CN1070728C - 空气中悬浮颗粒的沉淀方法 - Google Patents

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Abstract

一种从空气中沉淀悬浮颗粒的方法，该方法包括：使空气中的悬浮颗粒与家庭气溶胶喷射器喷出的液滴相接触，在气溶胶喷射器喷射液滴的过程中，给上述液滴赋予单极性电荷，单极性电荷使上述液滴的电荷与质量比至少为+/-1×10-4C/Kg，通过接触使单极性电荷在液滴和空气中的悬浮颗粒之间传递，由于相互间的排斥使空气中的悬浮颗粒沉淀。

Description

空气中悬浮颗粒的沉淀方法
本发明涉及一种沉淀空气中悬浮颗粒的方法，更具体地说，本发明涉及一种适于家庭使用的沉淀空气中悬浮颗粒的方法。
空气中的悬浮颗粒如灰尘气源性致敏原被认为对过敏症如哮喘病的个体感病有明显的影响。这些颗粒能降低空气的品质，当其受扰动时，如在真空除尘后会引发呼吸困难。
US-A-4776515公开了一种从毛细管产生负电荷液滴喷雾的装置，该毛细管与一装有上述液体的容器相通，其中给至少部分位于毛细管内的电极施加一外部电压。可借助于一个电动泵使该装置运行。
SU-A-1482732公开了一种农用装置，其中将电动气溶胶喷雾器的设计，能使液体沿曲折路径穿过该装置流动时会经摩擦充电。
目前，我们研制出了一种通过使颗粒沉淀，解决由空气中悬浮颗粒引起的这一问题的方法。
因此，本发明提供了一种在含有这种颗粒的家庭环境中，从空气中沉淀悬浮颗粒的方法，该方法包括：使在家庭室内空气中的悬浮颗粒与家庭气溶胶喷射器喷出的液滴相接触，在从气溶胶喷射器的管口实际喷射液滴的过程中，通过双层充电给上述液滴赋予单极性电荷，单极性电荷的量使上述液滴的电荷与质量比至少为+/-1×10-4C/Kg，通过接触使单极性电荷在液滴和空气中的悬浮颗粒之间传递，由于相互间的排斥使空气中的悬浮颗粒沉淀。
优选地，液滴的电荷与质量比为+/-1×10-4C/Kg到+/-1×10-3C/Kg。液滴的电荷与质量比越高，空气中悬浮颗粒的沉淀就越明显。
气溶胶喷射器喷出的液体最好是一种水与碳水化合物混合物形式的液体，或者是一种乳浊液，或者通过在使用前或喷射过程中摇动气溶胶喷射器使其转化成乳浊液。根据本发明的方法，适用于喷射的家庭气溶胶组合物的例子是由Reckitt和Colman Products Ltd.生产的Dettox Anti-Bacterial Room Spray(Dettox室内杀菌喷雾剂)和Air Wick Neutrair。
由于双层带电或液滴的分裂，已知所有的液态气溶胶都携带净负电荷或净正电荷，但标准喷射器喷出的液滴只带有1×10-8到1×10-5C/Kg量级的电荷。
本发明依靠组合气溶胶系统的各种特性，以便当液体从气溶胶喷射器中喷出时，最大限度地给液体充电。最佳组合方式随每一产品配方的变化而改变。
通过选择致动器、插阀和汲取管的材料、形状和尺寸，以及被喷射液体的特性，以使液体分散成液滴时，可产生所需量级的电荷。
气溶胶系统的许多特性可增加双层带电和液体成分与气溶胶系统表面的电荷交换。这种增加是由许多因素引起的，如增加了液体穿过系统的湍流度，增加了液体与容器、阀门及致动器系统内表面之间的接触频率和速度。
可以优化致动器的规格，以便增加从容器中喷出液体的带电量。较小的致动器插阀管口，如小于等于0.45mm，能增加穿过致动器喷出的液体的电荷量。适当选择致动器的材料也能增加喷射器喷出的液体的电荷量，如选择尼龙、PVC和聚丙烯往往都可以增加电荷量。优化插阀中管口的几何形状，也能在穿过致动器喷射液体时增加液体的电荷量。促进液体机械粉碎的插阀能很好地给液体充电。
可用导电、绝缘、半导体或消静电材料制造喷射器的致动器插阀。
优化汲取管的特性可以增加从容器中喷射液体的电荷量。汲取管较窄，如内径大约为1.27mm，可增加液体的电荷量，还可以改变汲取管的材料以增加电荷量。
可选择阀的特性，以便当液体从容器中喷出时，增加液体产物的电荷/质量比。较小的大约为0.65mm的外壳尾管管口能增加喷射过程中液体产品的电荷/质量比。芯管中孔的数量越少，例如2×0.50mm，还可增加喷射过程中产物的电荷量。汽相支管的存在有助于使电荷量最大化，汽相支管的管口越小，例如大约0.50mm到0.75mm，通常可得到较高的电荷量。
改变产品的组分也可以影响电荷量。当从气溶胶喷射器中喷出时，含有烃和水混合物的组分或不溶混烃和水的乳浊液所具有的电荷/质量比高于单独含有水或单独含有烃组分时的电荷/质量比。
因此，本发明的另一方面，提供了一种给从家庭气溶胶喷射器中喷出的产品液滴赋予单极性电荷的方法，使上述液滴的电荷/质量比至少为+/-1×10-4C/Kg，上述方法包括选择家庭气溶胶喷雾器的致动器的材料、致动器管口的尺寸、汲取管的直径、阀的特性，以及装在家庭气溶胶喷雾器中的产品配方，以便在从家庭气溶胶喷雾器的管口实际喷射液滴的过程中，通过双层充电给液滴赋予单极性电荷，达到所需的电荷/质量比。
通常从气溶胶喷射器喷出的液滴的大小在5到100微米范围内，液滴大小的峰值为大约40微米。
从气溶胶喷射器喷出的液体可含有预定量的颗粒材料，如熔融硅石，或预定量的挥发性固体材料，如甲醇或萘。
本发明的方法可通过颗粒的间接带电，加速空气中悬浮颗粒的自然沉淀过程，由此快速而方便地改善空气质量。
本发明还能够在很短的时间内，有效地使家庭气溶胶产品能用于降低室内空气中悬浮颗粒的数量。气溶胶产品可降低室内空气中悬浮颗粒的浓度，有利于呼吸，尤其是对过敏症患者。该产品在真空除尘后当气源性致敏原的浓度升高时直接使用是特别有利的。
下面参照实施例进一步描述本发明的内容。
实施例1
在一个气密箱中用粉末喷射枪产生一云团悬浮在空气中的滑石粉颗粒，在一组清洁的载玻片上每30秒以30秒的间隔记录自然沉降速率。通过计算在140倍的显微镜视场中10个随机选择区中颗粒的数量，确定每一载玻片上的滑石粉颗粒数。然后计算每30秒钟间隔的平均颗粒数，将这些数值归一化到1以计算各试验之间悬浮团密度的变化。在悬浮云团产生后的第一个30秒钟的颗粒数取作1，将所有其它数值都归一到该点。滑石粉的自然沉降速率被看作是对照值。
为了评定家庭气溶胶产品、Airwick Neutrair(Reckitt &Colman Products公司产品)对滑石粉颗粒沉降速率的影响，用三种不同构造的喷嘴，在产生悬浮云团之后的5秒、75秒，将该气溶胶喷入滑石粉颗粒云团中。用与上述相同的方式记录在这些条件下滑石粉的沉降速率。滑石粉的自然沉降速率作为对照值1，然后用带有锥形孔的插阀的标准乙缩醛喷嘴2、带有直孔的插阀的黄铜喷嘴3，以及从高压电源给密封缶的接合处施加-10千伏(KV)电压的喷嘴4，进行上述喷射气溶胶的过程。每一试验重复3次。
下表1示出了在上述每一不同条件下，视场中看到的滑石粉颗粒的平均数。这些数据已经归一化处理。该数据如图1中的曲线所示。
                         表1
时间秒 对照值，自然沉淀(1) 气溶胶，乙缩醛喷嘴(2) 气溶胶，黄铜喷嘴(3) 气溶胶，黄铜喷嘴，-10KV(4)
30 1 1 1 1
60 0.69 0.66 0.73 1.06
90 0.54 0.54 0.71 1.01
120 0.42 0.39 0.59 0.77
150 0.47 0.33 0.57 0.58
180 0.53 0.50 0.74 0.58
210 0.54 0.33 0.44 0.52
240 0.51 0.35 0.42 0.46
270 0.49 0.41 0.40 0.39
上述数据表明，采用标准乙缩醛喷嘴2的喷雾器，不能在正常沉降速率1上增加滑石粉的沉淀速率。采用黄铜喷嘴3，沉降速率略有增加，而当给黄铜喷嘴4施加高电压时，气溶胶液滴的电荷/质量比明显提高，如表2所示。
                        表2
    材料     电荷/质量比
    气溶胶，标准喷嘴 +2.4×10-6C/Kg
    气溶胶，黄铜喷嘴 -2.7×10-7C/Kg
气溶胶，黄铜喷嘴，-10KV -9.1×10-4C/Kg
    滑石粉 +7.8×10-6C/Kg
实施例2
在大约66m3的气密箱中，用0.5克筛分后的小于63微米的室内尘埃产生一灰尘云团。该灰尘云团是在1秒钟的时间内用清洁而干燥的压缩空气吹尘埃而产生的。用Malvern APC(空气颗粒计数器)300A测量在灰尘云团产生30秒钟后该灰尘云团的初始密度。在1和25微米之间分8个粒径带，用颗粒计数器记录在0.028m3空气中的颗粒数。在灰尘云团产生后的2.0、5.5、11.5和21.5分，依次进行测量。将在每一时刻在每一粒径带中计数的颗粒数量转化成出现在灰尘云团产生后30秒钟的剩余颗粒的百分数。将该过程重复3次，计算每一粒径带在每一时刻的平均百分数。该数值代表灰尘云团的自然沉降速率，用于比较在各种处理之后颗粒的清除效率。
为了显示气溶胶在用标准Dettox Anti-Bacterial Room Spray(Dettox室内杀菌喷雾剂)产品(Reckitt & Colman Products公司)处理后的清除速率，产生如上所述的灰尘云团。在灰尘云团产生后的30秒钟开始计数颗粒，将该数值看作初始灰尘云团密度。在灰尘团产生后的1.5分钟，用0.5秒在灰尘云团中喷入上述标准Dettox产品。然后在喷入Dettox后的0.5、4、10和20分钟再计数颗粒。这些计数对应的值是在灰尘云团产生后的2.0、5.5、11.5和21.5分钟的数值，可与自然净化过程中的颗粒数作比较。此外，该过程重复3次，将数据换算成液滴的数据(如下所述)，并将其转化为初始灰尘云团剩余颗粒的百分数。
Malvern APC 300颗粒计数器不仅能测量固体气溶胶颗粒，而且还能测量气溶胶液滴。由于这一原因，必须把液态气溶胶喷射后所得之颗粒计数换算成来自该喷雾剂源的液滴数。为此要首先计数本底颗粒数。然后再将气溶胶用0.5秒喷射到气密箱中，并在0.5、4、10和20分钟后进行颗粒计数。从液滴数中减去每一粒径带的本底颗粒数，剩余的数就是液滴数。重复三次。然后从用液态气溶胶处理灰尘云团后0.5、4、10和20分钟测得的颗粒计数中，减去在喷射气溶胶后0.5、4、10和20分钟每一粒径带中液滴的平均数。该差值是留在气溶胶中固体颗粒的数量。在将它转化成从初始灰尘云团中剩余的固体颗粒的百分数后，这些值便可用于比较在整个自然澄清过程中剩余颗粒的百分数。
用这种方式测量三种气溶胶的处理效果。标准Dettox气溶胶、带有Acc-u-sol(由Precision Valve UK Ltd生产)致动器的Dettox，该致动器带有0.45mm MBU CO2插阀，以及具有-10KV电压的标准Dettox，该电压从一高压电压施加到密封罐的接合处。对2到5微米颗粒的处理效果如图2所示。粒径1到2微米以及5到25微米的剩余气溶胶颗粒数的减少趋势类似于2到5微米颗粒所示的减少趋势。图2显示出除标准Dettox以外，所有处理在喷射后30秒钟，减少的颗粒浓度都保持在大于20分钟的自然浓度值以下。标准Dettox产品的电荷/质量比为3×10-5C/Kg。用该种产品处理灰尘云团能将该粒径的剩余悬浮颗粒的数量减少不大于30％。“Acc-u-sol”0.45mm MBU CO2致动器能将电荷/质量比增加到6.5×10-5C/Kg，因此能较高地降低空气中剩余悬浮颗粒的数量。给Dettox气溶胶施加-10KV的电压，能人为地将电荷/质量比增加到-6.5×10-4C/Kg。图2清楚地显示出带有这种数量电荷的Dettox能将2-5微米剩余悬浮颗粒的百分数降低大约60％。这明显说明，提高电荷/质量比的家庭室内喷雾剂能显著地降低较宽粒径范围内气溶胶颗粒的数量。
通过本文所述的方法可将家庭室内喷雾剂的电荷/质量比增加到要求值1×10-4C/Kg。当通过具有0.45mm MBU CO2插阀的“Acc-u-sol”致动器、带有3mm(内径)聚乙烯汲取管的阀系统、直径为0.65mm的外壳管口、直径为4×0.61mm芯管管口以及直径为1.17mm的蒸汽相支管的系统喷射Air Wick Neutrair产品时，该产品能获得-2×10-4C/Kg的电荷/质量比。

Claims (7)

1、一种在含有悬浮颗粒的家庭环境中，从空气中沉淀悬浮颗粒的方法，该方法包括：使在家庭室内空气中的悬浮颗粒与家庭气溶胶喷射器喷出的液滴相接触，在从气溶胶喷雾器的管口实际喷射液滴的过程中，通过双层充电给上述液滴赋予单极性电荷，单极性电荷的量使上述液滴的电荷与质量比至少为+/-1×10-4C/Kg，通过接触使单极性电荷在液滴和空气中的悬浮颗粒之间传递，由于相互间的排斥使空气中的悬浮颗粒沉淀。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于液滴的电荷与质量比为+/-1×10-4C/Kg到+/-1×10-3C/Kg。
3、如权利要求1或2所述的方法，其特征在于液滴含有粒子材料。
4、如上述任一权利要求所述的方法，其特征在于从气溶胶喷射器喷出的液体是一种乳浊液。
5、如上述任一权利要求所述的方法，其特征在于液滴的直径在5-100微米范围内。
6、如上述任一权利要求所述的方法，其特征在于家庭气溶胶喷射器包含气溶胶密封罐。
7、一种给从家庭气溶胶喷射器中喷出的产品液滴赋予单极性电荷的方法，使上述液滴的电荷/质量比至少为+/-1×10-4C/Kg，上述方法包括选择家庭气溶胶喷雾器的致动器的材料、致动器管口的尺寸、汲取管的直径、阀的特性，以及装在家庭气溶胶喷雾器中的产品配方，以便在从家庭气溶胶喷雾器的管口实际喷射液滴的过程中，通过双层充电给液滴赋予单极性电荷，达到所需的电荷/质量比。
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