戲說空氣凈化器那點事兒

空氣凈化器到底有用么？

在霾都北京，彌散著各種各樣的污染物，從10多微米的花粉到幾十納米的病毒，當然最有營養的當屬富含各種重金屬、有機污染物、硫酸鹽、硝酸鹽的PM2.5十全大補丸。所以，在霾都盡情呼吸可以獲得「二手煙免疫」的特殊技能。鑒於此，我們中的一些人由於珍愛生命購買了空氣凈化器，而另一些神功已成的人卻對空氣凈化器嗤之以鼻，他們認為，空氣和人類貪婪的靈魂一樣是無法被凈化的。我承認，PM2.5激增的根源是人類的貪婪，但是去除PM2.5遠比凈化靈魂簡單多了。

首先，既然確定PM2.5是彌散空氣中直徑小於等於2.5微米的細顆粒物，那麼空氣凈化的目標就是捕捉這些細顆粒。

凈化空氣最簡單的方法就是—呼吸……你們鼻毛、粘膜、以及分泌物會過濾絕大部分大於10微米的顆粒，然後比較「純凈」的PM2.5顆粒會直接落戶於你們的肺部，一些較小的顆粒，比如0.1微米以下的顆粒會穿透氣管壁，進入血液循環，以及滲入其他器官，時間一久你們的血管以及器官會得到硬化，最終可進化為金剛狼。本質上，人體就是一個效率不高的PM2.5空氣凈化器。有用，就是效率太低，還會持續製造二氧化碳，間歇製造氨氣，得不償失。

那麼有沒有效率比較高的空氣凈化方法呢？有，抽真空！道理很簡單，空氣分子都被抽走了，那麼大一點的顆粒肯定都沒了。美國的一名宇航員就有幸體驗過抽真空的凈化快感，當他的宇航服通氣管破裂時，他發現自己的唾液在舌頭上汽化，幾秒鐘之內，由於過於「興奮」，他昏迷了。這個故事生動的說明，效率太高有時也不太好。

扯了這麼多就想說：凈化空氣不是難事，也沒啥神秘可言，無非就收集空氣中尺寸小於2.5微米的顆粒罷了。所以，世界上只有兩種PM2.5空氣凈化器：一種收集PM2.5速度比較快，我們就稱之為有用的空氣凈化器，另一種收集PM2.5速度太慢，我們就稱之為弱爆的空氣凈化器。

現在新的問題又來了，如何甄別啥是有用的空氣凈化器，啥是弱爆的空氣凈化器呢？我只能說，通往真理的過程往往充滿苦難。 探索的過程可以參看金庸等諸多古典名著，主人翁必須先如同狗一樣被二三流角色暴打，跌崖，吃蟠桃，修習絕世神功，然後佛擋殺佛，神擋殺神，若有所思，仰天長笑。記得第一次購買空氣凈化器時，營業員聲色並茂的向我推薦一款用「水洗」空氣凈化器，裡邊的結構不過是幾個塑料轉盤+一個風機+水槽，其原理是「如同大自然下雨般清潔空氣」，可以永久有效的清除空氣中細顆粒，除了水以外沒有耗材。當時，我便覺得這個機器顯然是可以和四大發明並列的奇技淫巧，雖然售價3000大洋，但還是果斷要求老爸買下了。要知道，我父親一個月的工資不過才7000大洋，溫暖的父愛。時至今日，每當我俯瞰後宮佳麗三千、教眾千萬，驕傲自滿覺得人生已無追求時，便會拿著激光顆粒計數器（檢測空氣質量的一種儀器，以後會講到）放到那台「水清洗空氣凈化器」的出風口，然後假裝非常驚詫的發現，這台nb的「空氣凈化器」的進風口和出風口的空氣幾乎一樣臟，PM2.5的數值幾乎毫無變化，3000大洋買了一台加濕器！深沉的父愛凝結成一輩子的笑柄。當然，我並不怪那個聲色並茂的營業員騙我，因為，很顯然，她真的也信了。

正如同電鋸驚魂中的經典台詞：fool me once shame on you， fool me twice shame on me（度娘翻譯：耍我一次，我X你，耍我兩次，你X我）。面對混亂的市場，無知與無畏的廠商，唯有掌握空氣凈化器的理論知識，通讀352紅寶書方可傲視群雄，洞燭其奸。

所以有必要介紹一下關於空氣凈化原理和優缺對比：

主流的大HEPA：

HEPA的全稱是High Efficiency Particulate Air，也就是高效率的空氣顆粒過濾器。這種過濾器能在額定風量下過濾掉99.97%的0.3微米顆粒，這東西看起來很神奇，實際卻是非常成熟的產品。上世紀40年代，大羅斯福深思熟慮，考慮到 「元首」正在研製原子彈，為了保護正在研製時間機器的愛因斯坦以及他的小夥伴們，讓他們能在核塵埃中倖存，美軍開始研發一種可以過濾核塵埃的神器，這個神器經過美國的原子能委員會批准，並納入到曼哈頓計劃，是正經的軍事機密。結局大家都知道了，納粹狗仔隊打聽到了這個神器的消息並告知元首，很顯然法力已無法阻止愛因斯坦研製出時間機器，一想到平行宇宙中的自己將無法出演卓別林劇中無所不能的大獨裁者，甚至會淪為維也納的街頭藝人，元首惱羞成怒，開槍自盡。這個充滿傳奇色彩的神器也就是我們今天的HEPA過濾系統。

二戰之後，HEPA這種東西馬上得到解密，變成過濾花粉，細菌，病毒對付哮喘的平常玩意。。

那麼HEPA究竟是啥玩意呢？其實製作它的材料不是什麼真金白銀，不過是一些聚丙烯纖維，通過熔噴工藝製作成濾紙，將這些濾紙摺疊起來用膠粘好就是我們的HEPA。HEPA的吸附原理也不是簡單的篩子原理，而是複雜的攔截效應、擴散效應、重力效應、靜電效應等等的疊加，這導致了很多怪現象，比如：不是越小的顆粒越容易穿透濾網，而是直徑在0.1微米-0.3微米附近的顆粒最容易穿透濾網。再比如HEPA的實際孔隙大於2.5微米，卻可以捕捉0.1微米以下的顆粒，依靠的就是靜電力和范德華力。另外根據樹枝晶狀模型理論，隨著過濾器收集顆粒變多，玻璃纖維過濾器單次過濾效率反而增加，靜電駐極聚丙烯過濾器（大多數過濾器）會發生靜電衰減，對於0.3微米附近顆粒的單次過濾效率會慢慢降低。這些令工程師頭疼的問題實際上並不需要我們普通人去理解，和考試一個道理——抄下結果，別管過程。親們需要知道的就是：空氣中惱人的小顆粒們（無論是花粉、細菌或者是直徑小於等於2.5微米的顆粒）在經過這些HEPA濾網時會被截留，無法危害到親們的生命安全，親們可以快樂的生活在30平的小屋子裡直到永遠。時至今日，大多數空氣凈化器，逃脫不了風機+HEPA過濾器的構造，如果你願意，拿嘴吹HEPA濾網也可以過濾空氣，不過就是有點慢。HEPA的過濾性能已經被無數人驗證了無數次，所以質疑空氣凈化器的親們，至少不要再質疑這項技術了。

總而言之，HEPA是至今為止清除PM2.5最安全的技術，雖然不可避免的需要更換過濾器，但是由於簡單高效，仍舊是最主流的去除PM2.5手段。關於HEPA的故事還有很多，但是由於元首的陰魂至今仍在我腦海中盤桓，我也只能暫告段落了。

室內空氣凈化的殺馬特——高壓靜電集塵。

這種技術的原理也不難理解，氣流先通過放電極（一般是一些並列的放電絲）令氣體分子電離，導致PM2.5顆粒帶電，這些帶電顆粒會通過一排帶電極板，做過高中物理題的同學都知道帶電粒子在電場中做拋物線運動，如果極板夠長，電場夠強，PM2.5顆粒最終會撞到極板上。高壓靜電集塵針對室內情況又衍生出IFD技術，這個技術採用絕緣體包裹收集極，由於絕緣層的存在，有效防止極板之間產生電弧，並大大縮短收集板之間的距離，提高了收集板的排列密度，增加了收集效率。

靜電集塵優點很明顯：

第一，風阻低，噪音也低，比起HEPA來講會節約能源，對於風機性能要求不高，有些高壓靜電集塵的空氣凈化器甚至不需要風機，直接依靠靜電力驅動空氣流動。

第二，這種空氣凈化器的電壓很高，幾千伏特，細菌病毒們幾乎毫無例外的掛掉了，而不是像在HEPA中那樣安樂死。

第三，這種技術基本不需要耗材，收集板髒了洗一下就可以，真是多快好省啊，畝產萬斤全靠它了！

不過在你們按耐不住心中的竊喜，準備去某寶或者大京東搜索時，請再聽我講一講為啥高壓靜電集塵空氣凈化器在漫長的歷史長河中永遠無法擺脫非主流殺馬特地位。

第一：臭氧，高壓電暈放電一定會產生一定劑量的臭氧。我建議初出新手村的小盆友不要考慮使用沒有做過權威臭氧檢測的高壓靜電集塵空氣凈化器。。

第二：清洗起來困難，清水是無法洗乾淨，必須輔助以清洗劑，另外清洗頻率也非常高，如果家裡沒有圈養傭人，還要算了吧。

由於安全性與便利性的缺失，高壓靜電集塵空氣凈化器始終只是非主流殺馬特而已，在歐美的室內凈化技術中屬於邊緣技術，至今無法和我大HEPA相提並論滴。

活性炭以及它的小夥伴們：吸附劑技術以及催化分解技術

其實，除了PM2.5，空氣中還有很多其他污染物，它們大多數以氣體形式存在，由於尺寸太小，無法被HEPA或者高壓靜電所收集。只能依靠吸附技術以及催化技術將它們一網打盡。這些有害物質就是我們常說的VOC，美國環境署（EPA）對VOC的定義是：除了一氧化碳，二氧化碳，碳酸，金屬碳化物，碳酸鹽以及碳酸銨外，任何參與大氣中光化學反應的含碳化合物。具體分類有：苯類、烷類、芳烴類、烯類、鹵烴類、酯類、醛類、酮類和其他，由於這些小夥伴們太多，單獨考慮太過繁瑣，所以統稱VOC。這裡邊有個叫甲醛的東西早已威震八方，它會導致白血病已經不是秘密。但是依然有很多愣頭青廠商為了省錢，採用甲醛超標的傢具和塗料坑害消費者。那麼如何對付這些可惡的VOC呢？

主流的方式是想辦法捕捉VOC。一般捕捉這些VOC常用的吸附材料有活性炭、硅膠、氧化鋁、沸石等。吸附作用分為物理吸附和化學吸附。物理吸附主要依靠范德華力，吸附速率快，無選擇性，但是不穩定，容易脫附。化學吸附主要依靠化學鍵力，有選擇性，不易脫附。對於沸點高於常溫的VOC，比如苯，一般不會發生化學吸附，主要以物理吸附為主，而對於沸點低於常溫的VOC，比如甲醛，主要以化學吸附為主。無論哪種捕捉方式，捕捉的量都是有限的，沒有什麼材料可以永遠捕捉而不會飽和。

比較激進的方式是將VOC變成二氧化碳和水，下面介紹幾種典型的分解技術：

1、光觸媒+激發光

典型的代表就是二氧化鈦+紫外線。在光子的幫助下，二氧化鈦可以將甲醛等VOC氧化成二氧化碳和水，簡直是萬能催化劑，非常完美，但是缺點很明顯：（1）效率太低，在空氣凈化器中基本就是裝飾物。除非空氣凈化器有你家牆那麼寬。

（2）短波段紫外線會產生臭氧，紫外線本身如果照射到人體也有危害。

（3）如果分解不完全，大分子有害物質會被分解成小分子有害物質，拆東牆補西牆。

（4）紫外燈作用範圍小，光強有限，限制了分解速率，一般的空氣凈化器至少需要4個以上的紫外燈管才能達到夠看的數據，而一般空氣凈化器只配備一個燈管，簡直弱爆，另外紫外燈的壽命有限價格不菲，也是耗材。 所以光觸媒對於空氣凈化器而言僅僅是個看上去挺美的東西。

2、等離子體

低溫等離子體實際是很好產生的，就是利用放電極將氣體分子電離，變成帶正電的原子核和帶負點的電子組成的電漿。這些高能的電漿會分解有害氣體，不過這種方法依然會產生有害副產物如：臭氧，氮氧化物以及一氧化碳。

3、室溫熱催化

是溫熱催化是採用一些金屬氧化物或者負載貴金屬的金屬氧化物，常用的金屬氧化物如氧化錳，氧化鈰，氧化鈷，氧化錫，氧化鈦等，常用的負載貴金屬如金，鉑等。室溫熱催化優點非常明顯：（1）由於反應物在催化材料孔道停留時間長，所以無副產物。

（2）反應速度很快，大大高於不靠譜的光觸媒。是市面上分解甲醛這種極性小分子VOC的不二選擇。

但是室溫熱催化的缺點也非常明顯：

（1）室溫下，對於大分子VOC如苯等基本無效，不過這一點恰恰杜絕了分解大分子VOC不完全產生副產物的可能，還需要活性炭大哥老老實實吸附……。

（2）催化劑在實際使用中會發生催化劑中毒，所以壽命依然有限。

被起了十萬個名字的正負離子

先說負離子吧，自然環境下，每立方厘米大約有1000個自由電子，通過高中物理會考都知道，如果製造一個負高壓的電場，那麼這些電子在這個電場下便會被加速，並會碰撞其他氣體分子，如果高壓電場足夠強大，碰撞的結果就是導致分子撞壞了——被電離，這時負離子由於帶負電，被排斥送入空間。這些離子大多傳播不遠，兩米開外基本就所剩無幾了，作用範圍有限，對於細菌黴菌，確實會有抑制作用，但是對於VOC幾乎毫無作用。如果家裡有人安裝了心臟起搏器，那麼嚴禁使用任何帶負離子功能的空氣凈化器。另外，負離子會加速小顆粒的沉降，但是並不會清除小顆粒，甚至會產生所謂的黑牆效應。期望靠負離子清除PM2.5的小盆友不要太天真。

那麼到底負離子是否有益健康呢？

我們所說的空氣中的負離子無非就是帶了多餘電子的氣體分子，比如氧負離子。噴泉，瀑布，海邊的負離子比較高，甚至您家的淋浴也會產生負離子，另外植物也會產生負離子，特別是光合作用的時候，所以森林的負離子也比較多。我們可以確定負離子是無害的，甚至是有益的。如何有人聲稱負離子發生器可以延年益壽，那麼你對他說，根據相對論，乘坐飛機旅行過的人可以比陸地上的人年輕這麼一點點。然後默默離開，深藏功與名。

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