近年來，由于科技的發展和社會的進步，工廠、汽車等工業排放加劇全國各地空氣質量惡化，惡劣天氣頻發。人們為降低能耗，提高建筑物的密閉性，使建筑內換氣量減少，室內空氣環境進一步惡化。在這種情況下，人們開始重視逐漸惡化的空氣污染對自身健康和日常生活的影響，如何應對和處理這一問題是當前須著重研究和探索的課題。
目前室內污染物的成分和來源主要分3類。第一類污染物是顆粒物，尤其是以PM2.5為首的細顆粒物，因其直徑極小，甚至可以深入到人體細支氣管和肺泡中沉積，對人體呼吸道系統有極大的危害性。顆粒物污染物來源主要是汽車排放的尾氣和燃料不完全燃燒產生的煙霧，還包括廚房油煙、香煙煙霧和建筑材料釋放出的污染物等。第二類污染物是微生物，主要包括對人體有害的細菌、霉菌和病毒等，這類空氣污染物主要來源于居室中潮濕霉變的墻壁、生活垃圾、寵物、室內花卉、地毯、空調濾網等。第三類污染物為氣體污染物，主要分為有機污染物和無機污染物，有機污染物包括以TVOCs為首的各種氣體污染物，包括烷類、醛類、酯類和芳烴類等，其來源主要有建筑材料、清洗劑、蠟制品、地毯、家具、黏合劑和油漆等；無機污染物則包括一氧化碳、氮氧化物、氨、臭氧、硫化氫、氡等，其來源包括建筑施工、廁所下水道、工業和汽車尾氣等。現有的空氣凈化技術主要針對顆粒物、微生物以及氣體污染物這三類進行處理。
筆者對近年來應用的單一空氣凈化技術以及有發展潛力的協同型空氣凈化技術原理進行介紹，并歸納總結各種空氣凈化技術的凈化范圍、特點以及發展方向，最后對未來的空氣凈化技術進行展望。
1單一空氣凈化技術原理
1.1纖維過濾技術
纖維過濾器按照過濾效率可分為粗效過濾器、中效過濾器、高中效過濾器、亞高效過濾器和高效過濾器。粗效過濾器濾料主要是易于清洗和更換的金屬絲網、粗孔紡布、泡沫塑料等，其過濾效率基于粒徑5μm的微粒進行評價；中效過濾器濾芯形式與粗效類似，濾料主要是中細孔泡沫塑料、復合無紡布、玻璃纖維等，其過濾效率基于粒徑1μm的微粒進行評價；高中效過濾器與中效過濾器類似；亞高效過濾器濾料主要采用玻璃纖維濾紙、棉短纖維濾紙等，其過濾效率基于粒徑0.5μm的微粒進行評價；高效過濾器（HEPA）濾料主要是超細玻璃纖維紙、合成纖維紙和石棉纖維紙等，其過濾效率基于粒徑0.3μm的微粒進行評價。
污染空氣經過纖維過濾材料，主要受攔截效應、慣性碰撞、擴散效應、重力效應和靜電效應這幾種基本機制綜合作用，對空氣中的顆粒物以及附著在顆粒物上的細菌和病毒等微生物過濾。作用機制如下：微粒沿流線運動到纖維表面附近，當運動到纖維表面的距離等于或小于微粒半徑，微粒會被纖維表面截留，這種作用即攔截效應（見圖1）；氣流在結構復雜的纖維層穿過時，流線激烈拐彎過程中，微粒因慣性作用脫離流線碰撞到纖維并滯留，即慣性碰撞（見圖2）；對于直徑較小的微粒，其布朗運動較為劇烈，這種不規則運動使粒子有更大機會接觸并沉積到纖維表面，即擴散效應（見圖3）；0.5μm以上的微粒會在重力作用下沉積到纖維，即重力效應；如果纖維或微粒都帶上電荷，則可以產生吸附作用，將微粒吸附到纖維上，即靜電效應。
1.2活性炭及類似材料
吸附是由于吸附劑和吸附質分子間的作用力引起的，這種吸附的作用力一般可分為兩類：一類是由范德華力引起的分子之間的互相作用力；一類是化學鍵力，包括固體和氣體之間的電子轉移。這兩種力同時存在，主要看哪種作用力為主。物理吸附以范德華分子相互作用力為主，把吸附質吸附在吸附劑表面，是可逆過程。化學吸附依靠固體表面與吸附氣體分子間的化學鍵力，是化學作用的結果，其作用力遠遠超過物理吸附的范德華力，往往是不可逆過程。
目前常用的吸附材料主要包括活性炭、活性炭纖維材料以及相關的衍生材料（如碳納米管、石墨烯等）：
1）活性炭是最為常見的吸附材料之一，在工業及日常領域均有極為廣泛的應用。制備活性炭的原材料主要可分為植物類和礦物類：植物類包括鋸屑、椰殼、核桃殼等；礦物類主要包括各種煤化度的煤，如泥煤、褐煤、煙煤、無煙煤等。
2）活性炭纖維材料因其更好的吸附效果和更優異的物理特性，逐漸受到重視。與活性炭的結構不同，活性炭纖維含有的大量微孔直接開口于纖維表面，吸附質到達吸附位的擴散路徑比活性炭短，且具有較大的表面積（1000~3000m2/g），吸附脫附速率快，吸附容量大。圖4中左側部分為活性炭的微觀結構，右側為活性炭纖維的微觀結構。
3）碳納米纖維、碳納米管和石墨烯等材料在空氣凈化應用中一般因材料成本等原因，不會作為吸附濾芯的主材料，而是用于某些特殊應用，如氣體傳感器等，例如一種PAN碳納米纖維/ZnO2/SnO2復合材料，可用作類神經毒氣DMMP的氣體傳感器；有外國學者針對利用碳納米管制備氣體傳感器以及檢測微量污染氣體做了相關論述；國內清華大學的學者也對此類碳質材料在空氣凈化的應用上做了較完善的描述。
4）類似活性炭材料的吸附劑（如活性氧化鋁、硅膠和分子篩等），在工業上也有較廣泛的應用。例如γ型氧化鋁一般用于石油化工的吸附劑、催化劑和催化劑載體，大孔硅膠一般用于催化劑載體、消光劑等，而在空氣凈化領域最常用的仍是以活性炭為主的吸附劑。
1.3靜電除塵
靜電除塵技術原理，是利用高壓電場形成電暈，將污染空氣通過電暈區，使污染空氣中的顆粒物帶上電荷，然后在電場力的作用下，被吸附到極性相反的收集區并沉積，從而達到對空氣中顆粒物進行凈化的作用。
常用的靜電除塵器工作原理見圖5。一般污染空氣會經過預過濾器用于清除大顆粒污染物和氣溶膠，然后通過電離段和集塵段，最終獲得凈化空氣。
圖5靜電除塵工作原理
電離段的作用是給顆粒物荷電，荷電過程依過程的先后分為電暈放電和荷電2個階段。在電暈放電區域，因為空氣分子會自然輻射出電子，電子在電場力作用下，被加速到很高的運動速度，撞擊到空氣分子上，從而產生正離子和自由電子。這個過程在電離區瞬間完成，且撞擊出的自由電子會繼續撞擊空氣分子，在電離絲周圍形成一層電子云或正離子云。
經過電暈放電，已經產生了大量的正離子，顆粒和正離子混合在一起，由于正離子做布朗運動，會撞擊到顆粒上，顆粒從而被荷上正電荷，這就是擴散荷電。擴散荷電無需電場，也與顆粒的種類無關。隨著顆粒上正電荷的增加，顆粒會產生一個電場，排斥其他的正離子，從而會削弱后續的撞擊。當顆粒上的電荷增加到一定程度，沒有正離子能夠克服排斥力撞擊到顆粒，荷電即告結束。
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來源：慧聰新風網
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