一种气体中污染物清洗净化装置的制造方法
【专利说明】一种气体中污染物清洗净化装置
[0001]所属领域
[0002]本发明属于城市空气环境保护领域，特别是关于利用液体对包括颗粒物在内的气体中污染物的吸附、溶解以及与之发生化学反应的作用，通过将液体与室内外空气、或机动车尾气、或炉灶油烟、或烟草烟气等含有颗粒物的气体混合，用液体将包括颗粒物在内的污染物从气体中抓取分离从而获得治污减霾效果的一种气体中污染物清洗净化装置，它结构简单，造价低廉，可靠性高，环境适应性强，实施方式灵活多样，可广泛应用于城市室内外公共区域空气中颗粒物抑制、机动车尾气治理优化、炉灶油烟净化、室内空气净化、个人及居家雾霾防护以及烟草烟气净化等领域，还可以将其集成在垃圾箱(筒)、公交车站牌以及道路照明灯具等市政设施上以使原设施增添空气净化功能。
【背景技术】
[0003]城市空气环境日益恶化，不少城市已逼近不适宜人类居住的严重境地，治污减霾刻不容缓。工业排放、汽车尾气、扬尘以及各种形式的燃烧活动是城市空气污染的主要来源，主要污染物包括:粒径小于10微米的可吸入颗粒物PM10，粒径小于2.5微米的可入肺颗粒物，或称“细颗粒物”PM2.5，以及，氮氧化物和硫氧化物，其中，颗粒物，特别是可入肺的细颗粒物PM2.5的健康危害性和“杀伤力”更大，甚至于已经成为城市人群致病、致癌、致死的“元凶”之一，从而引发市民的焦虑、畏惧和心理恐慌，是当前空气污染治理的重点和关键。为积极应对日益严峻的空气环境形势，很多城市已经建立了空气质量实时监测报告体系，围绕城市空气环境污染和治理的应对方案和处置措施也层出不穷。
[0004]PM2.5主要来源于二次气溶胶，粒径小于头发丝的二十分之一，肉眼不可见，具有悬浮性，以普通滤纸或滤网很难有效滤除，因此，清除PM2.5并非易事。目前，在口罩、面罩等个人防护用品以及室内空气净化器等办公、居家场所的空气净化防护设备领域，广泛使用活性碳及纳米滤纸作为滤芯。
[0005]活性碳因富含孔隙结构，具有透气、透水性，加之碳元素具有极高稳定性，不易受侵蚀变质变形，因而长久以来都是很好的过滤防护材料。纳米滤纸是近年发展起来的一种新型过滤材料，由纳米纤维构成，其纤维之间的孔隙可以做到纳米级，能够在保证具有良好通透性的同时，有效阻隔过滤“细”和“极细”颗粒物，是性能优良的过滤材料。
[0006]使用活性碳及纳米滤纸制作口罩、面罩以及空气净化装置，可以根据过滤程度设计或要求灵活控制碳层厚度及滤纸层数，达到有效滤除气体中颗粒物的功效。有的设备及装置中甚至既使用纳米滤纸，同时还使用活性碳，以实现极佳的过滤净化效果，特别是对普通过滤材料如棉布、罗网无法有效滤除的粒径小于2.5微米的细颗粒物PM2.5，活性碳和纳米滤纸正可以大展其才、大获其用，发挥不可替代的重要作用。
[0007]但是，以活性碳和纳米滤纸滤除气体中颗粒物也有其局限和缺点:一是为了能有效过滤细颗粒物，需要滤芯的孔隙极其细密，而这会形成较大气阻，对气流的通过构成严重阻滞，虽然，持续工作能够得以维系，但以活性碳或滤纸作为滤芯，并不适宜于要求快速、大流量净化气体的场合。例如:用作城市室外开放空间的空气净化，因为会显得速度缓慢且力不从心；用作机动车尾气颗粒物净化，会造成排气不畅，严重制约机动车动力性能。二是活性碳及纳米滤纸做成的滤芯具有污染物累积不可自动清除、不可重复利用的“一次性”或“一过性”:首次使用的初始状态滤芯，透气性和过滤效果都是最佳，随着颗粒污染物的附着和累积，透气孔隙或网眼会受到堵塞，造成透气性逐渐变差，过滤能力逐渐衰减以至于最终丧失，特别是在颗粒污染物浓度较高的场合，这种“变差”和“衰减”会加速进行，使得活性碳及纳米滤纸做成的滤芯很快寿终，而想要清理沉积在活性碳孔隙或纳米滤纸网眼中的颗粒污染物，是一件比从空气中滤除颗粒污染物更困难的事情，无论使用气体或液体作为清理沉积物的介质，都会因为清理介质通过沉积层所覆盖的孔隙及网眼难度极高而使清理效果微乎其微，通常情况下，当滤芯的透气性变差，或者，过滤能力衰减到一定程度时，只有彻底更换滤芯。透气性及过滤能力随实用时长的增加而变差和衰减，以及需要对滤芯整体频繁进行更换，是应用活性碳和纳米滤纸净化气体的固有局限和弊端。三是能够滤除细颗粒物的活性碳和纳米滤纸通常都具有制造工艺复杂、生产成本昂贵的特点，对所制成的整机而言，滤芯甚至占到总成本的一半左右，频繁更换滤芯成为无可避免且必须承受的使用代价。初始购置费用高、使用维护代价大，使基于活性碳和纳米滤纸的空气净化装置难于尽速普及推广，只能是富有群体的专享。四是基于活性碳及纳米滤纸的空气净化装置，其滤芯的洁净程度、有效程度以及由此决定的整机净化空气的实时状态和效果难以为普通用户直观了解和知晓，在经历一个实用时段后，滤芯是否仍具有滤除净化功能以及有多大的滤除净化效果，成为普通用户难以界定和明确的疑虑，无论设备上设置有多么“先进”“高级”、多么有“科技含量”的显示指示装置，那都是间接的检测和呈现，都有可能“失真”，存在着为不良厂商利用、弄虚作假以蒙蔽和欺骗普通消费者的可能性，如果这种情况出现，那么，相应的设备和装置就只是用户的一种心理安慰，而并非实实在在具有净化空气中颗粒物的实际功效。
[0008]难道，让城市的人们呼吸到洁净的(退一万步讲，无害的)空气就这么难吗？就必须付出高昂的成本和巨大的代价，甚至还要千方百计免除受蒙蔽、受欺骗的可能性吗？有没有结构简单、成本低廉、可靠有效的空气净化方案？这正是本发明试图回答和解决的问题。
[0009]我们想到了大自然净化空气的方式:“风”和“雨”。每当雨过天晴，我们就能看到蓝天白云，呼吸到清新空气，心情畅悦，一片朗阔气象，绝然不同于雾霾笼罩下，终日灰蒙蒙、阴沉沉、令人窒息的抑郁情境。这铁一样的事实向我们表明，雨，具有涤荡天地、清污去霾的强大能力。每当重霾压头之际，我们总渴望“老天爷”能大发慈悲，刮起大风、下起大雨，将这浊气毒霾清洗干净。但是，天意难测，更难控！随时随地刮风下雨还远在人类对大自然的操控能力之外，每当起雾成霾之后，人们能做的，似乎只有煎熬等待，等待“老天” “发威”，将雾霾移除。一次次等待，可雾霾天的风雨却总是不急不躁、珊珊迟来，而我们却只能在等待中深受雾霾毒害。
[0010]虽然自然的风雨只能等待，而人工造风、人工降雨却完全能够在人的控制下、按照人的主观意志实现。这里所说的人工风雨，并非以天空有适宜降雨云团为前提条件的人工增雨或者人工干预天气，而是指在一个更小的局部范围内实现的人工风雨。我们可以人工制成一个气体管道，以风机驱动形成气流风洞，在气流路径上，可以通过喷头喷出水滴水雾，实现对气流的人工“降雨”。由于水滴表面的液面张力具有物理吸附作用，可以对气流中的颗粒物形成“抓取”和“携带”，从而使颗粒物离开气体而被液态水“带走”。凡是粒径小于水滴粒径的颗粒物，在与水滴接触时，都能被水滴吸附“俘获”;水还有溶解作用，亲水颗粒物会被溶解到水中形成水溶液，而只要是能溶于水的颗粒物，都会按照其物质的水溶性，不同程度地溶解于水中，从而被水“携带”，如果认为纯水的溶解效果不是最佳，还可以通过向水中添加其他物质、形成水溶液，以增大对各种颗粒物的溶解度；水中添加其他物质形成水溶液，还可以与气体中污染物发生化学反应，通过化学反应生成新物质，新物质或者具有无害性，或者能溶于水中，达成被水溶液“携带”的结果。总之，通过水或水溶液的吸附、溶解和化学发应作用，使气体中颗粒物被水或水溶液“携带”、从而离开气体，即可实现减少气体中颗粒物、净化气体、进而治污减霾的效用。
[0011]这样的人工“风雨”装置，能够对气体中颗粒物起到清洗净化作用，当气体源源不断通过气体管道、受到水或水溶液的洗礼，就相当于这些气体经历了自然界的雨水冲洗一样，并且，由于这里的“雨”系人工造成，其成份可以人为控制，清洗效果完全可以优于自然雨水。当有1000立方米的气体经过冲洗，就相当于1000立方米的空间区域经历了 “下雨”的过程；当有10000立方米的气体经过冲洗，就相当于10000立方米的空间区域经历了“下雨”的过程；当这样的人工“风雨”装置遍及城市大街小巷，成为一种标准的市政设施并同时开启后，就相当于整座城市在经历下雨的过程，城市空气质量便可在人的主管控制下，按照人的意图得到净化和优化。
[0012]这样的人工“风雨”装置的原理可以被广泛应用于需要清洗净化气体中有害成分及颗粒物的各种场合和环境。例如:将之小型化，安装于机动车尾气管上，即可对机动车尾气进行清洗净化；将其安装于墙壁，让其气体管道连通室内空间与室外空间，即可净化进入室内的空气，若单纯应用于室内或车厢内，即可做成室内或车厢内空气净化器；而用于抽油烟机，则可对炉灶烹饪油烟进行净化；若将这样的人工“风雨”装置进一步微型化，制成口罩或面罩，则可以对吸入和呼出的气体进行清洗净化；若应用于烟斗，则可以对烟草烟气进行清洗净化。总之，这一原理适用于需要进行气体中有害成份及颗粒物去除净化的几乎所有应用场合，可大可小、可简可繁，是治理气体污染的有效方案。
[0013]本发明在人造“风雨”思想原理指导下形成的气体清洗净化装置，能够克服基于活性碳和/或纳米滤纸作为滤芯制成的空气净化器所具有的所有局限和缺点。首先，液体以喷雾形式与气体管道中的气流混合，对气流的阻滞作用非常有限，气体管道的通透性受液体颗粒影响较小，可以大气流、满负荷工作，因此，本发明适用于大空间或开放空间的空气净化，或者，实用中需要有大气流通过的应用场合，特别适用于市政、广场、地铁及地下通道的通送风系统等场合和环境。其次，以水或其他液体作为气体清洗净化介质，虽然随着液体的变“脏”变“浑”，以及，液体中所含有的“净化物质”(指对气体中有害成分及颗粒物进行溶解和/或与有害成分及颗粒物发生化学反应的物质)的消耗，净化力度和效率会有一定的减弱，但是，只要液体颗粒表面的物理吸附作用尚存，其对气体中颗粒物的净化作用就存在，这样的“减弱”比起活性碳及纳米滤纸由于颗粒污染物封堵透气孔隙或网眼而造成的透气性变差及滤除能力衰减的“恶性循环”及加速恶化，要温和且缓慢得多，并且，即便液体的净化能力出现减弱，对气体管道的通透性却并无显著影响；由于液体通过循环往复清洗净化气体中污染物，通过加注或更换液体都可以改善其净化能力，换回的变“脏”的水或其他液体也易于净化处理后再次应用于气体清洗净化，如果不想这么麻烦，还可以直接将这样的“脏”水或其他液体利用掉，如将“脏”水当作肥料浇树浇花，可见，并不存在活性碳和纳米滤纸那样的滤芯“一次性”或“一过性”使用后即行“报废”的问题。第三，本发明使用水或水溶液或其他液体作为气体清洗净化介质，其本身极易获得且成本低廉，向水中添加物质兑成水溶液或使用其他液体无非是希望提高净化能力和效率，倘若因添加物或所述的其他液体成本偏高、不能接受，就可以放弃对较高净化效率的追求，而直接使用自来水作为净化介质，虽然效果未必最佳，但却能令使用及维护成本处于绝大多数用户可接受的廉价限度内。第四，本发明使用液体作