CN107366997A - 利用水生植物净化室内空气的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用水生植物净化室内空气的方法及装置，在该装置的外壳座上装有水生盆景植物花盆和植物电刺激装置，所述植物电刺激装置的负高压电极针所述植物电刺激装置的负高压电极针插入花盆的水中，植物电刺激装置的零电位正极与加速电极板连接，在花盆的侧壁和顶面上开有多个通风透气孔。当植物电刺激装置通电工作时，插入到花盆水中的电极针使花盆水及植物水分输运管道中的水及其矿物质在强电场作用下产生电离，通过加速电极板从植物气孔透出的空气负离子获得了加速动能，于是大量植物空气负离子不断从水生盆景植物叶片气孔释放发出，在飞向加速电极板途中俘获空气中的微尘并使其聚集附着于加速电极板上实现空气净化。
Description
技术领域
本发明属于空气污染治理技术领域，涉及一种以脉冲电场激励的水生盆景植物净化室内空气的方法及装置。
背景技术
近年来，随着现代化城市建设的飞速发展而伴发的城市大气污染及室内空气污染日益严重。在人们长期生活居住、办公活动的建筑屋内，由于外部空气污染与室内电气、生活垃圾、煤烟、装修材料等造成的各种污染物的叠加效应导致室内环境污染程度甚至远高于室外，使长期工作和生活在其中的人们出现了“病态建筑物综合症”，严重的影响到了人们的生命健康。营造具有清洁空气的室内生活环境已成为亟待解决的重大社会问题。
现今的室内空气净化已广泛采用了基于抽气过滤、吸附或利用电极针的负高压尖端放电电离空气获得人工空气负离子方式实现空气净化。除此之外，包括本发明设计人先前研究在内的各种公开的资料表明利用电刺激植物争强植物叶尖的尖端放电效应也可以用来净化室内空气。然而，目前已为本领域公知的各类空气净化技术在实际应用中都存在着一系列技术缺陷与不足之处。抽气过滤方式的空气净化器能耗及噪音大，需定期更换滤芯，成本高，且其几乎不具备过滤吸附比PM2.5尺度更小的微尘及有害化学物质；空气电离方式的空气净化器以空气电离为代价，伴随空气电离的同时会离解、消耗着自然空气中对人体健康有益的物质，导致空气中水分的缺失和臭氧的产生。因此，上述两种空气净化方式环保性差甚至可导致二次污染。
尚未得以被广泛应用与推广的脉冲电刺激的植物型空气净化器亦有许多问题。现有的报道中，利用脉冲电刺激植物净化空气的方法与技术是激励植物叶片尖端放电，采用负高压单电极探插入到植物的根际土壤对其进行电刺激，因而电极针尖处产生的高强度电场亦可通过土壤颗粒间的毛细透气缝隙直接电离空气，因此其并未消除负高压电场对空气的直接电离而引起的副作用。多年来，本发明设计者在对脉冲电场激励植物发射空气负离子的空气净化方式的研究与探索中发现，这种基于植物叶片尖端放电产生高浓度空气负离子的方式并未脱离对空气介质的电离效应，即空气负离子主要来源于植物叶尖放电对空气介质的电离效应而非植物质体电离物的释放与发射。当负高压电极针插入植物的根际土壤时，依靠电场对植物导电体的作用，会在植物叶尖处集聚高密度负电荷(电荷密度反比于曲率半径)，由于场强与电荷密度成正比，所以植物叶尖处场强极大并使其附近的空气产生电离形成所谓的尖端放电效应。因此，现有的利用脉冲电场激励植物发射空气负离子的空气净化方式的环保性仍存在较大的问题。
发明内容
本发明的目的在于对现有技术存在的问题加以解决，提供一种利用水生植物净化室内空气的方法及装置，本发明通过水生植物向外释放空气负离子(而非依赖植物叶片尖端放电电离空气产生负离子)的方式净化室内空气，它以一种绿色、生态的方式有效收集室内空气中雾霾，从而实现了真正绿色环保净化及改善室内空气的作用。
本发明所述的利用水生植物净化室内空气的方法是：在室内设置一个由水生盆景植物、植物电刺激装置和加速电极板构成的净化室内空气的装置，将植物电刺激装置的负高压电极针插入植物盆水中，并使植物电刺激装置的零电位正极接至加速电极板，通过植物电刺激装置对水生盆景植物通电刺激，使植物空气负离子不断地从植物叶片气孔释出并飞向加速电极板，期间俘获空气中的微尘并使其聚集附着于加速电极板上，实现室内空气净化。
本发明所述的利用水生植物净化室内空气的装置具有一个内装水生盆景植物的花盆的柱筒状外壳座以及一个带负高压电极针和零电位正极的植物电刺激装置，在外壳座的内侧面和顶面分别装有筒型和平板型的加速电极板，所述植物电刺激装置的负高压电极针插入水生盆景植物花盆的水中，植物电刺激装置的零电位正极与加速电极板连接。上述利用水生植物净化室内空气的装置中，在花盆的侧壁和顶面上开有多个通风透气孔。当植物电刺激装置通电工作时，插入到花盆水中的负高压电极针使花盆水及植物体内的水及其矿物质在强电场作用下产生电离，由于加速电极板靠近植物体，使植物体内的负离子获得了很强的加速动能，大量的以水质负离子为主的植物空气负离子不断的从水生盆景植物叶片气孔释放发射而出，在飞向加速电极板途中俘获空气中的微尘并使其聚集附着于加速电极板上实现空气净化。
上述的技术解决方案是本发明设计人在对利用脉冲电刺激植物净化空气技术多年的机理与实验研究的基础上而获得的，它利用水生盆景植物取代土生盆景植物，利用对电极结构替代单电极放电输出结构，从而实现了以水介质替代空气介质产生负离子源，以促进水离子的释放与发射效应来消减强电场对自然空气的电离效应，进而从方法与技术上改变现有的以空气电离为代价空气净化方式，真正从本质上提高并实现了空气净化技术的绿色环保性。
水是一种比空气更易电离形成可游离的空气负离子的一种介质。瀑布、海浪能够通过自身分子以及与空气分子的碰撞与摩擦作用产生空气负离子，通过测试发现，雨雾环境下空气负离子浓度会大幅度提高，表明水介质更易电离分解形成空气负离子，植物负离子和其含水量密切相关。现有的研究资料也表明：由水微粒形成的水质负离子在空气中存在的时间是一般空气负离子的6倍，其覆盖的范围更大。水电离产生的氢氧基(OH-)负离子可以抑制及去除很多细菌、病毒和过敏源。因此水质负离子是一种易于通过离化产生的、能够清新、湿润、净化空气的优质空气负离子源。
在现有公开的资料报道中，生成“生态级”小粒径空气介质负离子的技术方法是利用纳米技术制造的一种电触媒材料—“纳子富勒烯”来实现的。此外目前本领域也曾有关于利用吸热冷却器降温凝聚空气中的水分并对其加以离化形成纳米水离子的空气净化技术的报道。与之不同的是，本发明所述的产生纳米水粒子的方法则是利用水生植物来实现的。
根据植物学知识可知，植物体内含有丰富的水，水生植物含水量相对最高，约为鲜重的90％左右。植物从其根部吸收水分，经过植物体内密布的毛细导管及筛管将水分传输到叶片，其中部分水分参与植物叶片细胞的光合与呼吸作用，在光合与呼吸作用中泄露出的氧气经过叶片气孔释出；而绝大部分水分会通过分布在植物茎叶上的气孔蒸腾释放到空气中。因此，本发明利用水生盆景植物，就会将花盆水通过分布在植物体内的水分输运导管分割为一系列竖起来的极细的水线并和植物茎叶上的气孔相连通，天然的构成了许许多多的极细的针状水离子发射极。
由植物学理论可知，植物体内的水汽通过气孔向外蒸腾扩散的速率要比水汽在自由水面上蒸腾扩散的速率大得多，因而逸出功相对小很多，即水离子更易从植物气孔这个“枪眼”释放与发射。
此外，根据CRT原理，本发明所述装置在植物周围设置了加速电极板。当发射极与加速电极板间具有负高压时，就会促使发射极释放负电荷并在加速电场的作用下负电荷向加速电极板飞去。由于本发明中的发射极并非一般CRT中发射电子的尖状金属灯丝(阴极)，而是已经负高压电离、位于植物水分输运导管内线状离子水，因此从植物各个气孔释放发射的负离子主要是水质负离子和水分在参与植物生理活动中衍生出的其它负离子。
负离子在飞向加速电极板的途中，使微尘带负电集聚附着于加速阳极板上，发射极与加速电极板之间空间几何区的空气得以净化，其外部的微尘会自发的依靠扩散效应不断的进入该区域，使整个密闭室内的空气得以净化。
与现有技术相比，本发明技术的有益效果是：
1.本发明中植物电刺激装置的激励信号为一种特殊的脉冲信号，其输出功耗仅有2.7瓦，产生的电刺激脉冲能维持植物的健康生长，电刺激装置工作无噪音、无耗材、可长期静音工作；
2.由于植物电刺激装置的负高压电极针插入到花盆中的水内并与空气隔离，电极针对水而非对空气产生直接电离，对空气的电离破坏度小，极大的降低了臭氧的产生，同时有助于改善环境空气的湿润度；
3.与本发明设计者之前研发的植物电刺激装置刺激土生盆景植物的技术相比，比对实验表明本发明的空气净化效率大幅提高，这是因为植物电刺激装置的电能更集中的作用于相对更易离化的水介质而非空气介质的缘故；
4.本发明利用水从水生盆景植物气孔更易蒸腾扩散的生物学效应与加速电极板使负离子获取动能的物理效应，有效地增强了植物空气负离子的释放与发射效应，消减了单电极针刺激下的植物介导的叶片尖端放电对空气的电离效应；
5.本发明装置中在水生盆景植物周围设置的加速电极板具有良好的集尘作用，消减了空气净化过程中的黑墙现象；
6.本发明装置中在水生盆景植物周围设置的加速电极板的另一个重要作用是其可屏蔽原有的(无加速电极板)植物叶尖放电产生的发散电场可能导致的电磁辐射污染，消除空间静电的产生。
附图说明
图1是本发明所述装置的结构示意图。
附图中各数字序号的名称分别是：1－外壳座，2－通风透气孔，3－加速电极板，4－水生盆景植物，5－花盆，6－植物电刺激装置，7－负高压电极针。
具体实施方式
本发明所述利用水生植物净化室内空气方法的技术方案是在室内设置一个由水生盆景植物(如荷花、富贵竹、睡莲、芦苇、金鱼藻、菖蒲、水葱等)、植物电刺激装置和加速电极板构成的净化室内空气的装置，将植物电刺激装置的负高压电极针插入植物盆水中，并使植物电刺激装置的零电位正极接至加速电极板，通过植物电刺激装置对水生盆景植物通电刺激，使植物空气负离子不断地从植物叶片气孔释出并飞向加速电极板，期间俘获空气中的微尘并使其聚集附着于加速电极板上，实现室内空气净化。
本发明所述的利用水生植物净化室内空气的装置如图1所示。它具有一个内装水生盆景植物4的花盆5的柱筒状外壳座1以及一个带负高压电极针7和零电位正极的植物电刺激装置6，在外壳座1的内侧面和顶面分别装有筒型和平板型的加速电极板3，在花盆5的侧壁和顶面上开有多个通风透气孔2；所述植物电刺激装置6的负高压电极针7插入花盆5的水中，植物电刺激装置6的零电位正极与加速电极板3连接。
实施效果测试：
测试1.利用植物电刺激装置分别刺激水生植物富贵竹和盆土植物吊兰，吊兰植物枝叶茂密。在室内建筑面积约达15m2的室内空间测试两者的除霾效果。用美国Dylos公司生产的DC1700质量空气监测仪测试室内空气质量的变化，测试时门窗关闭。选用水生盆景植物刺激时，在距其3米处测量，PM2.5经35分钟从背景环境值270ug/m3可降至5ug/m3左右，更换为刺激盆土植物吊兰，在距其3米处测量，PM2.5经1小时从背景环境值270ug/m3降至15ug/m3左右，在距其2米处测量降至10ug/m3左右。
测试2.在一个自制的小型透明可密封箱体中放置一ITC201A型空气离子测量仪测定箱体内空气负离子浓度的变化，利用抽气机使箱内的空气浓度降低，用上述的植物电刺激装置6和其它袖珍型负离子发生器在箱体内工作产生空气负离子，测量箱体内的空气负离子浓度并和其在箱体外工作时进行比较，空气负离子浓度大为降低，说明植物电刺激装置6和其它袖珍型负离子发生器在箱体内工作时产生的空气负离子浓度随箱体内空气密度及总量的降低而降低；当箱体内放置本发明装置工作时，空气负离子浓度极聚增高数千倍，说明此装置使空气负离子主要由水生植物释放而非依赖空气电离产生。
测试3.植物电刺激装置工作时用LB-C型便携式臭氧测量仪在水生植物周围进行臭氧检测，臭氧检测不出。
Claims (3)
1.一种利用水生植物净化室内空气的方法，其特征在于：在室内设置一个由水生盆景植物、植物电刺激装置和加速电极板构成的净化室内空气的装置，将植物电刺激装置的负高压电极针插入植物盆水中，并使植物电刺激装置的零电位正极接至加速电极板，通过植物电刺激装置对水生盆景植物通电刺激，使植物空气负离子不断地从植物叶片气孔释出并飞向加速电极板，期间俘获空气中的微尘并使其聚集附着于加速电极板上，实现室内空气净化。
2.一种利用水生植物净化室内空气的装置，其特征在于：具有一个内装水生盆景植物(4)的花盆(5)的柱筒状外壳座(1)以及一个带负高压电极针(7)和零电位正极的植物电刺激装置(6)，在外壳座(1)的内侧面和顶面分别装有筒型和平板型的加速电极板(3)，所述植物电刺激装置(6)的负高压电极针(7)插入花盆(5)的水中，植物电刺激装置(6)的零电位正极与加速电极板(3)连接。
3.根据权利要求1所述的利用水生植物净化室内空气的装置，其特征在于：在花盆(5)的侧壁和顶面上开有多个通风透气孔(2)。
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