《自然》科学报告——利用常压低温等离子体改善和净化室内空气品质
非热等离子体（NTP）是一项很有前景的改善室内空气质量（IAQ）的净化技术。与其他过滤净化技术相比，DBD等离子体技术具有处理速度快、无二次污染的独特优势。
在《自然》Nature 该篇Scientific reports论文[1]中，研究小组开发了图1介质阻挡放电（DBD）反应器，用实验数据为DBD等离子体空气净化应用提供了较为全面的理论和实验基础。
图1 DBD低温等离子放电实验装置
1-干燥气缸；2-含水气泡塔、3-含甲醛气泡塔、4-示波器、5-监控电容、6-DBD反应釜、7-GC、8-智能传感器湿度计、9-气体采样器、10-aeroqual系列500、11-PVC管外壳、12-钢板电极、13-氧化铝介电材料。F1、F2、F3 是流量计。
实验结果与讨论
该研究记录了以下6项讨论和实验结果：
【1】DBD放电功率增加，甲醛去除效率提高
放电功率的增加会产生大量的高能电子，从而增加等离子体电离密度，这将增加与 HCHO甲醛 分子多次碰撞的机会，从而增加去除效率。
【2】活性物质的安全性
本研究中使用的强电离型DBD具有良好的安全性。
【3】空气流速越慢，效率越高
特定体积的空气流停留时间与气体流速成反比。
【4】等离子体对甲醛降解的作用过程
论文回顾了Asilevi [11]、 Shimizu [29]和 Storch [37]之前研究了等离子体对甲醛降解的影响。[16[[17]涉及·HCO和·OH以及·HCO和·O非弹性碰撞。一系列等离子体化学反应，引起空气分子电离，将甲醛HCHO转化为二氧化碳 (CO2) 和水蒸气（水）。
图2 等离子体对甲醛降解的作用过程
【5】相对湿度 (RH) 的影响
多个研究[13][14][15]表明，水蒸气（H 2 O）被DBD低温等离子分解而产生的·OH自由基。在水和空气中的细菌净化和 VOC 去除中发挥着关键作用。
图3相对湿度 (RH)影响DBD等离子体分解甲醛的效率
在该论文中，发现甲醛去除效率随着相对湿度的增加而增加；例如，在大气压和室温下，将相对湿度从20% 增加到70%，0.8W放电模式下，去除效率从 60.5% 提高到97%以上。
【6】参数条件的优化
为了确定使用强电离 DBD 装置去除室内空气中低浓度 HCHO 的最佳条件，该研究在不同的处理条件下进行了多次实验，并选择样品结果作为线性统计回归分析的输入数据，以确定哪些参数设置对去除效率的影响最大。研究分析了关键电气和物理处理参数对祛除甲醛效率的影响：当放电功率（P）、初始浓度（C in）、流量（F）和相对湿度（RH）分别为0.6 W、0.1 ppm、0.2 m 3 /h和60-70%时，效率可达到99%。
后记
在医院病理实验室、动物设施环境、研究机构的理化实验室、室内建材污染环境等特殊场景中，普遍存在甲醛等VOCs有害挥发物。Natur-O离子净化系列产品，是DBD类型的非热等离子体（NTP）净化技术类设施设备，并配套有多种气流组织控制类产品，来自于菲兰在德国和中国的科研团队的研发成果。值得注意的是，在中国天猫网店上市的Natur-OF除甲醛净化器的活动中，商家建议配套加湿装置，来提高空气的相对湿度，以进一步加速除醛速度。这与本论文提示的相对湿度影响甲醛处理效率的结论相符合。
参考文献
1，Asilevi, P.J., Boakye, P., Oduro-Kwarteng, S. et al. Indoor air quality improvement and purification by atmospheric pressure Non-Thermal Plasma (NTP). Sci Rep 11, 22830 (2021). https://doi.org/10.1038/s41598-021-02276-1
11，Asilevi, P. J. et al. Decomposition of formaldehyde in strong ionization non-thermal plasma at atmospheric pressure. Int. J. Environ. Sci. Technol 17, 765–776 (2020).
15，Fan, X, Wan, Y, & Zhu, T. Removal of low-concentration formaldehyde in indoor air by DC corona discharge plasma, in The international symposium on non-thermal/thermal plasma pollution control technology and sustainable energy. 1-4. (Canada: N. p., 2010).
16，Zadi, et al. Indoor air treatment of refrigerated food chambers with synergetic association between cold plasma and photocatalysis: Process performance and photocatalytic poisoning. Chem. Eng. J. 382, 122951 (2020).
17，Yuan, J. et al. Experimental study on the removal of formaldehyde by plasma-catalyst. IOP Conf. Ser. Earth Environ. Sci. 435, 012004 (2020).
29，Shimizu, K., Kuwabara, T. & Blajan, M. Study on decomposition of indoor air contaminants by pulsed atmospheric microplasma. J. Sens. 12, 14525–14536 (2012).
37，Storch, D. G. & Kushner, M. J. Destruction mechanisms for formaldehyde in atmospheric pressure low temperature plasmas. J. Appl. Phys. 73, 51–55 (1993).
