消除和控制pm2.5-pm0.5范围颗粒物的装置和方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及消除和控制空气中的有毒有害的极细小颗粒物的装置和方法。
【背景技术】
[0002]目前国内因为严重雾霾的影响，人们都认识到以PM2.5为代表的极细小颗粒物是其主要的产生原因，经调查发现包括PM2.5以及更微小的ΡΜ0.5直径的颗粒物对人体有巨大的危害。
[0003]中国工程院院士钟南山认为:灰霾不光是对呼吸系统有影响，还对心血管、脑血管、神经系统有影响。大气污染比非典都要可怕得多，但却是任何人都跑不掉的。有很多数字足以证明这种长久的伤害已经开始显现出来:北京10年来肺癌增加了 60%，全国恶性肿瘤死亡率中肺癌排名第一，专家称灰霾天气比吸烟更易致肺癌。另有研宄显示，灰霾从25微/m3增加到200微克/m3时，日均病死率可以增加到11%，不要说未来，近在眼前的这些现实伤害，已经紧逼人类基本生存环境的底线。若这样的大气污染还须承受三五十年，那必然是一代人在污染中渐失生命，一代人在污染中日渐衰弱，还有什么未来值得期许。华东地区肺癌最小的患者仅8岁，这名8岁女童患肺癌的原因是家住在马路边，由于长期吸入公路粉尘，才导致癌症的发生。雾霾主要是因为PM2.5会沉积在肺部引起炎症，从而引起一些恶性病变。据专家介绍，雾霾中的PM2.5小颗粒，不光是粉尘，还有烟尘，包括汽车尾气、工业排放的废气等，这些物质都含有很多环境污染毒素，学术统称为环境污染雌激素，可以通过多种途径吸收侵入人体。
[0004]因此，消除和控制PM2.5-PM0.5范围的极细小颗粒物，即环境污染中的雌激素已经是社会和国家的急迫需要的技术。
【发明内容】
[0005]针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种消除和控制PM2.5-PM0.5范围颗粒物的装置；
本发明的另一个目的在于提供一种消除细颗粒物的方法。
[0006]一种消除和控制PM2.5-PM0.5范围颗粒物的装置，它包括外壳、阳极板、阴极板、可调式高压静电发生器，外壳中设有阳极板和阴极板，阳极板和阴极板至少为一组，交叉间隔设置，阳极板的数量比阴极板的数量多一片；相邻阳极板之间通过阳极板连接线相连，相邻阴极板之间通过阴极板连接线相连，可调式高压静电发生器的静电发生器阳极输出端和阳极板连接线相连接，静电发生器阴极输出端和阴极板连接线相连接；阳极板上设有极板吸附材料。
[0007]优选的，所述极板吸附材料为天然非金属微孔矿物材料或非金属泡沫型微孔材料。
[0008]优选的，所述天然非金属微孔矿物材料为凹凸棒石、海泡石、蒙脱石、硅藻土、膨润土、高岭土、白泡石、蛋白石、白云石、石灰石、氧化镁、碳酸钙、沸石、石膏、陶土及天然的黄土、红土、黑土土壤中的一种。非金属泡沫型微孔材料选自人工沸石、微孔塑料泡沫材料、微孔加气混凝土、活性炭或微孔陶瓷材料中的一种。最优选，极板吸附材料为甘肃省产凹凸棒石O
[0009]优选的，所述可调式高压静电发生器(D)调整电压为电晕发生电压的85-90%。即为近临界电晕电压，在此电压值时可以保持极板间的高压电场，而极板之间既不发生电晕现象也不发生击穿现象即，不会产生臭氧和低温等离子体等二次污染。
[0010]工作电压选择在接近而又低于电晕电压的范围内，以最接近电晕电压而又不发生电晕的高压电场工作的模式，即消除和吸附了 PM2.5-PM0.5范围的极细小颗粒物又避免了臭氧和其它电离子的产生。
[0011]用上述的装置进行消除和控制PM2.5-PM0.5范围颗粒物的方法，包括如下步骤:首先组装好外壳、阳极板、阴极板、可调式高压静电发生器，在阳极板上设置极板吸附材料，让未消除PM2.5-PM0.5的空气流进入装置，经过极板吸附材料的吸附，消除了 PM2.5-0.5的空气流出装置。
[0012]本发明的研宄过程如下:
一、对PM2.5颗粒物的分析研宄:
1.1普通物理过滤网的悖论:
现在已知PM2.5是指大气中直径小于或等于2.5微米的这一类极细小颗粒物，仔细分析折算2.5微米的尺寸就是25纳米，而ΡΜ0.5只有5纳米，如果要利用“普通物理过滤网法”过滤掉PM2.5-PM0.5范围的颗粒物那么过滤网的网孔尺寸必须小于2.5-0.5微米，这样理论上才能够过滤掉这些尺寸直径的颗粒物，但是网孔如此小的过滤网是不能够通过空气流的，这就是一个悖论，空气能够流过的过滤网的网孔尺寸肯定是大于2.5-5微米的，一般是略小于PMlO的尺寸，但是远远的大于PM2.5的尺寸，这样尺寸的滤网无法过滤掉PM2.5-PM0.5这类颗粒物，这些颗粒物会通过过滤网的，而过滤网的网孔如果小于2.5-5微米时空气就无法通过了，即便加压空气迫使空气在压力下流过，也会在极短时间内过滤网的里面即加压的一侧也会因为这类颗粒物的迅速积累堵塞而不能正常工作，况且使用空气加压又要消耗大量的能量而且在短时间就被堵塞，是一条走不通的路，所以结论是:普通物理过滤网不能够过滤掉PM2.5更不能过滤掉ΡΜ0.5。因此凡是使用过滤网(过滤膜)方式消除PM2.5的技术不可行。
[0013]1.2纳米级的PM2.5-PM0.5范围的极细小颗粒物的特性:
我们知道当固体物的尺寸细小到纳米级时会有许多在常态下不同的极特别的性能出现，使其产生了小尺寸效应、量子尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应等，从而使纳米材料表现出光、电、热、磁、吸收、反射、吸附、催化以及物理、生物活性等特殊性能，试分析如下:
1.2.1憎水性探讨:
当PM2.5-PM0.5的颗粒物的尺寸小到纳米级时也是同样如此，我们观察到的一个特点就是其“憎水性”按照一般的常识“喷洒水或者是水雾可以降尘的”，这是一个传统的常识，在PMlO以上的颗粒物方面应用是成功的也是完全正确的，但是应用在纳米尺寸的PM2.5-PM0.5颗粒物却表现出强烈的憎水性，这些颗粒物不能够与水和水雾(含水蒸气)自动结合，充分表现出喷洒水和水雾(含水蒸气)时不能降低PM2.5范围的极细小颗粒物，很多城市想当然的进行大量路面或者空中喷水和水雾，并没有取得显著的降低PM2.5细小颗粒物的效果，也就是还是按照常规思路对付PM2.5-PM0.5的颗粒物，殊不知在纳米级的这些细小和极细小颗粒物并不遵循常规的性能，而是反常规的。
[0014]另外，在南方或者空气中产生大量水雾的情况下，我们看到PM2.5与水雾并不融合，是一个雾和霾(即PM2.5范围的颗粒物)共同存在的情况，又是雾，又是霾时雾霾程度更加严重，这个现象也说明了 PM2.5范围的颗粒物在纳米尺寸时的特性，即具有很强的“憎水性”，正是因为这个原因，所以在雾和霾共同存在时不会自动的吸附在一起而消失或者是变成较大的颗粒物自动沉降到地面，这个现象说明使用喷水和喷洒水雾含水蒸气的方法对付这类极细小的颗粒物是否有效还值得再研宄，纳米级的颗粒物已经不是按照常规性能能够解决的，因此使用的“喷水法”，即喷水、喷洒水雾和水蒸气消除雾霾的技术也不可行。
[0015]1.2.2憎油性探讨:使用油质液体和油膜对PM2.5范围的颗粒物进行吸附，严格地说是希望利用油质物体粘附这些颗粒物同样也是没有效果，在纳米级的PM2.5和ΡΜ0.5的颗粒物也表现出很强的“憎油性”的特性，因此使用油液体和油膜粘附技术希望消除和降低PM2.5-PM0.5范围的颗粒物的方法也是行不通的。
[0016]二、传统电除尘技术和其它的电处理技术的不足和弊病:
2.1传统的电除尘技术又叫“高压静电除尘技术”对付PMlO以上的颗粒物效果是比较好的，现在很多大型企业的大烟囱的废气排放均采用了这种高压静电除尘技术，但是只能解决PMlO以上直径的颗粒物，还是不能够解决PM2.5-PM0.5的颗粒物问题，我们认为是由于以下几个问题造成:
(I)传统的电除尘、高压静电除尘设备中的极板，正极板和负极板都是由全金属材料制造，没有微小和极微小的空隙，不能吸附和滞留住极细小的颗粒物如PM2.5-PM0.5的颗粒物，因此不能吸附滞留住这些颗粒物。
[0017](2)传统的电除尘工作电压是处在“电晕放电电压范围”会使空气和细小颗粒物被这个高电压电离成离子状态(又称为低温等离子体)，空气中的氧气会被激发重新组合，变成臭氧(有人又称为负氧离子)，而臭氧又是污染空气的一个很大的污染源，这就是在电除尘处理细小颗粒物时不可避免的又产生了另两种污染源，即臭氧和低温等离子体，细小颗粒物被激发为离子状态(低温等离子体)后性质发生很大变化，这些低温等离子是对人体有毒有害的。这些低温等离子体产生后不再按照设想的方式吸附在负极板上，而是会在极板间乱飞乱撞，极大降低了细小颗粒物的除尘效率。同时吸附在极板上的PMlO以上的颗粒物也会越积越多，使电晕现象更为严重当超过一定电压值时会产生电离的“雪崩”现象，即大量的空气瞬间被电离成臭氧，