[發明專利]空氣中微納米粉塵的高效捕集系統

無效

• 申請號: 200810020527.5
• 申請日: 2008-02-04
• 公開（公告）號: CN101502735A
• 公開（公告）日: 2009-08-12
• 發明（設計）人: 楊毅;顧志明;李鳳生;宋洪昌;劉宏英;白華萍;姜煒;鄧國棟
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: B01D50/00
• 分類號: B01D50/00;B01D47/00
• 代理公司: 南京理工大學專利中心
• 代理人: 朱顯國

一技術領域

本發明屬于微米及納米粉塵的捕集技術，特別是一種利用捕集液對空氣環境中飛散的亞微米和納米尺度的粉塵進行濕法高效率捕集的設備。?

二背景技術

微納米粉塵是指漂浮、飛散于空氣中至少一維粒度尺寸為微米、亞微米或納米量級的顆粒、纖維或薄片。這些粉塵在空氣中的飛散可以導致人體的諸多不適，如哮喘、矽肺病等。目前國內在粉塵或氣溶膠對人體影響的研究和相關粉塵的捕集、檢測儀器的研制使用，絕大部分僅停留在微米尺度(如PM10、PM2.5)，認為亞微米和納米尺度的粉塵與空氣成分一樣進出呼吸道，不會停留在呼吸道內，更不會進入人體的血液系統。國外最新的研究表明，亞微米(0.1～1.0μm)和納米(1.0～100nm)的粉塵可以通過呼吸、攝入(通過消化系統)和皮膚接觸等方式進入人體或動物體內，并參與到人體或動物的消化系統和血液循環系統中，從而在人體或動物的肺部、腦部、肝臟、脾臟、淋巴等各器官沉積，對人體或動物健康造成極大的影響。關于納米和亞微米粉塵對人體健康的影響，國際標準化組織納米標準化技術委員會組(ISO/TC?229)目前已經開始在全球范圍內調研并制訂相關的標準。?

要了解納米粉塵對人體健康的影響，必須首先掌握空氣中粉塵的各種參數，如組成、形態、濃度等。目前國內尚沒有具有自主知識產權的亞微米和納米粉塵捕集技術，更缺少相關的設備或儀器。據ISO/TR?27628：2007(E)文件及在國內已有的儀器公司代理介紹，國外已推出的納米粉塵捕集技術(儀器)，其基本原理一般包括蒸汽冷凝粒子法和靜電遷移法。?

蒸汽冷凝粒子法(Condensation?Particle?Counter，CPC)是采用丁醇蒸汽對空氣中飛散的細小顆粒進行包覆、冷凝，使粒度細小的顆粒變大，從而實現對空氣中微納米粉塵粒子的捕集，然后利用激光法測試顆粒大小。代表性儀器主要有：德國GRIMM公司的凝聚粒子計數器等。該方法存在的主要問題是丁醇蒸汽在對飛散的粒子進行包?覆冷凝時，總存在包覆厚度難以控制，不同粒徑的粒子包覆的比例有差別，系統無法區分不同粒徑因包覆而增加的粒度厚度，結果偏差較大。特別是對納米粒子而言，由于必須使其包覆后的粒徑大于用于測試的激光波長(否則準確性更差)，但包覆后粒子的粒徑為其核心納米粒子的5-10倍，其誤差更大。而且該方法主要假設飛散的粉塵為球形或類球形顆粒，對空氣中飛散的纖維類和片狀納米粉塵無法進行捕集和準確測定。?

掃描靜電遷移法(Scanning?Mobility?Particle?Sizers，SMPS)是在氣泵的作用下，首先使進入系統中的粒子帶上一定種類的電荷，然后使其在高壓靜電場作用下移動到電極上，實現對空氣中微納米粉塵粒子的捕集。該技術方法代表性儀器有：德國GRIMM公司的SMPS+C、美國TSI公司的nano-SMPS、美國MSP公司的WPS等，不同公司的測試精度和捕集效率都有差別。該技術(儀器)的主要缺點在于，受環境濕度和粉塵物質種類影響非常大，高濕度和不同物質顆粒帶上靜電的量和電荷種類都不同，這嚴重影響其捕集效率和測試精度。同時，該技術對高濃度和環境因素變化較大的生產現場的納米粉塵捕集效率較低。此外，該技術要求事先掌握或估計顆粒的形狀和密度，才能實現進一步的分析測定，這對納米尺度顆粒而言十分困難。?

三發明內容

本發明的目的在于提供一種空氣中微納米粉塵的高效捕集設備，該系統對空氣環境中飛散的不同粒度分布、不同結構形狀及不同物質種類的微納米粉塵實現高達98％的捕集，并為環境衛生、生產線和企業車間環境考核等提供可靠的數據參數。?

實現本發明目的的技術解決方案為：一種空氣中微納米粉塵的高效捕集設備，包括空氣捕集口、過濾芯、噴淋器、大小流量微型泵、霧化噴嘴、儲液腔、捕集液、隔板和真空泵，構成氣體流動路程和液體循環路程，其中氣體流動路程為：含塵氣體在真空泵產生的負壓下由采集口經過過濾芯到達噴淋器中，經過多層導流板到達噴淋器底部；然后從儲液腔中的捕集液液面下以氣泡形式到達儲液腔上部的空間；在與霧化噴嘴噴出的液滴混合后，通過隔板與捕集液液面間形成的微小液封，以氣泡形式經過氣液分離器和真空泵排到大氣中；?

液體循環路程為兩部分：第一部分，在小流量微型泵的驅動下，捕集液由儲液腔到達小流量微型泵；然后到達霧化噴嘴，并以微小液滴的形式返回到儲液腔中；第二部分，在大流量微型泵的驅動下，捕集液由儲液腔到達大流量微型泵；然后經過噴淋口到達噴淋器的腔體中，流經多層導流板后返回儲液腔。?