1、 研究设计总院负离子技术在PM2.5治理中应用一、什么是负离子负离子，又称“活性氧”或“空气维生素”，它如同阳光、空气一样是人类健康生活不可缺少的一种物质。科学研究表明：空气是由无数分子、原子组成的。当空气中的分子或原子失去或获得电子后，便形成带电的粒子，称为离子;带正电荷的叫正离子，带负电荷的叫负离子。负离子在空气中的含量是决定空气质量好坏的一个重要因素，空气中含有适量的负离子不仅能高效地除尘、灭菌、净化空气，同时还能够激活空气中的氧分子而形成携氧负离子，活跃空气分子，改善人体肺部功能，促进新陈代谢，增强抗病能力，调节中枢神经系统，使人精神焕发、充满活力等等。负离子是空气中一种带负电荷的气体
2、离子，它吸附带正电离子的悬浮颗粒，中和成无电荷后沉降，使空气得到净化。可以说，负离子净化空气就是降低空气中的悬浮颗粒物的浓度，但不能杀死病毒、细菌，也不能分解污染物，其主要作用是清新空气，补充室内负离子缺乏，对人体有一定的保健作用。负离子具有极强的吸附和氧化作用，因此它能高效快速的杀灭空气中的细菌、病毒等各种微生物，可快速消除空气中有机异味、臭味、化学挥发物、尘埃、烟雾等。其基本工作原理是直流高压在电极间发生电量放电，使空气中的气体分子受到能量激发，其外层电子可跃出轨道形成正离子，跃出的自由电子附着在另一气体分子上，就形成了负离子，负离子与颗粒污染物结合形成“重离子”，沉降或吸附在物体表面，并
3、能杀灭细菌。但负离子空气净化器在产生负离子的同时容易产生大量臭氧，从而造成二次污染。负氧离子有“空气维生素”的美称，空气中负氧离子浓度增加，可以使人感觉神清气爽，呼吸顺畅，头脑清醒，目前在许多空气净化器中均配有负离子发生器。二、负离子技术在“负离子”概念出现后，先知先觉的商家便将焦点放在“人工制造”的可能性。人一进公园，就会觉得心旷神怡，除了视野开阔外，一个很重要的原因是这里空气清新，有丰富的负氧离子。根据自然现象的启示，人们开始用人工的方法产生负离子，释放到周围的空气中，净化空气，改善人们的生活环境。这种用人工产生空气负离子的设备就称为空气负离子发生器或负离子发生器。负离子发生器是一种生成空
4、气负离子的装置，该装置将输入的直流或交流电经EMI处理电路及雷击保护电路处理后，通过脉冲式电路，过压限流；高低压隔离等线路升为交流高压，然后通过特殊等级电子材料整流滤波后得到纯净的直流负高压，将直流负高压连接到金属或碳元素制作的释放尖端，利用尖端直流高压产生高电晕，高速地放出大量的电子(e-),而电子无法长久存在于空气中（存在的电子寿命只有nS级）,立刻会被空气中的氧分子(O2)捕捉，从而生成空气负离子。据报道目前已经有更高级的负离子释放尖端：纳子富勒烯负离子释放尖端，可以生成纯净负离子。空气离子对人体健康有一定影响。大气中的离子可以分为三大类：第一类是轻离子，它是由若干个中性分子组成的带一个
5、电荷的集合体。带负电荷的轻离子通常称为负离子；带正电荷的轻离子称正离子。第二类是中离子：它也是一个很小的带电微粒，包含100个左右的气体分子。第三类是重离子：它是一个较大的带电微粒，比轻离子大1000倍左右。负离子，又称“活性氧”或“空气维生素”，它如同阳光、空气一样是人类健康生活不可缺少的一种物质。科学研究表明：负离子在空气中的含量是决定空气质量好坏的一个重要因素，空气中含有适量的负离子不仅能高效地除尘、灭菌、净化空气，同时还能够激活空气中的氧分子而形成携氧负离子，活跃空气分子，改善人体肺部功能，促进新陈代谢，增强抗病能力，调节中枢神经系统，使人精神焕发、充满活力等等。负离子发生器的脉冲振荡
6、电路，将低电压通过高压模块升压为直流负高压，经过碳素纤维尖端不断产生负直流高电晕，高速的发射出大量的电子（e-），而电子无法长久存在于空气当中（在空气中存在的电子寿命只有ns级），立刻会被空气中的氧分子（O2）捕捉，从而形成负离子，它的工作原理与自然现象“打雷闪电”时产生负离子的现象相一致。负离子发生器将低电压通过升压电路升至直流负高压，利用尖端直流高压产生高电晕，高速地放出大量的电子e-，而电子并无法长久存在于空气中（存在的电子寿命只有ns级），立刻会被空气中的氧分子（O2）捕捉。形成负离子，它的工作原理与自然界“打雷、闪电”时所产生负离子的现象一致。自然界中负离子无处不在。打雷闪电、植物的
7、光合作用、瀑布水流撞击等自然现象都可以产生大量的负离子，这就是人们在雷雨天气、森林里、瀑布旁会感到空气特别清新的原因所在。三、负离子发生器工作原理 负离子发生器工作原理来源于电晕放电。电晕放电是气体自持放电的一种形式，它不需要外加电离源来引发和维持放电。为了保持稳定的电晕放电，必须形成一个非均匀电场。随着施加在电极间的电压的增加，导线附近的空间电场强度也将增大。通常在自由空间中，由于宇宙辐射，每立方厘米空气中大约有1000个自由电子存在，这些自由电子在电场的作用下，会受到加速，撞击气体原子或分子。自由电子的加速度会随着电场强度的增加而增大，自由电子在撞击气体原子或分子前积累的能量也随之增大。当
8、电场强度达到气体放电的临界值时，自由电子在撞击前积累的能量将足以从气体原子或分子撞击出一个电子。此时在导线附近一个小范围内的空气就开始电离，出现了气体的非自持放电。继续升高电压，气体的电离将加剧，形成大量电子崩，产生大量的电子和正负离子，并伴随着发出淡蓝色的辉光和咝咝声，放电也就由非自持放电转变为自持放电。这种特定形式的气体放电就称为电晕放电。 电场的不均匀性把主要的电离过程局限于局部电场强度很高的电极附近，特别是发生在曲率半径很小的电极附近或大或小的薄层中，气体的发光也只发生在这个区域里，这个区域称为电离区域，或称之为电晕层或起晕层。在区域之外，由于电场弱，不发生或很少发生电离，电流的传导依
9、靠正离子、负离子或电子的迁移运动，因此电离区域之外的区域被称为迁移区域或外围区域。若两电极中仅有一个电极起晕，则放电的迁移区域中基本上只有一种符号的带电粒子，在此情况下，电流是单极性的。本实验中的负离子发生器形成不均匀电场的两个电极分别是加负高压的电晕线极和接地电极，发生的是负电晕放电，其形成的就是负极性的电晕电流。 电晕放电产生后，若再进一步增大两电极间的电压，电晕区将逐渐扩大，亮度及咝咝声也越来越大。当电压升高到某一值时，在某些放电点上可以出现向外辐射的刷状细火花，它的范围要比正常的电晕区大得多，咝咝声中还伴随着拆裂声。这种放电形式称为刷状放电。电压继续升高，刷状火花越来越长，最后将在正负
10、两极间构成通道，产生气体的击穿，两极间的电压将随之急剧下降。根据电源容量的大小，击穿可以表现为弧光放电的形式，也可以表现为火花放电的形式。 当电源容量足够大时，气体击穿后会有很大的放电电流流过，在电极间形成电弧，称为弧光放电；如果电源容量较小，则气体击穿以后，放电电流会受到限制，使之不足以形成电弧，这时的放电就会停留在火花放电阶段。火花放电是一束明亮曲折、常常又是分叉的细丝，这些细丝很快地穿过放电间隙，又很快地熄灭，熄灭后随即再度产生。火花放电的电流比弧光放电要小得多。 为了使发生器能正常工作，必须在电极间加以一定的电压，使之形成电晕放电。形成电晕放电的最低电压称为起晕电压。此时由于空气被电离
11、而出现大量离子，在电压的作用下就会有一定的电晕电流流过，电晕电流将随着电压的升高而增大。当然由于空气中自由电子的存在，即使在所加电压远小于起晕电压时，电极间也会因自由电子的流动而形成电流，但这些自由电子的数目不大，所形成的电流和电晕电流相比是微不足道的。 当空气和其它特定环境中存在能发射负离子条件的地方，就会使大气(O2、N2、CO2、SO2、H2O)中的电子e释放出来，它与CO2、H2O反应如下: H2O+eO2(H2O)m CO2+eCO4(H2O)m CO4+(H2O)+H2O2(H2O)m+CO2 四、负离子发生器的基本结构组成负离子发生器一般由本体、电晕线发射端、接地端、电源输入端构
12、成。本体：是由塑料材料作为外壳，采用阻燃环氧树脂封装而成的高压绝缘体。本体外壳通常采用PBT（聚对苯二甲酸丁二醇酷）或PEI（聚乙醚）注塑成型，材料必须耐高温超过200，阻燃绝缘。 电晕线发射端：通常采用金属针或碳纤维。 接地端：采用铜片与地相连。 电源输入端：电源供电导线。震荡放大高压磁包放射极板稳压器电源降压整流滤波 图1、负离子发生器组成如图1所示，交流电压经过降压、整流、滤波，成为直流电，再经振荡器、放大电路、开关管，经高压磁包去控制放电极针产生负离子。高压磁包即高频变压器，高压包内有高压硅堆对其逆变电压进行整流，因此其输出的是经过整流的直流电。凡是逆变的电流都属交流的一种，变压器的储
13、能和释放能量时的电流方向是相反的。电流方向固定不变化的电流才叫直流电。逆变有单端、桥式几种，有单端正激式、单端反激式、半桥式、全桥式等多种。负离子发生器的具体电路图如图2所示。 图2、负离子发生器的电路图由于高压磁包产生高压、高温，极易产生电火花，容易击穿周围电子元件，因此这里采用Tenon（铁氟龙）封装高压磁包。高压磁包外部被含有阻燃耐热性树脂的环氧树脂或者含有皿鳌(氨基甲酸乙酷)树脂的塑胶粉灌浇处理。PCB焊接(Soldering)面被塑胶粉覆盖的同时也能填充绝缘空隙部分；空隙部分被阻燃环氧树脂封填，避免了电路元件间的相互干扰，能够提高电路元件的使用寿命。五、负离子技术的应用与推广 目前空
14、气负离子已被当作评价环境和空气质量的一个重要标准。当人们漫步在海边、瀑布和森林时，会感到呼吸舒畅，心旷神怡，其中一个最重要的原因使空气中含有丰富的负离子。而空气环境变差主要是由于空气中正、负离子浓度比失衡，空气中含有有害气体和烟雾、灰尘、病毒、细菌等。而空气负离子一方面可以调节正、负离子浓度比，另一方面又可起到净化空气的作用，负离子能使空气中微米级肉眼看不见的漂尘，通过正负离子吸引、碰撞形成分子团下沉落地，且负离子能使细菌蛋白质两级性颠倒，而使细菌生存能力下降或致死。负离子净化空气的特点为灭活速度快，灭活率高，对空气、物品表面的微生物、细菌、病毒均有灭活作用。由于人们生活水平的提高及各种科学文献充分证明了负离子对人体的健康作用，从而提高了人们对负离子的正确认识，来自全球的众多家电、礼品、台灯、保健品等行业的经销商、制造们纷纷将负离子功能加装到各种产品中去。目前应用负离子的产品主要有电风扇、空气清新机、空调器、中央空调器、空调扇、大厦扇、电暖器、电吹风、直发器、电夹板、电动梳、显示器、电脑机箱、台灯、节能灯、小夜灯、加湿机、干手机、电话机、DVD、音响等产品。6
