），而而光生电电子具有有很强的的还原能能力（其其标准氢氢电极电电位在+0.551.5V），它它们可以以直接复复合释放放出热能能，也可可迁移到到半导体体表面的的
4、不同位位置，与与表面的的俘获位位结合或或与表面面吸附的的电子给给体/受受体发生生氧化还还原反应应。空穴可可以直接接或间接接氧化有有机物，但但通常情情况下都都认为空空穴对有有机物的的氧化是是通过羟羟基自由由基（OH）简简捷完成成的。其其机理如如下：反应1：TTiO22 + hv ee- + h+反应2：hh+ +OH- OHH反应3：ee-+ O2 OO2-反应4：O2- + H+ HOO2反应5：22 HOO2 O22 + H2OO2反应6：OO2 + H22O2 2 HO22当用光光照射半半导体表表面产生生电子和和空穴（反反应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，而而
5、且又是是表面丰丰富物种种，因此此空穴在在扩散过过程中首首先被表表面羟基基俘获，从从而产生生羟基自自由基（反反应2）。羟羟基自由由基具有有高度的的化学活活性，可可以氧化化包括生生物难降降解的各各种有机机物并使使之矿化化。在空空穴被表表面羟基基俘获的的同时，光光生电子子也必须须与电子子受体相相结合，以以维持半半导体表表面的电电中性。在在不外加加氧化剂剂的条件件下，水水中的溶溶解氧可可作为电电子的清清除剂，俘俘获电子子产生的的负氧离离子OO2-（反反应3），再再经过反反应4、55生成HH2O22。H22O2在在这里有有双重作作用：在在反应系系统中OH较较少时，可可作为OH的的另一个个来源（反反应6）
6、，提提高反应应速率。光催化化技术的的高氧化化性能具具有很强强很广的的杀菌性性，可以以通过破破坏细菌菌的细胞胞壁以及及凝固病病毒的蛋蛋白质，达达到杀灭灭细菌和和病毒的的作用。22 等等离子体体基本理理论2.2.11词源等离子子一词源源于英文文的“pplassma”，其其本意是是“血浆浆”，“细细胞质”的的意思。但但是，在在19227年，美美国19932年年诺贝尔尔化学奖奖得主欧欧文.兰兰米尔（11881119957）在在一次充充电粒子子震动的的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“pplassma”等
7、离离子体。2.2.22何谓“物物质的第第四态”？通常状状态下物物质有三三态气，液液，固；并且按按右图的的方式变变化；当当继续加加热受热热气体到到一定程程度后，气气体的粒粒子中的的电子（eelecctroon）由由价带（vvalaancee baand）逃逃逸到导导带（ccondducttionn baand）这这样，物物质的中中性核（nneuttrall nuucleear）将将出现空空穴显正正电性（+）；而而得到电电子的中中性核显显负电性性（-）这这样的一一对离子子同时相相对独立立存在。由由于这种种状态与与其他三三态在形形状上有有明显的的区别，故故而称之之为“物质质的第四四态”。2.2.33
8、 能量量分析一般的的，电离离气体（llionnizee gaas）所所需的最最低能量量为23eeV，由由此我们们可以推推导出电电离气体体的温度度：k * TT = 2eVVT = 22eV / kk这里：T开氏氏温度k（KKelvvin）eV 能量单单位（电电子伏特特）1eV = 1.6 * 100 119JJK波尔尔兹曼常常量（BBolttzMaann）k =1.38 * 110-223JJ/K所以：T = 22*(11.6*10-19)/1.38*10-23=2.33*1004kk由此可可见，电电离气体体的温度度相当的的高，因因此，在在宇宙星星际中大大量的存存在着这这种状态态的物质质。但是
9、是，应用用在日常常生活中中， 这这种高温温状态既既难以达达到，又又无法被被人们适适应，因因此，在在迅猛发发展的离离子体技技术领域域中一种种新型的的电离技技术被广广泛采用用“低低温等离离子”技技术（NNonttherrmall Pllasmma）。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，这这种特性性光源可可释放的的能量为为344eV。23 等等离子技技术和光光催化技技术结合合的原理理利用静静电除尘尘器的放放电装置置放电，目目的是要要产生334eeV的光光能。根根据光子子的能量量公式：E=h*vvv=c/E=h*(c/)这里：E 光
10、光子能量量 eeV ( 1eVV=1.6 * 100-199 JJ )h普郎郎克 （PPlannck）常常量 （ 6.663 * 100-344J.s ）v光子子频率 Hzzc光子子速率 （约33*1008）m/ss光子子波长 m那么式有：E =6.63*10-34*(3*1088/)JE=124400/eeV根据公公式有有：124400/E 由于： E = 334 eV从而：=33004000nmm所以将将放电装装置和光光催化有有效的结结合起来来从理论论上是可可行的。3 材料与与方法31材料料空气：天津地地区办公公室内空空气培养基基：牛肉肉蛋白胨胨琼脂培培养基化学试试剂：110%HHCL溶溶
11、液、110%NNaOHH溶液、00.1%酚酞指指示剂等等.32沉降降菌测量量方法采用沉沉降法。即将盛盛有培养养基的培培养皿（直直径900mm）放放在办公公室的44个待测测地点，暴暴露5分分钟后回回收，然然后放入入恒温培培养箱在在37条件下下恒温培培养488小时，肉肉眼计数数菌落数数目。33 浮浮游菌测测量方法法采用撞撞击法。采用干干式撞击击法的旋旋转法，即即通过缝缝隙吸引引空气采采样，是是空气中中所含浮浮游菌撞撞击并沉沉积在旋旋转的培培养基上上。培养养基直径径50mmm。4 结果分分析为了更更好的验验证本净净化器的的杀菌能能力，笔笔者在两两个不同同空气品品质的办办公室里里进行了了沉降菌菌的测量
12、量。首先先测量未未开启净净化器前前的沉降降菌，然然后开启启净化器器，每搁搁15分分钟测量量一次，这这里将数数据总结结成图表表如下：从图表表中可以以清楚的的知道在在不同空空气品质质的情况况下有相相似的杀杀菌效果果，在净净化器稳稳定工作作30分分钟后，沉沉降菌的的数量趋趋于稳定定，皿中中的菌落落数不大大于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，主主要由于于办公室室的气密密性不能能确保无无室外空空气渗入入导致。浮游菌菌的测量量采用国国产JWWJ11A型空空气微生生物检测测仪，培培养皿的的直径550mmm，本实实验采用用抽气量量25
13、LL/Miin，每每个培养养皿抽气气2分钟钟。实验验结果如如下：浮游菌的测测试结果果（cffu菌落落数）初始 （3300ccfu）115分钟钟后（2260 cfuu）30分钟后后（2224 ccfu ）455分钟后后（1886 ccfu）60分钟后后（1332 ccfu）775分钟钟（866 cffu）5 结论加入等等离子技技术的光光催化净净化器有有很好的的杀菌效效果和实实用性，具具有快速速，高效效和广普普等优点点，适合合在家庭庭、办公公室、小小型会议议室中使使用。这这项技术术是可行行的，值值得继续续深入研研究，以以便为人人类的生生活提供供更好的的生活条条件。参考文献1耿启启金，王王西奎，国国伟林。纳纳米涂料料的研究究进展。山山东建材材20003 年第224 卷卷第4 期2北京京首创纳纳米科技技有限公公司研发发中心。纳纳米光催催化技术术及其在在室内空空气洁净净上的应应用。新新材料产产业220033年第11期总第第1100期3 康康亚婵, 吴丽丽宣, 赵艺艺苹, 朱金莺莺, 江江如苹。紫紫外线消消毒治疗疗室空气气效果评评价。中中华医院院感染学学杂志220033 年第第13 卷第110 期期4分体体落地式式空调器器使用说说明书，乐乐金电子子（天津津）电器器有限公公司5等离离子体空空气净化化技术在在空调器器上的应应用技术术资料，乐乐金电子子（天津津）电器器有限公公司
