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等离子体消杀:杀灭空调空气中病毒的硬核技术

来源:陕西科技传媒网 | 日期:2020-05-26

5月18日下午,北京市新型冠状病毒感染的肺炎疫情防控工作举行第108场新闻发布会,介绍到33例发热患者经临床诊断以细菌性呼吸道感染为主,与近期使用中央空调有关,初步确定为共同暴露因素导致的集体性发热,病原体初步判断为A组乙型溶血性链球菌。

随着盛夏将至,中央空调不得不用,给新冠病毒传播的控制带来了新的不确定性因素。目前对室内空气中微生物污染的主要预防技术有物理过滤、化学消毒、紫外线消毒、静电吸附等。然而,这些技术都有其缺点和不足。近年来,有不少基于静电吸附原理的空气净化器打出了“等离子体杀毒”的旗号,声称净化器采用了等离子体技术。那么,什么是等离子体技术?为什么大家纷纷打出等离子体的旗号?基于静电除尘的空气净化装置中是否真的使用了这项技术?

脱胎于工业除尘的静电吸附除尘技术

据了解,等离子体是气、液、固三态以外,物质存在的第四态——事实上,宇宙中99.9%的成分都是等离子体。是被电离的气体分子、电子、离子组成的一个粒子混合体。等离子体技术本身流淌着“高端”的应用血统,前期主要应用于芯片刻蚀、航空点火、航天推进、医学美容等领域。近年来,其在生物医学领域的重要性逐渐显现,被认识是一种相对理想的空气杀菌消毒技术。其杀菌消毒机理主要包括四个方面(如下图所示):(1)电场撕裂效应:等离子体装置能持续不断的产生甚高浓度的正负离子,这些正负离子在电场作用下,在微生物表面产生的剪切力大于其细胞膜表面张力,在这个能量释放的过程中,微生物的壁膜受到严重破坏,导致微生物死亡。(2)高速粒子击穿效应:当平均电场强度超过一定强度时,被加速的高速粒子会将微生物表面击穿从而起到破坏微生物的作用。(3)紫外光辐射作用:在等离子体产生过程中可放出大量紫外光。这种高能紫外光子被DNA等核酸吸收而起到杀菌消毒作用。(4)高能粒子和活性自由基的作用:氧化性气体等离子体中,含有大量原子氧、自由基等活性物质,它们易与细菌体内蛋白质、核酸、脂质层发生反应引发变性,致细菌/病毒死亡。

等离子体消毒杀菌原理图

等离子体消毒杀菌效果显著,在医院手术室、食品卫生间等已有应用,但由于臭氧含量太高、设备体积重量大等原因,不适合在空调中人在环境实时空气消毒灭菌中应用,而发展中央空调等离子体消毒灭菌装置还存在较大的技术难度:(1)要想依靠等离子体实现空调流动空气中病菌消杀,必须确保被污染的空气充分与等离子体接触,这就要求在空气流道中产生一道均匀/大面积的等离子体“墙”,从而确保流过的气体穿“墙”而过使病菌能够被一次性消杀。目前,市场上见到的空气净化/消杀装置依然是基于静电除尘原理,必须使用细小的电极在局部形成狭小的强电场,其空气净化装置仅能在不到10%的范围内产生等离子体,离覆盖空气流道相距甚远;(2)产生的等离子体强度需要足够大以保证电场足够强,同时也要确保等离子体发生装置不会被强电压击穿损坏,这就要求等离子体发生装置中必须使用交变或脉冲电压,而电源体积、重量、功耗和放电的电磁干扰等都有限制。目前市面上销售的空气净化器所采用的静电技术使用的是直流电压;(3)强大的等离子体产生的同时,往往会产生较多的臭氧,有效的控制等离子体中的臭氧含量,需要高超的调制手段。基于静电除尘技术的净化器,往往将等离子体强度控制到最低以限制臭氧产生。

基于静电除尘技术的空气净化和基于等离子消杀技术的空气消毒在原理和效果上是完全不同的。截止目前,已经出现室内空气等离子体消毒杀菌设备,但尚未发现投入商用的真正意义上的空调“空气等离子体消毒杀菌”装置。

在新冠疫情背景下,真正基于等离子体技术的空调消毒杀菌装置研究得到了极大的促进。我国的科学家和工程师们正在紧锣密鼓的研发和测试。据悉,包括清华大学、华中科技大学、西安交通大学、空军工程大学等在内的多家单位均已启动了空调空气等离子体消毒杀菌装置的研发。相信在科学家和工程师们的努力下,消费者们很快就能够用上基于等离子体消杀技术的新一代空调卫士,再次放心的开启中央空调复工复产复学复游,愉快的度过夏天直至冬天了。

 

作者:培佳 | 责任编辑 | 孟星晨
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