气体介质悬浮颗粒物净化系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明装置属于净化和过滤技术领域，涉及一种移除气体介质(包括但不限于空气)中悬浮颗粒物的净化和过滤系统。
【背景技术】
[0002]HEPA是市场上最常见的的净化处理方式(HEPA为英文高效空气过滤器HighEfficiency Particulate Air Filter的缩写)αΗΕΡΑ采用纯机械式过滤的方式，因而区别于离子、电子类净化设备。一般的HEPA滤网由于技术工艺的原因，对花粉、细菌、灰尘等大的颗粒捕捉比较容易，但对于粒径小于2.5微米以下的颗粒，粒径越小，捕捉越困难。此类设备一般而言风阻较大，需要大功率的为提供空气动力的设备，因而会消耗更多的电力、制造较大的噪音。噪音、能耗方面正是HEPA过滤系统的主要不足之处。
[0003]此外，对于采用HEPA的系统或者设备，不能忽略其二次污染的问题。美国的劳伦斯伯克利国家实验室2014年的一个研究表明，使用一段时间后没有及时更换滤芯的家用空气净化器由于其内部储存了较多的污染物，可能不但失去净化的功能，反而会给室内环境带来污染。(Hugo，2014)由于更换成本较高、对二次污染普遍认识不足等因素，造成不少HEPA空气净化器的用户不能及时更换滤芯，而处于另一种污染的威胁当中。
[0004]另外一种常见过滤设备属于静电、电子、离子类净化的范畴。这类设备一般都基于工业领域电除尘装置的原理，通常都是利用“平行板式电场”捕捉荷电颗粒(如CN101130180 B,WO 2012016481 Al，CN101406798等)，工业除尘的目的在于防止工业生产设备向大气的排放，而不会考虑对空气品质要求较高的例如室内生活空间、洁净室等地的需求(谭天祐等，1984)。除常见的平行平面板式系统以外，其他一些系统将平行的平面做了一些变换，如CN1980744B将基本的板式捕捉电场变换为多孔的方格形式，但是在密布的网格中布置不同电势差的集尘电极较为繁琐;如果采用所述开槽塑料板孔结构中增加隐藏电极的方法则又会增大制造成本以及降低捕捉面积;如果采用纯金属板孔结构的实施方式，则相比传统结构很难有实质的效率提升。CN101374605B则因为其电场捕捉颗粒的效果不能令人满意而采用板式捕捉电场后方再加一个滤芯的组合。增加一个过滤的层级理论上会提高净化器的净化效率。但是这样的静电加滤网的设置方式其实只是一种简单的组合。CN102164678B、CN1221358A以及其申请人在其他国家公布的专利如US6203600则将常见的平行平面通过卷绕变换为两条平行的螺线表面。这样虽可增大捕捉区域面积，但增加有限。
[0005]怀特比(Whitby，1978)根据大气污染颗粒物的表面积与粒度分布关系总结出了3种粒度分布的模态，即爱根核模(粒径小于0.Ιμπι)、积聚模(粒径大于0.1Mi小于2μπι)和粗粒模(粒径大于2μπι)。城市大气中颗粒物的分布大多属积聚模和粗粒模。其中积聚核膜颗粒不易去除，多数为二次颗粒物，多数硫酸盐颗粒属于此模态(胡敏等，2005) ο
[0006]以上气体介质中悬浮颗粒对人体的毒害程度由以下几个因素构成:悬浮颗粒成分的毒性、悬浮颗粒的数量、悬浮颗粒的粒径(由于较小的颗粒可以直接从肺部进入人的血液，所以这部分颗粒的危害性尤其的大)、呼吸道的健康程度(人体清洁呼吸道的能力)、颗粒的特性(尤其是超细颗粒，有细菌、病毒、重金属等)。近年来我国频繁出现的严重大气污染，也就是程度较严重的灰霾，其中含有的就是对人体危害较大的超细颗粒物就是属于积聚模和粗粒模，因为这部分较小的颗粒，很大部分可通过呼吸道进入人体肺泡(吴兑，2012)如果面对这样较为严重的污染，现有系统或者装置显得不足。市场急需对大量较小的污染颗粒物也能有效去除的系统。
[0007]但是，目前国内对于不同的气体介质中悬浮物颗粒的组分、浓度及来源方面缺乏针对性的研究，尤其是对天然源和生物地球化学源等方面更是不足。(侯美伶等，2012)故而大多民用净化设备而对于PM2.5等较小或者超细的悬浮颗粒物净化效率不高。
[0008]驻极体纤维是一种可以较持久荷电的纤维。因其静电力作用，相对普通的滤网能提高对粉尘捕集率和气体过滤效率。驻极体作为净化吸附材料(例如CN102164677B)近年在民用净化的领域也得到一些应用。但驻极体纤维的电压通常只有几百至上千伏电压(杨荆泉等，2009)。由于电场强度低，而且无法调整电压值，捕捉效率存在瓶颈。这类材料使用后无法再生，也不易降解，其产品生命周期成本和环保成本都较高，不利于市场普及。
[0009]还有一些辅助技术如活性炭过滤装置，通常作为一种空气净化设备的辅助装置。活性炭装置在短时间内能吸附一定的细菌和尘土及有害气体，对无机物吸附能力一般。活性炭材料到饱和状态后，很难再生利用。(尹维东，2002)吸附达到一定程度后，因为没有杀菌效果，反而容易成为细菌的繁衍体，换下的滤芯也面临无害处理的困难。再如石墨烯基吸附材料(例如CN103407997A)和活性炭、驻极体纤维相似，也存在无法再生的问题，如果处理污染严重的空气介质，失效偏快。
[0010]除上述电除尘和HEPA过滤两种方式是目前市场上主要的净化设备原理之外，还有一些其他技术原理的设备也在市场上可以见到:例如臭氧、紫外线、光触媒、离子等技术。
[0011]现有专利文献有一些是主要利用臭氧来对空气进行消毒杀菌的装置(例如:CN103673124A，CN201996881U，CN86106909等)，而臭氧由于会刺激人体呼吸系统而产生不良的影响。为此，中国国家标准“GBT18883-2002室内空气质量标准”中明确限制了室内臭氧浓度的上限值为50ppb，所以这类主动产生臭氧的设备一般都不能满足该标准所以不宜用于室内工作居住等环境。
[0012]其他净化方式比如紫外线、光触媒等催化裂解方式则很难在室内空间起到净化效果。美国能源环保部明确认定这两类方式对于室内空气净化无明显的效果。(EPA，2008)此夕卜，紫外线的泄漏还会对人体健康以及家用的塑料制品的寿命构成威胁。而催化裂解即使有合理的分解污染物的原理，其一般不能说明分解后的产物如何以及是否会对人体健康产生影响。故除需要验证其分解效能之外，也需要进一步研究其附产品对人体健康的影响。
[0013]现有装置还有产生离子如CN102946910B，CN105115054A，CN105042717A等将离子作为产出物输出。最重要的是:离子的进入本身并不能直接消除气体中的污染。再者，离子一般会伴随臭氧一起产生(例如CN85102037中加入了用来消除伴生臭氧的装置)，释放到空气的负离子也有可能是荷负电的污染颗粒物(并非等同于新鲜空气中检测到的负离子)，故不宜将产生离子的装置安装在有人类活动的区域。这种弊端使得该类净化装置的使用范围非常局限。另外将离子释放至室内空间的不利因素是，这些离子或者荷电的颗粒进入到空气后，附近的表面将是这些颗粒的捕捉体(例如:墙面)，这些表面会因为积聚较多颗粒而变脏，不易于清理。
[0014]综上所述，如果有一种高效净化和过滤设备既能有效去除气体介质中较大的、相对容易去除颗粒物(粒径>2.5μπι)，又能有效去除空气中较小的悬浮颗粒物(粒径〈2.5μπι)，这样的设备又几乎不产生臭氧或者离子等可能威胁人体健康的成分，同时又能以合理的成本制造，那么将会有极大的市场需求。
【发明内容】
[0015]本发明的一个目标是提供有一种高效净化和过滤系统，该系统既能有效去除气体介质中较大的、相对容易去除的污染颗粒物(粒径>2.5μπι)，又能有效去除常规净化设备难以去除的较小的悬浮颗粒物(粒径〈2.5μπι)，并杀灭其中的细菌和病毒，而这样的系统又几乎不产生臭氧或者离子等可能威胁人体健康的成分。
[0016]根据本发明，提供了一种移除气体介质中悬浮颗粒物的净化和过滤系统，该系统包括荷电组件(0101)、强制通风组件(0102)、过滤组件(0103)以及气体能够通过的一个容纳上述组件的管道，其特征在于所述过滤组件(0103)包含电势差不同的至少两个电极，所述电极之间有不良导体类纤维状材料。
[0017]纤维材料优选非紧密排列而成的结构，纤维之间有空间可供气流通过，在高压电极的作用下，纤维荷电且其间隔的空间内产生电场，含纤维过滤部件中纤维的填充比例为1-15%。纤维的直径的范围为ΙΟΟμπι-Ο.ΟΙμπι。其有益效果是提供了比传统板式集尘器大的多的比表面积，在有效捕捉较大颗粒污染物的同时，又能有效去除空气中较小的悬浮颗粒物(粒径<2.5μπι)。
[0018]其纤维材料优选可降解酸性纤维。其有益效果是可以以合理的成本制造，并且可降解，对环境友好。酸性纤维材料可以有优良的抑制细菌滋生的功能。这样的结构的另外一个有益效果是，由于空气阻力低，可以大大降低设备功率以及噪音。
[0019]其纤维材料可选高分子聚合物纤维。其有益效果同样是高的比表面积和微小颗粒物去除效果，空气阻力低。
[0020]其纤维材料在另一个优选示例中系紧密排列而成的层状结构，层状结构之间有空间可供气流通过。这样的结构的有益效果同样是由于空气阻力低，可以大大降低设备功率以及噪音。
[0021]其中高压电极不经过绝缘处理，并且气体可以从电极穿过;其有益效果是可以避免绝缘材料对电场强度的降低作用。
[0022]另一个优选示例中其荷电组件的等离子发生极的尖端部位采用碳纤维组合的刷状尖立而O
[0023]其过滤组件(0103)中与荷电组件(0