膜分离法空气净化的应用与研究进展

膜分离法空气净化的应用与研究进展

曹亚玮

身份证号： 410181199007126548

摘要：随着工业化进程不断加快，我国城市大气污染形势愈加严峻。据统计，2019年全国337个地级及以上城市中仅有54个城市达到了国家环境空气质量二级标准要求(GB 3095-2012)。其中PM2.5、O3等污染物对人体健康和生态环境造成严重威胁，引起广泛关注。因此，寻找一种高效节能且无二次污染的新型处理技术势在必行。 本文重点论述主流的空气净化膜分离技术及其研究现状，并探讨其未来发展方向。

关键词：膜分离法；空气净化；应用；进展

引言：近年来，基于膜过滤原理发展起来的空气净化新技术因其具有节能环保、操作简单方便、适用范围广等优点而备受青睐。同时，针对大气污染治理主要采用传统的颗粒物控制技术如除尘器、脱硫脱硝等方法，但这些方法存在能耗高、设备占地面积大、易产生二次污染等缺点。

一、膜分离法空气净化空气原理

（一）膜分离技术概述

膜分离是一种以压力为推动力、利用特殊薄膜材料作为选择性透过剂的物理分离过程。其基本单元通常由半透膜和扩散层构成，通过外界施加一定的场强作用下，使得溶液中不同组分在半透膜两侧产生浓度差，从而实现物质的分离。目前常用的膜分离方法主要包括微滤（MF）、超滤（UF）、纳滤（NF）、反渗透（RO）等。其中，微滤和超滤属于低通量膜过滤技术，孔径大小一般在0.05~1μm之间；而纳滤和反渗透则属于高通量膜过滤技术，孔径范围更广，可达到纳米级别。这些膜分离技术具有操作简便、能耗低、无污染物排放等优点，被广泛用于工业废水处理、饮用水净化、气体分离提纯等领域[1]。

（二）基本原理

膜分离技术是一种以高效能为基础的物理化学现象。其工作原理基于不同物质在薄膜中溶解度、扩散速度等性质上存在差异而实现的。当混合气体通过装有特殊选择性透过膜的时候，由于各种组分在膜中具有不同的传递速率和方向，使得它们可以按照所需的顺序通过膜孔从进料侧到出料侧进行转移或者富集。这个过程被称作“渗透”或“筛分”。因此，膜分离技术又被形象地称为“分子筛”。 膜分离技术主要包括两个方面：一是利用外界能量驱动力将溶液中的溶质通过半透膜，即所谓的浓缩；二是利用膜自身结构特点对溶质进行分离纯化。

二、膜分离法空气净化的应用分析

（一）空气净化器的分类

目前市场上主要有两种类型的空气净化器：一种是传统的过滤式空气净化器，另一种则是采用新型材料制成的静电纺丝纤维滤网制作而成的空气净化器。其中，传统的过滤式空气净化器通过活性炭等吸附剂来对颗粒物进行吸附和分解；而静电纺丝纤维滤网制作而成的空气净化器则是利用纳米纤维材料所具有的高比表面积、孔隙率大以及化学稳定性好等特点，将其作为过滤器来实现高效去除气态污染物的目的。 此外，随着科技水平不断提高，一些新技术也被广泛运用于空气净化领域中[2]。例如，光催化氧化技术可以在光照作用下产生自由基，进而降解有机物质；负离子发生技术能够使空气中产生大量的负氧离子，从而有效增加室内氧气含量并改善人们的呼吸环境；低温等离子体技术则可通过放电过程中产生的高能电子轰击有害气体分子，达到降解有害物质的效果等等。这些新兴技术不仅极大地提升了空气净化效率，同时还具备无二次污染、低成本等优点，因此备受关注。

（二）空气净化器的发展趋势

随着人们对生活质量要求越来越高，以及新冠疫情的爆发，空气净化器成为了家庭必备品之一。目前市场上主要有传统过滤式、静电吸附式和光催化氧化式等几种类型的空气净化器。其中，传统过滤式是最早出现并且使用广泛的一种方法，但其存在一些缺点，如滤网易堵塞、更换不及时等问题；静电吸附式虽然具有较好的过滤效果，但在处理大颗粒物时效果不佳；而光催化氧化式则需要一定的光照条件才能发挥作用，同时也会受到光线强度等因素影响。因此，未来空气净化器的发展方向应该是多种技术相结合，以达到更加高效快速地去除污染物的目的。例如，可以将静电吸附式和光催化氧化式两种方式进行组合，既能够利用它们各自的优点来提高过滤效率，又不会因为单一技术的缺陷导致净化不彻底或者成本过高。此外，还可以通过改变材料结构或增加功能模块等手段来开发出更为先进的空气净化器产品。总之，空气净化器作为一个新兴产业正在蓬勃发展，相信在不久的将来，我们将会迎来更健康、更安全的生存环境。

三、膜分离法空气净化的研究进展

（一）膜分离技术在空气净化方面的应用

目前，随着人们对生活质量要求的提高以及工业生产规模的不断扩大化，环境污染问题越来越受到重视。其中，PM2.5、甲醛等有害物质是主要污染源之一。而传统的空气净化方法存在能耗高、效率低、二次污染严重等缺点，因此寻找一种高效节能且无二次污染的新型空气净化技术显得尤为重要。 近年来，膜分离技术作为一种新兴的空气净化技术备受关注。该技术具有操作简单、能耗低、效果好、不产生二次污染等优点。同时，由于其孔径大小可以通过改变材料或控制工艺条件进行调节，从而实现不同粒径范围内颗粒物的选择性透过和截留，使得其在不同领域中得到广泛应用。例如，在医药卫生行业中可用于药物精制、血液透析、免疫检测及细菌培养等；在食品加工业中可去除原料残留、脱除有机气体等；在化工行业中则可用于废气处理、液体浓缩提纯、催化剂制备等。 此外，膜分离技术还被用于室内空气净化。

（二）膜分离技术在空气净化方面的不足

虽然目前膜分离技术已经被广泛地应用于空气净化领域，但是其仍存在着一些问题。首先，由于膜材料本身具有一定的限制性和选择性，因此对于不同种类的污染物需要选用合适的膜进行分离处理，这增加了成本；其次，膜分离过程中容易产生二次污染，例如氮氧化物、挥发性有机化合物等有害物质会随着气体分子通过膜孔进入到外界环境中，造成环境污染和健康危害；此外，膜分离设备体积大、重量重，不适宜移动式使用，从而制约了其实际应用范围。针对以上问题，未来还需进一步深入探究并解决。

（三）膜分离技术在空气净化方面的改进方向

目前，虽然已经有很多关于膜分离空气净化技术的研究成果，但是仍存在一些问题需要解决。例如：对于不同粒径大小的颗粒物去除效率不高、设备成本较高等。因此，未来的研究重点应该放在以下几个方面：一是开发新型高效率低能耗的膜材料；二是探究更加先进的制备工艺和改性方法来提高膜的稳定性和耐久性；三是将膜分离与其他技术相结合以实现更高效的空气净化效果。同时还可以通过改变操作条件等方式进一步优化膜分离空气净化技术。

（四） 膜分离技术在空气净化方面的前景展望

随着人们对生活质量要求越来越高以及工业生产规模不断扩大，环境污染问题也日益严重。尤其是近年来PM2.5、甲醛等有害物质超标事件频发，使得人们更加关注室内空气污染情况。而传统的空气净化方式存在一些缺点，如能耗大、效率低、易产生二次污染等。因此，寻找一种高效节能且无二次污染的新型空气净化方法势在必行[3]。 目前，膜分离技术作为一种新兴的空气净化技术备受关注。其具有高效节能、无二次污染和占地面积小等优点。未来，随着科技水平的提高及相关领域的发展，膜分离技术将得到进一步完善和推广，并有望成为解决当前空气污染问题的重要手段之一。

三、结语

综上所述，空气分离工序的装置实现了小型化,设备费用将会减少。而且,气体分离膜有空气过滤的作用,因而有不需要空气过滤器等方面的优点。

参考文献：

[1]朱晓兵,朱纬坤,朱爱民,等.一种由含氧混合气制备纯氧及贫氧气体的电化学方法:CN104611717A[P].2015-05-13.

[2]田津津,张玉文,王锐.变压吸附制氧技术的发展和应用[J].深冷技术,2015,(6):7-10.

[3]刘钟郊,李辉.国产膜过滤设备的应用与研究[J].黑龙江医药,2015,17(4):306.