蘇亞靜， 楊士春， 贠琳琦， 岳健雄, 付彥杰

(天津農(nóng)學(xué)院 a. 食品科學(xué)與生物工程學(xué)院； b. 水利學(xué)院， 天津 300380)

0 引 言

近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，空氣的污染日益嚴(yán)重，室內(nèi)密閉性越來(lái)越好，使空氣難以向外流通，空氣中污染物分為物理性污染物、生物性污染物和化學(xué)性污染物，物理污染物包括粉塵、噪聲等；生物性污染物包括病毒、塵螨、皮屑、細(xì)菌等；化學(xué)性污染物包括甲醛、總揮發(fā)性有機(jī)物、苯等有害物質(zhì)?？諝馕廴究蓪?dǎo)致人產(chǎn)生頭昏、胸悶，嚴(yán)重地會(huì)導(dǎo)致肺水腫、心腦血管等疾病[1-2]。

然而，隨著人們接觸的裝飾材料越來(lái)越多，甲醛、苯及苯系物、總揮發(fā)性有機(jī)物的濃度也在逐漸增加，長(zhǎng)期吸入一定濃度的甲醛，患慢性呼吸道疾病的概率就會(huì)增加，慢慢產(chǎn)生一些中毒現(xiàn)象，也會(huì)導(dǎo)致人體免疫系統(tǒng)的紊亂[3-4]，在室內(nèi)一些不干凈和潮濕的地方，成為了過(guò)敏源傳播的途徑，特別是塵螨能引起人體支氣管哮喘病，室內(nèi)的臭氧污染可引起人體支氣管和肺部組織發(fā)炎甚至水腫等病變，以及一些呼吸道疾病[4]?？諝庵械腜M2.5主要對(duì)心血管和呼吸系統(tǒng)造成影響，尤其是老人、兒童和心肺疾病患者更是敏感人群[5]。室內(nèi)空氣中的細(xì)菌和真菌對(duì)人體的影響最為嚴(yán)重，可能引起人體免疫力下降或者哮喘等[6]，所以必須高度重視空氣污染，以防影響我們的健康和生活。

為了保證身體健康，越來(lái)越多的人選擇了空氣凈化器，其最重要的組成部分空氣濾網(wǎng)的質(zhì)量直接影響空氣凈化器的凈化效果，常見(jiàn)的空氣濾網(wǎng)有活性炭過(guò)濾層、高效空氣過(guò)濾器濾網(wǎng)、光觸媒過(guò)濾網(wǎng)、駐極體過(guò)濾材料、抗菌性過(guò)濾材料、離子交換纖維過(guò)濾網(wǎng)、加濕濾網(wǎng)等[7]，王麗霞等[8]認(rèn)為，不同凈化原理對(duì)甲醛的凈化效果存在較大的差異，凈化效果較好的空氣凈化器，大部分利用活性炭吸附技術(shù)。而采用負(fù)載錳氧化物的顆?；钚蕴繉?duì)甲醛的凈化效果存在明顯提高[9]，等離子和光催化等非活性炭吸附的凈化效果也比較不錯(cuò)[8]。

目前，靜電紡絲作為一種新型材料，因?yàn)橛屑{米級(jí)直徑、高孔隙率和大比表面積等優(yōu)點(diǎn)，在醫(yī)療、生物、電子和環(huán)境保護(hù)等各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛[10-11]，其基本的過(guò)程是在聚合物溶液或熔體的高壓靜電場(chǎng)下克服其表面的張力從而產(chǎn)生帶電的噴射流，熔體或溶液射流在噴射的過(guò)程中發(fā)生固化，最后落在接收極上形成纖維，所制成的纖維直徑大概在數(shù)十納米到數(shù)微米之間，主要呈無(wú)紡布狀纖維氈的形式[12]，纖維膜阻氣性隨著纖維膜面的密度的增加，過(guò)濾效率也隨著增加，對(duì)過(guò)濾空氣中存在的PM0.5、PM2.5具有一定的作用[13]。顧廣東等[14]研究出在一定時(shí)間范圍內(nèi)，纖維含量的提高可以提高纖維膜對(duì)空氣中顆粒物的過(guò)濾效果。

為了提高空氣凈化效果，楊得全[15]提供了一種殺菌除有害氣體空氣凈化器濾芯和凈化器，它包括：按進(jìn)氣順序依次為粗網(wǎng)、HEP顆粒物過(guò)濾網(wǎng)、納米銀及載體層、納米氧化鈦及載體層均設(shè)置透氣微孔；所述的納米氧化鈦及載體層，是載體兩側(cè)涂有納米氧化鈦層結(jié)構(gòu)；納米氧化鈦及載體層折疊成三角波浪形或褶皺。UV燈貫穿于納米氧化鈦及載體層中部；通過(guò)空氣迂回流動(dòng)，更增加了空氣的凈化效果。

實(shí)驗(yàn)證明，用納米二氧化鈦為主體原料制成的空氣凈化噴霧劑來(lái)降解甲醛，有顯著的效果，而甲醛不同的初始濃度對(duì)降解效果也有一定的影響，隨著甲醛初始濃度的增加，光催化速度會(huì)變快，如果甲醛初始濃度繼續(xù)增加，光催化速度又會(huì)減慢，但是變化不明[16-17]。采用納米銀作為催化劑來(lái)凈化甲醛，具有凈化效果，去除率達(dá)到94.5%，并且無(wú)二次污染[18]。

1 試 驗(yàn)

1.1 儀 器

儀器包括：試驗(yàn)艙(30 m3)、智能恒流大氣采樣器、紫外分光光度計(jì)、微生物氣溶膠發(fā)生器：PLG2000、培養(yǎng)基：普通營(yíng)養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基、馬鈴薯葡萄糖瓊脂培養(yǎng)基、采樣器：六級(jí)篩孔空氣撞擊式采集器、低溫高速離心機(jī)、微電腦激光粉塵儀、粉塵采樣器、臭氧分析儀、蛋白純化系統(tǒng)、冷凍干燥機(jī)、酶標(biāo)儀等。

1.2 測(cè)試方法

1.2.1總揮發(fā)性有機(jī)物去除率

采用氣態(tài)污染物去除率試驗(yàn)方法進(jìn)行總揮發(fā)性有機(jī)物去除率的測(cè)定：

(1) 將空氣凈化器按標(biāo)準(zhǔn)要求放置于試驗(yàn)艙內(nèi)，把空氣凈化器調(diào)節(jié)到“最高風(fēng)速”“紫外”“負(fù)離子”檔，檢驗(yàn)運(yùn)轉(zhuǎn)正常，然后關(guān)閉空氣凈化器。

(2) 打開(kāi)高效空氣過(guò)濾器來(lái)凈化空氣，污染物背景濃度降低至一定水平后，開(kāi)啟溫濕度控制裝置，使艙內(nèi)環(huán)境溫度為(25±2)℃，環(huán)境濕度為(50±10)%RH。

(3) 試驗(yàn)艙內(nèi)用氣體污染物發(fā)生裝置添加一定量的氣態(tài)污染物氣體，當(dāng)氣態(tài)污染物濃度達(dá)到規(guī)定的初始濃度范圍時(shí)，關(guān)閉氣體污染物發(fā)生裝置。

(4) 打開(kāi)試驗(yàn)艙內(nèi)的風(fēng)扇，時(shí)間約10 min，待混合均勻時(shí)關(guān)閉。

(5) 風(fēng)扇停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，記錄初始濃度樣品Co。

(6) 打開(kāi)要檢測(cè)的空氣凈化器，作用時(shí)間為1 h小時(shí)，記錄最終濃度樣品Ct。

(7) 在不開(kāi)啟空氣凈化器的情況下，按照步驟(1)～(6)進(jìn)行試驗(yàn)來(lái)測(cè)試自然衰退。

測(cè)試結(jié)束后，將記錄的結(jié)果代入下式中進(jìn)行計(jì)算，對(duì)照組總揮發(fā)性有機(jī)物總衰減率為：

(1)

試驗(yàn)組總揮發(fā)性有機(jī)物總衰減率的記錄結(jié)果代入下式：

(2)

式中：Nt為試驗(yàn)組總揮發(fā)性有機(jī)物總衰減率；C0為試驗(yàn)組初始濃度；Ct為試驗(yàn)組終濃度。

試驗(yàn)組總揮發(fā)性有機(jī)物去除率的記錄結(jié)果代入下式：

(3)

式中：Kt為試驗(yàn)組總揮發(fā)性有機(jī)物去除率

1.2.2噪聲測(cè)定

在半消聲室進(jìn)行噪聲實(shí)驗(yàn)測(cè)試，背景噪聲為16.5 dB(A)，試驗(yàn)過(guò)程開(kāi)啟“最高風(fēng)速”檔。環(huán)境溫度為19.8℃，環(huán)境濕度為58.7%RH，測(cè)試包絡(luò)面為矩形包絡(luò)面，測(cè)試半徑d=1 m。

1.2.3殺菌率的測(cè)定

用白色葡萄球菌、金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、黑曲霉進(jìn)行除菌率的測(cè)定，用空氣自然菌進(jìn)行消毒效果鑒定試驗(yàn)，試驗(yàn)的過(guò)程中機(jī)器開(kāi)啟“最高風(fēng)速”“紫外”“負(fù)離子”檔。

1.2.3.1白色葡萄球菌、金黃色葡萄球菌、大腸桿菌的測(cè)定

(1) 4～7代在37℃下培養(yǎng)24 h的細(xì)菌斜面培養(yǎng)物，用10 mL的營(yíng)養(yǎng)肉湯進(jìn)行反復(fù)吹洗，使用無(wú)菌過(guò)濾棉過(guò)濾洗下的菌苔，用營(yíng)養(yǎng)肉湯進(jìn)行稀釋制備霧化菌懸液。

(2) 把試驗(yàn)所需要的試驗(yàn)器材放入兩個(gè)氣霧室內(nèi)，溫度調(diào)為20～25 ℃，相對(duì)濕度調(diào)為50%～70%，同時(shí)打開(kāi)高效過(guò)濾器。

(3) 打開(kāi)微生物氣溶膠發(fā)生器，在0.2 MPa染菌15～20 min，噴霧染菌結(jié)束后，風(fēng)扇繼續(xù)攪拌10 min，靜置15 min。

(4) 用六級(jí)篩孔空氣撞擊式采樣器對(duì)對(duì)照組和試驗(yàn)組進(jìn)行采樣。

(5) 試驗(yàn)組開(kāi)啟空氣凈化器，作用時(shí)間1 h后進(jìn)行采樣，同時(shí)對(duì)照組也在相應(yīng)時(shí)間段進(jìn)行采樣。

(6) 將兩份沒(méi)有使用過(guò)的同批培養(yǎng)基與樣本同時(shí)培養(yǎng)，作為陰性對(duì)照。

(7) 試驗(yàn)重復(fù)3次，取算術(shù)平均值為試驗(yàn)結(jié)果。

1.2.3.2黑曲霉的測(cè)定

(1) 將5.0～10.0 mL 0.05%吐溫80的PBS水溶液加入到第4～7代的黑曲霉羅氏瓶培養(yǎng)物中，刮洗黑曲霉分生孢子于溶液中并將孢子懸液移入裝有玻璃珠的三角瓶中，震搖1 min并濾過(guò)除去菌絲，在5 000～6 000 r/min下離心20 min，在400倍的顯微鏡下進(jìn)行觀察，使用時(shí)，用生理鹽水進(jìn)行稀釋制成霧化菌懸液。

(2) 將器材放入2個(gè)氣霧室中，打開(kāi)高效過(guò)濾器凈化，調(diào)節(jié)溫度20～25 ℃，相對(duì)濕度50%～70%。

(3) 打開(kāi)微生物氣溶膠發(fā)生器，在0.2 MPa下進(jìn)行染菌，噴霧染菌完成后，用風(fēng)扇攪拌5 min，然后靜置5 min。

(4) 用六級(jí)篩孔空氣撞擊式采樣器對(duì)對(duì)照組和試驗(yàn)組進(jìn)行采樣。

(5) 試驗(yàn)組打開(kāi)空氣凈化器，作用時(shí)間1 h，對(duì)照組也在相應(yīng)的時(shí)間段采樣。

(6) 將兩份沒(méi)有使用過(guò)的同批培養(yǎng)基與樣本同時(shí)培養(yǎng)，作為陰性對(duì)照。

(7) 試驗(yàn)重復(fù)3次，計(jì)算每次的除菌率。

將白色葡萄球菌、金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、黑曲霉的試驗(yàn)結(jié)果代入下式，計(jì)算總衰減率：

(4)

式中：Nt表示對(duì)照組白色葡萄球菌、金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、黑曲霉的總衰減率；V0表示對(duì)照組試驗(yàn)前的空氣含菌量；Vt表示對(duì)照組試驗(yàn)后的空氣含菌量。

白色葡萄球菌、金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、黑曲霉的去除率為：

(5)

式中：Kt為白色葡萄球菌、金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、黑曲霉的去除率；V1表示試驗(yàn)組試驗(yàn)前的空氣含菌量；V2表示試驗(yàn)組試驗(yàn)后的空氣含菌量；Nt為白色葡萄球菌、金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、黑曲霉的總衰減率。

1.2.3.3空氣消毒試驗(yàn)方法

(1) 將實(shí)驗(yàn)器材一次性分別放入試驗(yàn)空間內(nèi)，關(guān)閉門窗，使用六級(jí)篩孔空氣撞擊式采樣器進(jìn)行采樣，作為試驗(yàn)前的樣本。

(2) 打開(kāi)空氣凈化器，作用時(shí)間1h，之后使用六級(jí)篩孔空氣撞擊式采樣器進(jìn)行采樣，作為試驗(yàn)后的樣本。

(3) 將兩份沒(méi)有使用過(guò)的同批培養(yǎng)基與樣本同時(shí)培養(yǎng)，作為陰性對(duì)照。

(4) 試驗(yàn)重復(fù)3次進(jìn)行，計(jì)算每次的除菌率。

將空氣消毒試驗(yàn)方法的結(jié)果代入下式，計(jì)算空氣自然菌的去除率：

(6)

1.2.4潔凈空氣量的測(cè)定

潔凈空氣量采用固態(tài)顆粒物PM2.5去除試驗(yàn)檢測(cè)方法和氣態(tài)污染物潔凈空氣量的試驗(yàn)方法，試驗(yàn)過(guò)程機(jī)器打開(kāi)“最高風(fēng)速”“負(fù)離子”。

1.2.4.1固態(tài)顆粒物PM2.5去除試驗(yàn)的檢測(cè)方法

(1) 把試驗(yàn)器材放入試驗(yàn)艙內(nèi)，打開(kāi)高效空氣過(guò)濾器，使固態(tài)顆粒物PM2.5背景濃度≤0.03 mg/m3，調(diào)節(jié)艙內(nèi)溫度為23～27℃，濕度為40%～60%，關(guān)閉高效空氣過(guò)濾器和溫濕度調(diào)節(jié)裝置。

(2) 采用低壓空氣把香煙燃燒器的香煙煙霧吹送進(jìn)實(shí)驗(yàn)艙且初始濃度控制在(5.0±0.5)mg/m3。

(3) 打開(kāi)激光粉塵儀，測(cè)定固態(tài)顆粒物PM2.5的初始濃度，之后打開(kāi)空氣凈化器。

(4) 檢測(cè)固態(tài)顆粒物PM2.5的濃度，打開(kāi)空氣凈化器。

(5) 關(guān)閉空氣凈化器，在同樣測(cè)試的條件下做空白對(duì)照，測(cè)試自然衰減的情況。

將測(cè)定結(jié)果代入下式，計(jì)算PM2.5的潔凈空氣量

Q=60V(Ke-Kn)

(7)

式中：Q表示PM2.5的潔凈空氣量；Ke表示總衰減常數(shù)；Kn表示自然衰減常數(shù)；V表示試驗(yàn)艙容積。

1.2.4.2氣態(tài)污染物潔凈空氣量的試驗(yàn)方法(甲醛甲苯)

(1) 將空氣凈化器按照標(biāo)準(zhǔn)放置于試驗(yàn)艙內(nèi)，檢驗(yàn)是否正常運(yùn)行并關(guān)閉空氣凈化器。

(2) 打開(kāi)高效空氣凈化器，當(dāng)污染物濃度降低到一定水平后，調(diào)節(jié)溫度為23～27℃，濕度為40%～～60%。

(3) 在試驗(yàn)艙內(nèi)加入氣態(tài)污染物氣體，達(dá)到初始濃度范圍。

(4) 打開(kāi)風(fēng)扇，時(shí)間約為10 min，混合均勻后關(guān)閉。

(5) 當(dāng)風(fēng)扇停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，記錄初始濃度樣品。

(6) 打開(kāi)待檢測(cè)的空氣凈化器，每10 min采樣一次，連續(xù)采樣1 h。

(7) 在不打開(kāi)空氣凈化器的情況下，按照步驟(1)～(6)進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)試自然衰減。

將潔凈空氣量的測(cè)定結(jié)果(甲醛甲苯)代入下式中計(jì)算甲醛甲苯的潔凈空氣量：

Q′=60V(Ke-Kn)

(8)

1.2.5有害物質(zhì)釋放量(臭氧)

用臭氧分析儀進(jìn)行檢測(cè)分析，試驗(yàn)過(guò)程機(jī)器開(kāi)啟“最高風(fēng)速”“紫外”“負(fù)離子”檔。將待測(cè)試的機(jī)器放到潔凈空間，測(cè)定環(huán)境本底濃度值，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求測(cè)定各指標(biāo)的濃度值。

1.2.6除螨測(cè)試

(1) 把空氣凈化器放入測(cè)試倉(cāng)的中央并調(diào)節(jié)溫度在20～24℃，濕度在40%～60%，同時(shí)連接好儀器。

(2) 在試驗(yàn)艙內(nèi)放入用高壓粉塵噴發(fā)器噴送的100 mg塵螨抗原蛋白粉末，使其達(dá)到初始濃度，完成之后打開(kāi)風(fēng)扇攪拌均勻。

(3) 打開(kāi)粉塵采樣器，在10 min后收集500 L空氣樣品后關(guān)閉，之后在打開(kāi)空氣凈化器，1、2 h之后，打開(kāi)粉塵采樣器，再分別收集500 L空氣樣品。

(4) 不打開(kāi)空氣凈化器，在同樣的條件下做空白對(duì)照，測(cè)試自然衰減。

(5) 待測(cè)的采樣液分別做好標(biāo)記，用真空冷凍干燥法將樣品濃縮至1 mL。

(6) 雙抗體夾心法檢驗(yàn)樣品中的過(guò)敏原塵螨抗原含量。按照ELISA試劑盒說(shuō)明書測(cè)定主要過(guò)敏原塵螨抗原的濃度，包被塵螨抗原過(guò)敏原的單克隆抗體，4 ℃過(guò)夜，5%小牛血清蛋白封閉過(guò)夜，加入檢測(cè)過(guò)程采集的樣品，37 ℃孵育1 h，洗滌后分別對(duì)應(yīng)加入生物素標(biāo)記的抗塵螨抗原單抗，37 ℃孵育1 h,再加入辣根過(guò)氧化物酶標(biāo)記的鏈霉親和素。四甲基聯(lián)苯胺底物顯色，測(cè)吸光度(A450值)。以A450值為縱坐標(biāo)，以蛋白濃度為橫坐標(biāo)，計(jì)算待測(cè)標(biāo)本塵螨抗原主要過(guò)敏原相對(duì)含量。

將所得的結(jié)果代入下式中計(jì)算塵螨抗原總衰減率：

(9)

式中：Nt為塵螨抗原總衰減率；C0為對(duì)照組試驗(yàn)前空氣塵螨抗原含量；Ct為對(duì)照組試驗(yàn)后空氣塵螨抗原含量。

塵螨抗原去除率的數(shù)據(jù)代入下式：

(10)

2 結(jié)果分析

2.1 總揮發(fā)性有機(jī)物去除率

所測(cè)得的結(jié)果如表1所示。

表1 尚蒙空氣凈化器總揮發(fā)性有機(jī)物去除率的測(cè)定結(jié)果

對(duì)照組的初始濃度為6.12 g/m3，在作用60 min之后，下降到5.79 g/m3，自然衰退率為5.4%；而試驗(yàn)組的濃度由6.08 g/m3下降到2.36 g/m3，總衰減率為61.2%，去除率為59.0%。由此可見(jiàn)，尚蒙空氣凈化器對(duì)總揮發(fā)性有機(jī)物去除率作用效果顯著。

2.2 噪聲測(cè)定

噪聲測(cè)定結(jié)果如下：平均聲壓級(jí)58.8 dB(A)，聲功率級(jí)72.2 dB(A)。

2.3 殺菌率的測(cè)定

尚蒙空氣凈儀器殺菌率測(cè)定得結(jié)果如表2、3所示。

表2 尚蒙空氣凈化器殺菌率測(cè)定結(jié)果

表3 尚蒙空氣凈化器殺菌率測(cè)定結(jié)果(黑曲霉)

根據(jù)以上分析，可以得出白色葡萄球菌、金黃色葡萄球菌和大腸桿菌試驗(yàn)組的平均菌落數(shù)比對(duì)照組的平均菌落數(shù)下降的明顯，白色葡萄球菌的除菌率達(dá)到99.98% ，金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的除菌率達(dá)到99.99%。

由表3可以得出，黑曲霉試驗(yàn)組的平均菌落數(shù)下降率比對(duì)照組的下降率高的多，空氣凈化器的除菌率達(dá)到99.97%。

空氣凈化器對(duì)空氣自然菌的除菌結(jié)果如表4所示。

表4 尚蒙空氣凈化器對(duì)空氣自然菌的測(cè)定結(jié)果

由表4可知，尚蒙空氣凈化器對(duì)空氣自然菌的除菌率最低為98.44%，最高為98.59%。由此可以得出，該空氣凈化器的除菌效果優(yōu)良，性能穩(wěn)定。

2.4 潔凈空氣量的測(cè)定

PM2.5測(cè)試結(jié)果如下：自然衰減常數(shù)Kn=0.002 6，總衰減常數(shù)Ke=0.191 9，潔凈空氣Q=340.7 m3/h。

甲醛甲苯的測(cè)試結(jié)果如表5所示。結(jié)果顯示，尚蒙空氣凈化器對(duì)甲醛的去除率達(dá)到89.5%，潔凈空氣量為69.7 m3/h，對(duì)甲苯的去除率為69.1%，潔凈空氣量為69.1 m3/h。

表5 尚蒙空氣凈化器潔凈空氣凈化量(甲醛甲苯)的測(cè)定結(jié)果

2.5 有害物質(zhì)釋放量(臭氧)

根據(jù)有害物質(zhì)釋放量(臭氧)試驗(yàn)測(cè)得的結(jié)，該凈化器的臭氧釋放量(出風(fēng)口5 cm處) <3 μg/m3，小于標(biāo)準(zhǔn)限制要求≤0.10 mg/m3。

2.6 除螨測(cè)試

塵螨測(cè)試結(jié)果所得的結(jié)果如表6所示。

表6 尚蒙空氣凈化器除螨測(cè)試結(jié)果

在作用1 h的情況下，對(duì)照組的自然衰減率為11.99%，空氣凈化器的去除率為98.14%；作用2 h，對(duì)照組的自然衰減率為16.37%，空氣凈化器的去除率為99.02%。

3 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)對(duì)尚蒙空氣凈化器的總揮發(fā)性有機(jī)物去除率、殺菌、除螨等指標(biāo)的測(cè)試結(jié)果表明，總揮發(fā)性有機(jī)物去除率、殺菌、除螨的測(cè)試結(jié)果均比對(duì)照組的測(cè)試結(jié)果下降的明顯，噪聲和臭氧均滿足標(biāo)準(zhǔn)，潔凈空氣凈化量(PM2.5)能夠達(dá)到340.7 m3/h，對(duì)甲醛的去除率達(dá)到89.5%，潔凈空氣量為69.7 m3/h，對(duì)甲苯的去除率為69.1%，潔凈空氣量為69.1 m3/h。