摘要：隨著人民生活水平的不斷提高，創(chuàng)造僅僅具有適宜溫度、濕度的舒適性空氣環(huán)境已不能滿足人們生活的需要，健康清潔的空氣質(zhì)量開始成為大眾關(guān)注的熱點(diǎn)。近年來，新型冠狀病毒肆虐全球，氣溶膠傳播作為感染途徑之一理應(yīng)得到足夠的重視。空氣凈化消毒技術(shù)對(duì)于防止細(xì)菌、病毒等病原體的擴(kuò)散傳播具有切實(shí)重要的意義。本文主要對(duì)多種物理類及化學(xué)類空氣凈化消毒技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)的歸納介紹，分析這些技術(shù)在研究及應(yīng)用中存在的問題，總結(jié)未來理想的空氣凈化消毒技術(shù)應(yīng)當(dāng)具備的特點(diǎn)。

Abstract: With the continuous improvement of people's living standards, simply creating a comfortable air environment with suitable temperature and humidity can no longer meet the needs of people's lives. Healthy and clean air quality has begun to become a focus of public concern. In recent years, SARS-CoV-2 has been raging around the world, and aerosol transmission as one of the infection routes deserves sufficient attention. Air purification and disinfection technology is of great significance in preventing the spread of pathogens such as bacteria and viruses. This article mainly introduces a variety of physical and chemical air purification and disinfection technologies in detail, points out the problems existing in the research and application of these technologies, and finally proposes the characteristics that ideal air purification and disinfection technologies in the future should have.

Keywords: Air purification and disinfection    Physical disinfection technology    Chemical disinfection technology    

空氣作為人類賴以生存的物質(zhì)，通常帶有細(xì)菌、病毒、真菌等病原體。這些病原體不但危害人類身體健康，也會(huì)使食物腐爛、水質(zhì)變差、空氣環(huán)境受到污染[1]。空氣中的病原體通常以固體微?；蛞后w微粒為載體，附著其上以氣溶膠的形式擴(kuò)散傳播[2]。新冠病毒肺炎作為近年來最大的疫情災(zāi)害，已導(dǎo)致大量人口死亡。而氣溶膠傳播作為感染途徑的一種，應(yīng)當(dāng)引起人們足夠的重視。空氣凈化消毒技術(shù)可以通過多種方式消滅病原體，減小人員密集區(qū)傳播感染的風(fēng)險(xiǎn)。在疫情期間，這些技術(shù)被廣泛運(yùn)用于空氣凈化器、空氣消毒機(jī)及空調(diào)設(shè)備中，為疫源地和防控區(qū)的緊急抗疫做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)[3-4]。本文主要對(duì)多種物理類、化學(xué)類空氣凈化消毒技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)的歸納介紹，并指出這些技術(shù)在研究及應(yīng)用中存在的問題，最后對(duì)未來理想的空氣凈化消毒技術(shù)應(yīng)當(dāng)具備的特點(diǎn)進(jìn)行展望。

1 物理凈化消毒技術(shù)

物理空氣凈化消毒技術(shù)主要通過物理消毒因子如機(jī)械攔截、靜電吸附、電離、光波輻射、加熱等方法對(duì)空氣進(jìn)行殺菌消毒。常用的物理消毒技術(shù)主要包括過濾、靜電除塵、紫外線等技術(shù)。

1.1 過濾技術(shù)

過濾技術(shù)是將帶有污染物的空氣通過一定孔徑的濾料，以物理截留的方式將污染物阻隔在濾料表面或孔隙中?？諝膺^濾器根據(jù)不同的過濾效率可以細(xì)分為粗效過濾器、中效過濾器、高中效過濾器、亞高效過濾器、高效過濾器及超高效過濾器。高效空氣過濾器(high efficiency particulate air filter，HEPA)是國(guó)際公認(rèn)的高效濾材，其在空調(diào)、醫(yī)療設(shè)備及交通工具的空氣凈化中均有廣泛使用，其對(duì)粒徑≥0.3 μ m的顆粒凈化效率高達(dá)99.97%[5]。超高效空氣過濾器(ultra low penetration air filter，ULPA)的過濾效率更高，對(duì)0.1~0.2 μ m的顆粒過濾效率高達(dá)99.999%以上[6]。HEPA及ULPA不僅對(duì)顆粒污染物具有顯著的凈化效果，而且對(duì)于大部分細(xì)菌病毒也有一定的濾除作用。李巧紅[7]將搭載HEPA的凈化風(fēng)扇放在居室中進(jìn)行去除室內(nèi)空氣中真菌的實(shí)驗(yàn)，在開啟凈化風(fēng)扇45 min后，真菌濃度從53 000 CFU/m3降至620 CFU/m3, 表明HEPA有濾除空氣中真菌的能力。Saito等[8]針對(duì)醫(yī)護(hù)人員容易被新冠患者口中呼出的病毒氣溶膠感染的風(fēng)險(xiǎn)，開發(fā)了一種定向高流量吸力且?guī)в蠻LPA的氣溶膠提取器，通過人體模型實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)該提取器可以有效吸收從人體模型口部噴出的氣溶膠顆粒，最大限度地降低了醫(yī)護(hù)人員在進(jìn)行患者呼吸道管理期間感染病毒的風(fēng)險(xiǎn)。

然而，過濾技術(shù)作為一種最基本的空氣凈化消毒技術(shù)只能將微粒及附著在微粒上的病原體攔截，并不具備殺滅微生物的能力。濾網(wǎng)使用時(shí)間久后容易滋生細(xì)菌，產(chǎn)生二次污染，因此需要定期更換[9]。對(duì)主要用于濾除微生物的濾網(wǎng)污染會(huì)更加嚴(yán)重，需要用化學(xué)試劑清洗。且濾網(wǎng)的濾除效率越高，孔隙越密，通風(fēng)阻力也越大，增加了通風(fēng)設(shè)備的能耗[10]。

1.2 靜電除塵技術(shù)

靜電除塵技術(shù)利用電極的高壓放電使空氣中的顆粒物帶電并在集塵區(qū)被收集來達(dá)到高效除塵的目的，也因此處理了附著在微粒上的微生物。關(guān)于靜電除塵如何起到殺菌的作用有許多不同的解釋，包括臭氧效應(yīng)、羥基自由基效應(yīng)、等離子體滅菌、電穿孔原理、電介質(zhì)擊穿、跨膜電位擊穿細(xì)胞膜、正離子浸潤(rùn)等[11]。大部分文獻(xiàn)中引用的是正離子浸潤(rùn)的原理，即靜電除塵裝置的電離區(qū)產(chǎn)生高濃度的正離子，空氣中的細(xì)菌由于帶負(fù)電會(huì)被大量正離子包圍，迅速達(dá)到電量飽和后在浸潤(rùn)作用下發(fā)生電解，釋放能量。由于能量的極速釋放使細(xì)菌的細(xì)胞壁受到嚴(yán)重破壞，大量正離子穿透細(xì)胞壁，滲入細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)部，破壞細(xì)胞膜及內(nèi)部電解質(zhì)使細(xì)菌死亡。胡燕燕[12]將安裝在某空調(diào)系統(tǒng)中的靜電除塵空氣凈化器放入模擬室中，測(cè)試其對(duì)室內(nèi)細(xì)菌的凈化率，結(jié)果表明空氣經(jīng)過6次過濾后對(duì)細(xì)菌的凈化率達(dá)到了78.11%, 說明靜電除塵對(duì)空氣中的細(xì)菌有良好的凈化效果。

靜電除塵技術(shù)通過在電極絲上加高壓電產(chǎn)生不均勻電場(chǎng)使微粒荷電，但通常電暈范圍較小，不適合用于大面積的空氣凈化消毒。且長(zhǎng)時(shí)間使用后，電極絲上黏附的灰塵會(huì)使不均勻電場(chǎng)減弱，導(dǎo)致微粒的荷電率下降，不利于集塵區(qū)的捕集。由于電極絲的高壓放電，運(yùn)行過程中還會(huì)產(chǎn)生臭氧危害人體健康，所以通常需要配合臭氧分解或吸附裝置使用，或者進(jìn)一步利用臭氧的強(qiáng)氧化性強(qiáng)化空氣凈化消毒的效果[13]。高壓靜電除塵和耦合催化技術(shù)(electronic static precipitator coupled catalyst，ESPCC)中利用放電極產(chǎn)生的臭氧對(duì)經(jīng)過集成板的空氣進(jìn)行強(qiáng)化消毒，同時(shí)利用多余的臭氧激活催化板，還可以降解空氣中的甲醛、甲苯等有害氣體。張峻等[14]測(cè)試了一臺(tái)搭載有ESPCC凈化模塊的空氣凈化器對(duì)白色葡萄球菌(Staphylococcus albus, S. albus)、自然菌及甲型流感病毒(Influenza A virus，H1N1)的殺滅效果。結(jié)果顯示，空氣凈化器開啟1 h后，對(duì)20 m3試驗(yàn)艙中S. albus的殺滅率為99.94%~99.96%，對(duì)75 m3密閉房間中自然菌的殺滅率為92.18%，對(duì)30 m3試驗(yàn)艙中H1N1的殺滅率為99.96%，表現(xiàn)出廣譜高效的空氣殺菌消毒效果。然而由于風(fēng)機(jī)盤管型號(hào)及結(jié)構(gòu)多樣，且吊頂高度和安裝空間也各不相同，因此存在安裝困難或無法安裝的情況，須進(jìn)一步研究通用且經(jīng)濟(jì)的模塊結(jié)構(gòu)或安裝方法。蘭貴天等[15]提出靜電除塵技術(shù)可以和加熱消毒法聯(lián)合運(yùn)用，在靜電集塵板內(nèi)部嵌入電熱絲，集中加熱去除被吸附的微生物顆粒，以此提高集塵板表面殘留微生物的殺滅率，防止產(chǎn)生二次污染的同時(shí)減小人員在檢修過程中被病原體氣溶膠感染的風(fēng)險(xiǎn)。

1.3 紫外線技術(shù)

紫外線在氣相、液相和物體表面消毒中得到廣泛的應(yīng)用。國(guó)際照明委員會(huì)按照不同的波長(zhǎng)區(qū)間將紫外線分為長(zhǎng)波紫外線(UV-A, 315~400 nm)、中波紫外線(UV-B, 280~315 nm)、短波紫外線(UV-C, 200~280 nm)及真空紫外線(VUV, 100~200 nm)。其中，波長(zhǎng)在250~280 nm范圍的UV-C被稱為滅活UV-C，具有殺菌消毒的功效[16]。當(dāng)細(xì)菌或病毒受到紫外線照射時(shí)，其內(nèi)部的DNA或RNA吸收光子能量，誘導(dǎo)形成胸腺嘧啶二聚體，導(dǎo)致復(fù)制能力喪失、遺傳物質(zhì)丟失、生長(zhǎng)性或再生性細(xì)胞死亡[17]。Inagaki等[18]用波長(zhǎng)280 nm的UV-LED燈照射新冠病毒(corona virus disease 2019，COVID-19)研究滅活效果，結(jié)果表明COVID-19在照射10 s后感染滴度下降了99.9%。不同的微生物對(duì)紫外線的敏感度不同，且隨著環(huán)境溫濕度的變化而變化。通常細(xì)菌和病毒對(duì)紫外線的敏感度比真菌要高，三者都須接受一定的紫外線輻射劑量才能滅活[19]。在通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)中，紫外線燈管通常安裝在空氣處理機(jī)組或風(fēng)道中以凈化系統(tǒng)內(nèi)表面及流經(jīng)的空氣。紫外線消毒需要適宜的溫度，且濕度和含塵量不宜過高。劉明等[20]認(rèn)為紫外線消毒技術(shù)與空氣過濾技術(shù)配合使用能夠更好地發(fā)揮對(duì)空氣的消毒作用?？諝膺^濾器可以濾除對(duì)紫外線消毒起負(fù)面作用的塵埃和對(duì)紫外線不敏感的真菌孢子，使病毒、細(xì)菌等敏感微生物接收更多的輻射劑量以達(dá)到更好的殺菌消毒效果。循環(huán)風(fēng)紫外線空氣消毒機(jī)就是由高強(qiáng)度紫外線燈和空氣過濾裝置組成的，其在手術(shù)室、病房這類空氣含菌濃度高的場(chǎng)所有著廣泛的應(yīng)用，相比于化學(xué)噴霧消毒與單純的紫外線照射消毒，循環(huán)風(fēng)紫外線空氣消毒可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)消毒，并且經(jīng)濟(jì)高效又便捷[21-22]。相比于表面消毒，空氣消毒需要更多的紫外線輻射劑量，因此在保證輻射區(qū)域足夠大的同時(shí)要使空氣以較慢的速度流過輻射區(qū)。

然而過量的紫外線輻射對(duì)人體有害，會(huì)損傷皮膚黏膜及眼球，使人體免疫機(jī)能下降，同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生一定濃度的臭氧，刺激人體呼吸道。因此紫外線不能暴露在有人活動(dòng)的空間中，這也限制了其適用范圍[23]。有研究表明，遠(yuǎn)紫外線(200~230 nm)對(duì)人體友好，且能夠同時(shí)作用于細(xì)菌病毒的核酸及蛋白質(zhì)，有很強(qiáng)的殺菌消毒功效，在臭氧濃度得到有效控制的條件下可以實(shí)現(xiàn)人機(jī)共存。不過尚有一些學(xué)術(shù)爭(zhēng)論點(diǎn)，有待更深入的研究，在替代傳統(tǒng)汞燈源滅菌紫外燈方面有著廣闊的前景[24-25]。

2 化學(xué)凈化消毒技術(shù)

化學(xué)空氣凈化消毒技術(shù)主要通過化學(xué)消毒因子對(duì)空氣進(jìn)行殺菌消毒。利用各種發(fā)生器或化學(xué)反應(yīng)生成強(qiáng)氧化性的分子及自由基與病原體組成物質(zhì)發(fā)生一系列鏈?zhǔn)椒磻?yīng)進(jìn)而發(fā)揮對(duì)空氣的消毒作用。常用的化學(xué)消毒技術(shù)主要包括臭氧、光催化、納米水離子、化學(xué)消毒劑等技術(shù)。其中納米水離子技術(shù)是近幾年新興的一種空氣凈化消毒技術(shù)，擁有廣闊的發(fā)展空間和使用前景。

2.1 臭氧技術(shù)

臭氧是一種強(qiáng)氧化性的淡藍(lán)色氣體，于1840年由科學(xué)家舒貝因發(fā)現(xiàn)。其具有綠色高效、廣譜徹底的殺菌消毒性能。臭氧最初被應(yīng)用于水消毒處理，隨著技術(shù)的革新發(fā)展，逐步在空氣凈化、醫(yī)療、食品安全等領(lǐng)域得到應(yīng)用[26]。在實(shí)際應(yīng)用中多采用臭氧發(fā)生器或臭氧消毒機(jī)產(chǎn)生臭氧對(duì)空氣進(jìn)行消毒處理。臭氧可以直接攻擊微生物，使微生物中的蛋白質(zhì)、氨基酸、核酸等物質(zhì)被氧化而發(fā)生變性，致使微生物失活；也可以在相對(duì)濕度較高的條件下與空氣中的水分子發(fā)生反應(yīng)生成羥基自由基，氧化消殺細(xì)菌病毒，增強(qiáng)消毒效果[27]。諸多研究證實(shí)了較高的空氣相對(duì)濕度有利于提升臭氧的空氣殺菌消毒效果，一些學(xué)者認(rèn)為細(xì)菌細(xì)胞在高濕度下吸水導(dǎo)致細(xì)胞膜變薄從而使臭氧分子更容易侵入細(xì)胞內(nèi)部使細(xì)菌破裂死亡。也有學(xué)者認(rèn)為細(xì)菌芽孢在高濕度環(huán)境下表面聚集的水分加快了臭氧與芽孢內(nèi)部物質(zhì)的反應(yīng)，從而使殺菌效率得到提高[28-30]。房小健[31]認(rèn)為，空氣高濕度環(huán)境下臭氧殺菌消毒效率提高的根本原因是空氣中的水蒸氣與臭氧反應(yīng)生成了氧化性更強(qiáng)的羥基自由基，即臭氧消毒技術(shù)的間接作用強(qiáng)化了消毒性能。然而相對(duì)濕度的增加可能使部分臭氧溶解于水中，降低臭氧濃度，進(jìn)而使空氣消毒效果下降。Huang等[32]研究了相對(duì)濕度對(duì)臭氧滅活空氣中大腸桿菌(Escherichia coli，E. coli)效率的影響，結(jié)果表明臭氧在70%相對(duì)濕度下對(duì)大腸桿菌的滅活率相較于在50%相對(duì)濕度下有所降低，可能是臭氧在高濕度下發(fā)生了部分溶解所致。鄭霞[33]在相關(guān)研究中也提出空氣相對(duì)濕度過高或過低均不利于臭氧消毒作用的發(fā)揮。臭氧在空氣中不穩(wěn)定，容易裂解為氧氣分子與氧原子，因此消毒無殘留；且臭氧發(fā)生后會(huì)迅速擴(kuò)散到整個(gè)消毒空間，可實(shí)現(xiàn)無死角消毒[34]。徐燕等[35]測(cè)試了臭氧在20 m3氣霧室內(nèi)的衰減速度，結(jié)果表明開啟臭氧消毒機(jī)60 min后臭氧平均濃度達(dá)到18.82 mg/m3, 開窗通風(fēng)30 min后，臭氧平均濃度衰減至小于0.02 mg/m3，說明臭氧消毒后殘余的臭氧會(huì)很快衰減至安全濃度范圍。又在無人條件下測(cè)試了臭氧消毒機(jī)對(duì)20 m3氣霧室內(nèi)S. albus及40 m3房間中自然菌的殺滅效果，結(jié)果表明60 min后對(duì)氣霧室內(nèi)S. albus的殺滅率達(dá)到99.9%~100%，對(duì)房間中自然菌的殺滅率達(dá)到90%以上，表現(xiàn)出良好的殺菌性能。

表 1 不同微生物減少99%所需臭氧濃度及暴露時(shí)長(zhǎng)[36-38]Tab. 1 The ozone concentration and exposure time required to reduce 99% of different microorganisms

Microbial species Ozone concentration (mg/m3) Exposure duration (min) Bacteria 0.49~4.91 < 20 Virus 0.43~8.79 < 30 Mold 6.43~10.71 60 Fungi 0.04~0.56 < 1.67

然而實(shí)際應(yīng)用中多采用高濃度臭氧對(duì)空氣進(jìn)行靜態(tài)方式的殺菌消毒。高濃度的臭氧不僅對(duì)人體和環(huán)境有害，還會(huì)對(duì)建材及生活用品產(chǎn)生腐蝕，因此只能在無人的環(huán)境下使用且消毒時(shí)間較長(zhǎng)，限制了其使用范圍。此外，靜態(tài)的空氣消毒方式很難使室內(nèi)病原體氣溶膠的濃度長(zhǎng)時(shí)間保持在安全閾值，一旦人員開始在室內(nèi)流動(dòng)，病原體的濃度便會(huì)迅速上升，對(duì)人體重新構(gòu)成威脅。我國(guó)推行的《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 18883-2022)及《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3095-2012)中規(guī)定臭氧二級(jí)濃度限值為0.16 mg/m3[39-40], 《家用和類似用途電器的抗菌、除菌、凈化功能空調(diào)器的特殊要求》(GB-21551.6-2010)中規(guī)定具有抗菌凈化功能的空調(diào)器本身產(chǎn)生的臭氧在出風(fēng)口5 cm處的濃度不能超過0.1 mg/m3[41]。如果能使臭氧濃度保持在安全范圍內(nèi)，同時(shí)又具備殺菌消毒的功效，則可以實(shí)現(xiàn)人機(jī)共存的動(dòng)態(tài)空氣消毒方式。深圳清華大學(xué)研究院研究表明臭氧在安全濃度范圍內(nèi)仍具有較強(qiáng)的殺菌性能，其研制的一套中央空調(diào)臭氧空氣凈化系統(tǒng)已在國(guó)家奧林匹克體育中心運(yùn)行多年，期間運(yùn)行效果良好，工作狀態(tài)平穩(wěn)[42]。

2.2 光催化技術(shù)

光催化消毒技術(shù)是自20世紀(jì)70年代隨著納米科技的發(fā)展而逐步興起的一項(xiàng)新型凈化消毒技術(shù)。1998年日本科學(xué)家Fujishima帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，在陶瓷、玻璃表面附著上一層TiO2透明薄膜，在光照條件下可以起到殺菌消毒、除臭及自清潔的效果，自此，國(guó)內(nèi)外廣大研究者開始研究光催化劑薄膜功能材料[43]。由于納米尺度的光催化劑具有表面與界面效應(yīng)、小量子尺寸及量子尺寸效應(yīng)，其對(duì)病毒的親和力與相互作用更強(qiáng)、更有利于光生電子-空穴對(duì)的分離且大比表面積使光吸收力得到提高，因此光催化凈化消毒技術(shù)主要采用納米級(jí)的光催化劑對(duì)室內(nèi)空氣進(jìn)行光催化處理[44]。光催化殺菌消毒是細(xì)菌、病毒與光催化劑表面發(fā)生的一系列復(fù)雜的相互作用：病原體被吸附至光催化劑表面，在紫外線與光催化產(chǎn)生的活性物質(zhì)雙重作用下被消滅。光催化不僅可以殺死病原體，還可以降解病原體釋放出的內(nèi)部毒素，因此殺菌徹底，不產(chǎn)生二次污染[45]。朱子犁等[46]測(cè)試了一臺(tái)光催化空氣消毒器對(duì)20 m3氣霧室內(nèi)S. albus的殺滅率及70 m3密閉無人環(huán)境下對(duì)室內(nèi)空氣中自然菌的殺滅率，試驗(yàn)結(jié)果表明消毒器開啟60 min和120 min后對(duì)氣霧室內(nèi)S. albus的殺滅率分別為99.95%及100%，開啟120 min后對(duì)空氣中自然菌的殺滅率為97.54%。說明該光催化空氣消毒器對(duì)空氣中的細(xì)菌具有良好的殺滅效果，且實(shí)驗(yàn)證明該消毒器的臭氧泄漏量及紫外線泄漏量均為0，可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)空氣消毒。閆妍等[47]構(gòu)建了一種等離子體協(xié)同Ag/TiO2納米光催化劑的空氣凈化消毒裝置，并在試驗(yàn)艙內(nèi)檢測(cè)其對(duì)微生物和顆粒物的凈化效果。結(jié)果表明該裝置開啟45 min后對(duì)試驗(yàn)艙中S. albus的消滅率達(dá)到99.9%以上，開啟60 min后對(duì)艙內(nèi)自然菌和H1N1的消滅率分別達(dá)到90%以上及99.9%以上，試驗(yàn)艙中顆粒物濃度達(dá)到了萬級(jí)潔凈室級(jí)別且運(yùn)行期間無臭氧泄露，表明這種耦合技術(shù)對(duì)空氣中的微生物氣溶膠具備較高的殺菌消毒效果。

圖 1 光催化空氣消毒原理Fig. 1 Photocatalytic air disinfection principle diagram

然而，光催化更適用于處理低濃度的污染物，對(duì)高濃度污染物的凈化效率較低[48]。且一般的光催化劑產(chǎn)生光催化作用需要配備紫外燈，裝置較為復(fù)雜，需要一定的能耗，且容易產(chǎn)生臭氧危害人體健康。此外，光催化劑的吸附能力較差，很難確保和污染物或病原體的有效接觸，因而也限制了其使用范圍[49]。馮國(guó)會(huì)等[50]為了提高TiO2光催化劑凈化空氣中自然菌的效果，將TiO2負(fù)載至活性炭纖維，通過活性炭纖維良好的吸附能力強(qiáng)化自然菌的光催化凈化效果，研究發(fā)現(xiàn)在20W的紫外燈照射下，120 min后自然菌的凈化率達(dá)到了84.29%。

2.3 納米水離子技術(shù)

納米水離子技術(shù)是由日本松下電器研發(fā)的一項(xiàng)空氣凈化消毒技術(shù)，近幾年被引入國(guó)內(nèi)并逐步應(yīng)用于各種空調(diào)產(chǎn)品[51]。該技術(shù)利過帕爾貼效應(yīng)在尖端電極上形成凝結(jié)水，而后通過高壓放電使凝結(jié)水霧化，并逐步分裂形成納米級(jí)水離子。納米水離子中包含了大量的活性負(fù)離子及羥基自由基。羥基自由基與空氣中的微生物發(fā)生反應(yīng)碰撞從而分解微生物，也可以作用于懸浮顆粒物表面，清除顆粒物表面的細(xì)菌、病毒。生成的納米水離子不僅具備殺菌消毒的功效，對(duì)空氣中的微小顆粒物也具有凝并、沉降作用，能夠避免微小顆粒作為微生物載體進(jìn)行傳播[52]。納米水離子技術(shù)在對(duì)空氣凈化的同時(shí)還可以起到調(diào)節(jié)室內(nèi)濕度的作用。

使用該技術(shù)凈化空氣具有以下優(yōu)勢(shì)。

① 羥基自由基具有強(qiáng)氧化性，在納米水離子包圍下其壽命得到延長(zhǎng)，可主動(dòng)擴(kuò)散至空氣中進(jìn)行凈化消毒，作用范圍廣，殺菌效果持久。

② 納米水離子的酸堿度對(duì)人體皮膚溫和、無刺激，使用安全。

③ 納米級(jí)水霧對(duì)空氣中的懸浮顆粒物具有降塵除塵的作用。

圖 2 納米水離子生成原理Fig. 2 Principle diagram of nano water ion generation

然而該技術(shù)因?yàn)樵O(shè)備較為復(fù)雜，一般應(yīng)用于高端機(jī)。且通過高壓放電生成納米水離子，需要合理控制放電電壓，避免生成高濃度臭氧危害人體健康，張凌[53]等通過研究納米水離子發(fā)生裝置在不同放電電壓下的臭氧濃度，得出在兩極垂直間距為5 mm, 極板孔徑為6 mm的條件下，要使臭氧濃度不超過規(guī)定限值0.107 mg/m3，放電電壓需控制在6 kV及以下。此外生成納米水離子的前提是要在放電電極上形成凝結(jié)水，這就對(duì)環(huán)境空氣的溫濕度有較高的要求，若環(huán)境空氣干燥，則凝結(jié)水量會(huì)減少，不利于納米水離子的生成，進(jìn)而影響空氣凈化消毒效果。可以考慮添加自動(dòng)補(bǔ)水裝置，促進(jìn)納米水離子的持續(xù)生成，從而提高該技術(shù)的消毒實(shí)用性及持續(xù)性。趙培靜等[54]研究了納米水離子在1 m3試驗(yàn)艙內(nèi)對(duì)2種包膜病毒(甲型流感病毒H3N2、人普通冠狀病毒HCoV-229E)及非包膜病毒(鼻病毒HRV16、腸道病毒EV71)的殺滅率，試驗(yàn)結(jié)果表明納米水離子作用2 h后對(duì)包膜病毒的殺滅率均在99%以上，對(duì)非包膜病毒的殺滅率均在95%以上，表現(xiàn)出對(duì)不同病毒良好的殺滅效果。然而該試驗(yàn)艙體積較小，無法真實(shí)模擬室內(nèi)大空間下的空氣環(huán)境，且納米水離子發(fā)生裝置單獨(dú)運(yùn)行，沒有搭載至空氣處理設(shè)備中進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用效果的考量。納米水離子技術(shù)作為一種初開發(fā)的空氣凈化消毒技術(shù)，在對(duì)細(xì)菌病毒殺滅效果上的科學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)還有所欠缺，其實(shí)際消毒效果有待在更多試驗(yàn)中進(jìn)行考證。

2.4 化學(xué)消毒劑技術(shù)

化學(xué)消毒劑技術(shù)包括過氧乙酸熏蒸及噴霧法、汽化過氧化氫及過氧化氫干霧法、二氧化氯氣體及霧化法等。由于操作簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)廉價(jià)、殺菌效果好等優(yōu)點(diǎn)，化學(xué)消毒劑被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療機(jī)構(gòu)等病原體濃度高的場(chǎng)所進(jìn)行全面空氣消毒，主要的消毒方式有熏蒸、噴霧、汽化、氣體發(fā)生法等。

2.4.1 過氧乙酸熏蒸及噴霧法

過氧乙酸是一種酸性強(qiáng)氧化性消毒劑，因其消毒效率高且無殘留，在醫(yī)療機(jī)構(gòu)中應(yīng)用較多。過氧乙酸的殺菌消毒機(jī)制包括利用其強(qiáng)氧化性氧化破壞菌體細(xì)胞的細(xì)胞壁及細(xì)胞膜，使細(xì)胞通透性發(fā)生改變進(jìn)而影響內(nèi)外物質(zhì)交換平衡，消滅病原體；過氧乙酸分子進(jìn)入菌體內(nèi)與酶系統(tǒng)直接作用，破壞細(xì)菌代謝及生長(zhǎng)繁殖過程；過氧乙酸的強(qiáng)酸性使菌體細(xì)胞內(nèi)pH發(fā)生變化，破壞細(xì)菌正常代謝或直接損傷細(xì)菌。過氧乙酸可在數(shù)秒內(nèi)殺滅一般的細(xì)菌繁殖體及病毒，在數(shù)分鐘內(nèi)殺滅細(xì)菌芽孢，使用方便且環(huán)保。過氧乙酸熏蒸法是指用電磁爐等加熱裝置對(duì)過氧乙酸水溶液進(jìn)行加熱，使其汽化至空氣中進(jìn)行殺菌消毒。過氧乙酸噴霧法是指采用微粒子氣溶膠噴霧器，使消毒劑溶液霧化成50 μ m以下的微小粒子懸浮于空氣中，與空氣中的微生物顆粒充分接觸反應(yīng)進(jìn)而消滅空氣中的病原體。譚金煜等[55]分別測(cè)試了過氧化氫氣溶膠噴霧法與過氧化氫氣體熏蒸法對(duì)20個(gè)病房中細(xì)菌的殺滅率，試驗(yàn)結(jié)果表明，兩種方法作用30 min均可使病房中的細(xì)菌濃度達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)，但建議優(yōu)先選用氣溶膠噴霧法，因?yàn)椴僮骱?jiǎn)單且效率高，而氣體熏蒸法費(fèi)時(shí)費(fèi)量且刺激性強(qiáng)。過氧乙酸具有一定的副作用，對(duì)人體眼睛及皮膚具有刺激性，對(duì)金屬具有腐蝕性，對(duì)紡織品具有氧化漂白的作用，使用時(shí)需要做好人體及設(shè)備的安全防護(hù)措施，同時(shí)其化學(xué)性質(zhì)不夠穩(wěn)定，極易分解，通常需要現(xiàn)配現(xiàn)用。

2.4.2 汽化過氧化氫及過氧化氫干霧法

過氧化氫是一種天然存在的化學(xué)物質(zhì)，在空氣和水中廣泛存在。其主要通過分解出氧化能力極強(qiáng)的氧原子對(duì)空氣中的病原體進(jìn)行氧化殺滅，具有快速高效、毒性弱的優(yōu)點(diǎn)，且殺滅病原體后的分解產(chǎn)物為無毒無害、無刺激的水和氧氣，因此不會(huì)形成二次污染。研究人員發(fā)現(xiàn)氣態(tài)過氧化氫的殺菌消毒能力是液態(tài)過氧化氫的200倍以上，由此出現(xiàn)了兩種不同的利用過氧化氫氣體的滅菌技術(shù)，即汽化過氧化氫滅菌技術(shù)與過氧化氫干霧滅菌技術(shù)[56]。汽化過氧化氫滅菌技術(shù)主要通過閃蒸技術(shù)將高濃度的過氧化氫溶液滴加到加熱的光滑金屬表面，使其瞬間汽化成2~6 μ m的微粒，再噴射到環(huán)境中進(jìn)行殺菌消毒。蘇裕心等[57]對(duì)一種汽化過氧化氫消毒裝置的空氣消毒性能進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明在28 m3試驗(yàn)艙內(nèi)，0.5 mL/m3用量的過氧化氫溶液作用20 min對(duì)空氣中S. albus的殺滅率達(dá)到99.9%，在90 m3房間內(nèi)1.0 mL/m3用量的過氧化氫溶液作用60 min對(duì)空氣中自然菌的殺滅率達(dá)到90.0%以上。過氧化氫干霧滅菌技術(shù)即通過電動(dòng)噴霧技術(shù)或壓縮空氣噴霧技術(shù)將消毒劑霧化成10 μ m以下的小顆粒，而后在空氣中迅速揮發(fā)水分形成所謂的干霧。干霧在空氣中做布朗運(yùn)動(dòng)，不易沉降或聚合形成大液滴，也不會(huì)濕潤(rùn)物體表面造成腐蝕，且擴(kuò)散性好，殺菌消毒無死角。研究結(jié)果表明干霧粒徑越小，在空氣中的懸浮時(shí)間越長(zhǎng)，越容易與空氣中的病原體充分接觸反應(yīng)達(dá)到殺菌消毒的目的。王美珠等[58]測(cè)試了一種過氧化氫干霧消毒設(shè)備對(duì)醫(yī)院ICU的空氣消毒效果，測(cè)試結(jié)果表明霧化量為5 mL/m3的過氧化氫消毒液持續(xù)霧化2 h，并保持作用1 h，消毒后的空氣質(zhì)量合格率達(dá)到100%。且消毒后各設(shè)備均運(yùn)行正常，表明過氧化氫干霧不會(huì)對(duì)室內(nèi)設(shè)備造成強(qiáng)烈的腐蝕損壞。因此在使用過氧化氫消毒劑進(jìn)行空氣消毒時(shí)建議使用干霧法，該法對(duì)設(shè)備的腐蝕性小，且干霧懸浮擴(kuò)散性好，殺菌消毒高效無死角。然而過氧化氫對(duì)人體皮膚具有刺激性，消毒人員在使用期間需要做好安全防護(hù)措施。

2.4.3 二氧化氯氣體及霧化法

二氧化氯是一種廣譜高效的強(qiáng)氧化性殺菌消毒劑，其殺菌機(jī)制包括使菌體內(nèi)的氨基酸、酶等生物分子失活；破壞細(xì)菌細(xì)胞壁及細(xì)胞膜，改變細(xì)胞通透性；抑制細(xì)菌蛋白質(zhì)的合成；破壞菌體內(nèi)的蛋白酶系統(tǒng)；直接作用于細(xì)菌DNA分子，使DNA結(jié)構(gòu)形態(tài)改變，破壞細(xì)菌基因組的正常轉(zhuǎn)錄、翻譯及表達(dá)，最終使細(xì)菌死亡。二氧化氯對(duì)病毒的滅活機(jī)制包括破壞病毒蛋白衣殼、降解RNA片段及抑制RNA分子合成[59]。二氧化氯應(yīng)用于空氣消毒的形式主要包括氣體法和霧化法。

氣體法主要通過二氧化氯氣體發(fā)生器生成氣態(tài)二氧化氯，擴(kuò)散至空氣中進(jìn)行殺菌消毒，霧化法則通過霧化裝置將二氧化氯消毒液霧化，噴灑至空間中進(jìn)行空氣殺菌消毒。賈海泉等[60]研究了氣體二氧化氯在不同消毒參數(shù)及試驗(yàn)條件下對(duì)空氣的消毒效果，試驗(yàn)結(jié)果表明滅菌率與氣體二氧化氯的濃度及作用時(shí)間呈正相關(guān)，300 mg/L的二氧化氯氣體作用4 h可完全殺滅空氣中的細(xì)菌芽孢。最佳相對(duì)濕度為75%，因?yàn)殡S著相對(duì)濕度的提高，滅菌率有所上升，但二氧化氯容易在光滑表面結(jié)露，進(jìn)而對(duì)室內(nèi)物品造成腐蝕。姚宏武等[61]測(cè)試了一種便攜式二氧化氯霧化消毒機(jī)的殺菌性能, 測(cè)試結(jié)果表明濃度為200 mg/L的二氧化氯消毒液，在20 m3氣霧室內(nèi)開機(jī)霧化消毒30 min，對(duì)S. albus的殺滅率>99.0%，在54 m3試驗(yàn)場(chǎng)所中，開機(jī)消毒60 min，對(duì)空氣中自然菌的消除率>90.0%。趙紫華等[62]用100 mg/L的二氧化氯溶液分別以氣體、普通噴霧、氣溶膠噴霧的形式對(duì)密閉艙內(nèi)的S. albus及室內(nèi)空氣中的自然菌進(jìn)行消毒凈化，試驗(yàn)結(jié)果表明3種消毒方式在一定條件下均能達(dá)到消毒技術(shù)規(guī)范的要求，但在消毒劑用量減小，密閉空間對(duì)外開放的條件下，氣溶膠噴霧法的滅菌率更高，抑菌時(shí)間更長(zhǎng)。二氧化氯液體消毒劑在空氣消毒后容易殘留，而氣體二氧化氯具有擴(kuò)散性好、穿透性強(qiáng)、無殘留等優(yōu)點(diǎn)，可短時(shí)間內(nèi)擴(kuò)散空間進(jìn)行無死角高效消毒。然而空氣濕度過高會(huì)使氣體二氧化氯部分溶解，易對(duì)室內(nèi)物品造成腐蝕，同時(shí)空氣中二氧化氯濃度過高容易發(fā)生爆炸，而液體溶液相對(duì)更加安全，因此，需根據(jù)實(shí)際使用需求選擇合適的二氧化氯消毒方式。

3 結(jié)論與展望

相較于物體表面消毒及水體消毒，空氣的流動(dòng)性更強(qiáng)，且人體時(shí)刻暴露在大氣環(huán)境中，空氣中的病原體與人體器官特別是呼吸道系統(tǒng)的接觸概率更高，更容易擴(kuò)散傳播導(dǎo)致細(xì)菌病毒感染。同時(shí)，空氣中包含的污染物種類繁多，病原體可以附著在多種污染物載體之上，存在形式多樣，殺滅難度更高。無論是物理類還是化學(xué)類空氣凈化消毒技術(shù)，都存在各自的優(yōu)缺點(diǎn)及局限性。

過濾技術(shù)可以濾除帶有病原體的微粒，但無法徹底消滅病原體，一旦濾網(wǎng)表面溫濕度適宜，容易滋生細(xì)菌，產(chǎn)生二次污染?？梢钥紤]在濾網(wǎng)表面添加殺菌消毒物質(zhì)，如銀離子、生物酶等，起到原位消殺的作用。針對(duì)安裝在空氣處理設(shè)備中通風(fēng)阻力大的問題，可以考慮采用駐極體濾網(wǎng)，減小通風(fēng)阻力，同時(shí)也可以殺滅捕獲的細(xì)菌。

靜電除塵裝置與多種技術(shù)聯(lián)用可以在降低產(chǎn)生臭氧濃度的同時(shí)強(qiáng)化空氣凈化消毒效果。后續(xù)可以針對(duì)電極絲在長(zhǎng)時(shí)間使用后荷電率下降的問題進(jìn)行深入研究，如優(yōu)化電極絲結(jié)構(gòu)，使用新的電極材料等。

紫外線消毒技術(shù)高效便捷，但容易輻射人體且產(chǎn)生臭氧，遠(yuǎn)紫外線消毒技術(shù)有待更加深入的研究，以確定其在代替?zhèn)鹘y(tǒng)紫外燈方面的潛力。同時(shí)可以深入探討多波長(zhǎng)紫外線協(xié)同照射空氣消毒的性能，以期在強(qiáng)化空氣消毒效果的同時(shí)，減小對(duì)人體的輻射及臭氧濃度，并使紫外線消毒技術(shù)能夠很好地適應(yīng)環(huán)境溫濕度的變化。

利用臭氧進(jìn)行空氣消毒具有快速擴(kuò)散、消毒無殘留的優(yōu)點(diǎn)，在合適的相對(duì)濕度下，能夠強(qiáng)化臭氧的消毒效果。然而高濃度的臭氧對(duì)人體有害，后續(xù)可以深入研究臭氧在安全濃度范圍內(nèi)對(duì)不同病原體的殺菌消毒效果，以期在實(shí)現(xiàn)低濃度臭氧空氣消毒的同時(shí)，減小物資成本。

光催化技術(shù)綠色安全，消毒無殘留，但空氣中污染物種類繁多，容易黏附在光催化劑表面造成光催化劑失活進(jìn)而削弱其空氣消毒效果。目前大部分光催化空氣凈化消毒設(shè)備還依賴于紫外燈激發(fā)光催化板，設(shè)備較為復(fù)雜且成本較高，同時(shí)光催化劑對(duì)病原體的吸附能力較差，如何保證空氣完全通過光催化劑表面從而高效捕獲病原體是一個(gè)值得深入研究的方向。后續(xù)可以考慮開發(fā)新型的光催化劑，使其在可以利用可見光的同時(shí)增強(qiáng)與病毒之間的附著力，或者將催化劑附著在多孔吸附材料上，使吸附與光催化空氣消毒協(xié)同作用。針對(duì)空氣中污染物容易使光催化劑失活的問題，可以考慮將光催化技術(shù)與其他空氣凈化技術(shù)聯(lián)用，在提高空氣消毒效果的同時(shí)，延長(zhǎng)催化劑的使用壽命。

納米水離子技術(shù)作為一種新興的空氣消毒技術(shù)，還有待更多消毒試驗(yàn)的考證，針對(duì)其高壓放電產(chǎn)生臭氧的問題，可以考慮優(yōu)化電極材料或電極結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)完備的放電電壓控制系統(tǒng)，減小或避免臭氧生成。在納米水離子空氣凈化消毒設(shè)備中添加自動(dòng)補(bǔ)水裝置可以減小空氣濕度對(duì)其消毒性能的制約，二者之間的有效控制配合值得深入研究。

對(duì)于各種化學(xué)消毒劑技術(shù)，選擇合適的消毒方式很重要，例如過氧乙酸和二氧化氯利用氣溶膠噴霧的方式消毒效果更好，而氣體熏蒸法容易在環(huán)境高濕度下對(duì)室內(nèi)設(shè)備造成腐蝕，且二氧化氯高濃度下存在易燃易爆的風(fēng)險(xiǎn)。在使用刺激性化學(xué)消毒劑如過氧化氫、過氧乙酸時(shí)消毒人員需做好安全防護(hù)措施，較為不便，后續(xù)可以普及多類型的化學(xué)消毒劑空氣消毒機(jī)，同時(shí)搭配AI技術(shù)實(shí)現(xiàn)人工智能空氣消毒，實(shí)時(shí)監(jiān)控室內(nèi)環(huán)境，減小人力物資成本。

針對(duì)以上各種技術(shù)存在的優(yōu)缺點(diǎn)、局限性及提出的相應(yīng)解決方案，筆者認(rèn)為未來理想的空氣凈化消毒技術(shù)應(yīng)當(dāng)具備以下特點(diǎn)。

① 多種空氣消毒技術(shù)協(xié)同作用，具備高效、廣譜、持久的殺菌消毒能力。

② 空氣消毒后不產(chǎn)生有毒有害的副產(chǎn)物，對(duì)人體及環(huán)境安全，可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)消毒。

③ 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方便安裝于不同的空氣凈化設(shè)備及空調(diào)系統(tǒng)。

④ 具備較高的環(huán)境適應(yīng)性，能適應(yīng)季節(jié)及環(huán)境溫濕度的變化，保證在不同環(huán)境下的空氣消毒效果達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

⑤ 具備自動(dòng)識(shí)別及響應(yīng)控制性能，能夠探測(cè)到空氣中病原體的濃度、環(huán)境溫濕度及消毒劑的量，做到智能啟停消毒設(shè)備及增補(bǔ)消毒劑。

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