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去去,臭味走! 空氣清淨機如何讓室內空氣更乾淨?

陳柏成 (Po Cheng Chen)
・2016/12/16 ・3209字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 570 ・九年級

你有聽過「病態建築物症候群」(Sick Building Syndrome)嗎?事實上,這是一個生活在現代你我,都可能會遇上的問題。

隨著當代社會變遷,如今有越來越多人的平日生活在室內度過,不論是工作或是許多休閒活動;而當我們身處於密閉的建築空間時,由於通氣量的不足,更容易使得污染物增加,進而導致空氣品質的惡化。這種因建築物內空氣污染導致人感到不適或身體出現異常症狀的狀況,在 1982 年被世界衛生組織(World Health Organization, WHO)定名為「病態建築物症候群」。

仔細想想,是否在我們平常環境中,曾不自覺出現類似的症狀呢?

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隨著現代社會變遷,病態建築物症候群更易出現在你我身上。圖 / @ epscoindia

面對這個問題,首先我們要先思考在平日生活環境中,可能帶有哪些影響空氣品質的污染物。一般來說,最常見的主要有四大類:分別為揮發性有機物粒狀污染物生物污染物及其他的氣狀污染物。而當我們面對不同的空氣污染物時,所需面對的解決方式也將有所不同。

當然,不管面對哪一種空氣污染物,首先最簡單、也最重要的方法便是找到污染源頭,並且將之移除。然而在很多情形下,縱使我們找到污染源,卻往往不見得能有效控制,於是就要依賴某些淨化技術,來幫助我們在平日生活環境中,例如辦公室,能享有較佳的空氣品質。而這時對於多數人來說,如何達到「抑菌」、「去味」這兩件事就十分重要了。那麼該如何達到呢?

疾疾,護法現身:抑菌之術

在「抑菌」的部分,其實就是意味著如何處理生物污染源。所謂的生物污染物,主要為微生物,例如某些真菌、病毒、細菌甚至寄生蟲等,以不同的形態存在於我們生活之中,對於某些人來說,也可能會因為這些微生物而產生過敏或是感染等問題,因此空氣中的生物污染物該如何淨化,是一項十分重要的議題。

那麼如何抑制生長,甚至滅除牠們呢?舉例來說,我們可以利用光觸媒(photocatalyst)技術來操作。這項技術除了能讓某些帶有異味或有害的氣體被分解為無害無臭的產物外,同時也能對某些空氣中的微生物外膜進行破壞。那麼光觸媒是怎麼殺掉牠們的呢?事實上,在光觸媒的處理過程裡,當半導體材料受到光的照射後會產生電子電洞對〔註 1〕,其中電洞與水分子會形成氫氧自由基,電子則是和氧分子構成氧離子,而自由基因為具有強大的氧化還原能力,因此才能夠達到部分殺菌的效果。

除了光觸媒,透過紫外線光技術也是一項辦法,因為紫外線的波長介於 10 mn ~ 400 nm,代表相對的能量及穿透力都較高,所以在它的照射下,容易破壞微生物的核糖核酸(RNA)、脫氧核糖核酸(DNA)等,所以便能影響空氣中微生物的存在比例。

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光觸媒(photocatalyst)示意圖。左邊為人造光觸媒簡示原理,右邊光合作用下的葉綠素也可視為天然的光觸媒。圖 / @ titanpe

止止,臭臭消:去味大法

而「去味」的部分,則是在於如何處理揮發性有機物,或是某些粒狀污染物

首先是粒狀污染物,通常我們能採用好幾種不同方式處理,例如負離子技術。這種技術主要不是用來除去空氣中的塵埃,而是藉由產生的帶電粒子,將它在空氣中所遇到的其他灰塵進行吸附,因此慢慢的,當凝聚的粒子越多,自然最後就會沈降下來,也就是降低飄浮在空氣中粒子的比例,而達到潔淨的效果。

除此之外,較常見的還有靜電集塵纖維過濾法。前者對於更細微的粒子較有效,原理主要為透過電場來捕獲帶電的粒子,而作法通常為將空氣中的微粒離子化(也就是讓它攜帶電荷),如此就能提高捕獲率;後者纖維過濾法簡單來說,即為過濾網。過濾網的處理方式就是透過各種交錯的纖維來阻擋粒狀污染物,而目前比較常見的為高效率濾網(High Efficiency Particle Arrest, HEPA),這種技術在達到淨化的目的上,又可再分擴散(Diffusion)、撞擊(Impaction)及攔截(Interception)三種原理。舉例來說,攔截的方式就會利用空氣中微粒與過濾網纖維之間的結合力而達到效果,而這種力則包含透過氣流流經纖維所產生的靜電、又或是依據分子間的凡得瓦力(van der Waals’ force)來作用。

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高效率濾網(High Efficiency Particle Arrest, HEPA)簡示圖。圖 / By LadyofHats, Public Domain, wikimedia commons

而在處理「揮發性有機物」方面,更是能夠有效達到去味的效果。通常這些來源可能包含工作環境中的印表機、文具,或是一些建築材料、油漆等所釋放出來。面對這些污染物,我們可以透過吸附(adsorption)原理解決,而活性碳(Active Carbon)就是一個不錯的幫手。

利用活性碳的吸附性質,我們又可以再將之初分為物理及化學兩種機制。物理機制的部分,其實就如同前述處理粒狀污染物時所利用的濾網概念類似,主要在於利用分子之間的凡得瓦力(van der Waals’ force),又或是靜電力,來達到捕捉空氣中氣體分子的效果。而化學機制的部分,則是想辦法與污染物進行反應,也就是說,透過一連串作用,將污染物進行催化、中和、或是氧化掉來使之變成無污染的狀態,這樣的好處在於通常反應快速,而且容易選擇要處理的污染物,也就是具備高選擇性。

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活性碳原貌。圖 / By Ravedave, CC BY 2.5, wikimedia commons

上述我們提到了好幾種空氣淨化方式,其實大部份仍還有它的局限性

以濾網來說,雖然它可以幫助我們降低空氣中的污染物,但當濾網所承載的灰塵量達到一定程度,那麼它就會失去原本的效用,而若長時間下來未進行更替,更有可能造成二次汙染;另外關於活性碳,前述提到,這種材質雖然可以達到「去味」的效果,然而假如選擇的是粒狀活性碳,那麼比表面積相對就會比其他活性碳來的小,因此飽和吸附量就會較低;又或是我們選擇纖維狀活性碳,雖然比表面績變大,但是相對價格也較貴。

也有另外一種不同於上述的新型有效的空氣進化技術:光水離子化(Photo-Hydro-Ionization, PHI),其原理為藉由特定波長的紫外線照射至金屬催化劑表面,使其產生正負電荷,並各自結合空氣中的分子(如負電荷與空氣臭氧結合形成O3,而位於金屬表面的水分子則形成帶正電的H2O+),帶正電的H2O+接著奪取臭氧中的氧原子,使之形成O2、H2O2+及H2O2,而這些物質便進而在空中飄散,最後消除空氣中的污染物。這個技術的細節原理,下一篇文章會有更詳細的介紹。

綜觀市面上的空氣清淨機,最常見的是「過濾網」,也就是藉由過濾空氣中的污染源來達到清淨的效果,但如前面所述,就是要常常更換,否則清潔效果將大打折扣,還可能造成二次汙染。此外,如果他有強調抑菌效果的話,很有可能是利用「光觸媒」或是「紫外線」等技術。當然除了淨化空氣還標榜除臭、抑菌等其他功能的空氣清淨機,自然價格也有可能會比較高。

從以上簡單例子我們可以理解到,其實青菜蘿蔔各有所好,沒有哪一種方法佔有絕對優勢,或是全然缺點,主要還是在於我們想達到什麼功效多一些,是「去味」,還是「抑菌」,願意承受的成本又落在哪個門檻,透過這些考量,就能幫助我們找到最適合的凈化方式。當然啦,除了添購一台適合的淨化機器,並多方汲取空氣淨化的知識及應用方法外,利用空閒時多出去走走,避免長期待在室內,也可助於我們在平日生活環境中,更有效的提升生活品質!

.註 1:電洞(Electron hole)指的是在共價鍵上流失一個電子,最後在共價鍵上留下空位的現象。

本文由 O.verna 委託,泛科學規劃執行

參考資料:


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今年夏天絕不能錯過——「搞笑諾貝爾獎世界展」首度登台!

鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2022/05/17 ・1966字 ・閱讀時間約 4 分鐘

你一定知道諾貝爾獎,但你知道世界上竟然還有搞笑諾貝爾獎(Ig Nobel Prize)嗎?搞笑諾貝爾獎是對諾貝爾獎的有趣模仿,甚至還會邀請真正的諾貝爾獎得主來參加!

搞笑諾貝爾獎由美國的科學雜誌《不可思議研究年報》的主編馬克·亞伯拉罕斯發起,每一屆都號稱「第一屆」,每次都會頒發十座獎盃給各領域中「無法被複製」或「荒唐到不應該再來一次」的研究者,頒獎要旨是希望讓大家能夠"先大笑,再思考"。臺灣也有多位學者共襄盛舉,並曾六度獲獎,臺灣立法院更曾拿下和平獎,其中原因竟然是因為他們以打架替代戰爭!典禮現場更是充滿歡笑,讓人佩服科學家怎麼一本搞笑做研究!

搞笑諾貝爾獎頒獎現場超搞怪!

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  • 甜便便小姐,得獎者只有 60 秒的時間能發表感言,只要一超時,年幼的「甜便便小姐」就會大叫:「請停下來吧!煩死人了!」直到得獎者下台。
  • 全場亂飛的紙飛機,頒獎典禮中會安排一名背著一個紅色靶心的人,讓台下觀眾將手中紙飛機射向台上的靶心。
2009 年的得獎者們。

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ㄎㄧㄤ到爆獎項搶先看

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曾有科學家發明出可迅速變身防毒口罩的胸罩,並成功獲得搞笑諾貝爾獎的公共衛生獎,其發明聽起來很荒謬,但背後原因是胸罩是會隨身穿戴的物品,能夠在緊急時刻變成防毒口罩保護他人,符合了搞笑諾貝爾獎頒獎要旨「先大笑,再思考」,另外還曾有一年的「獸醫學獎」頒給發現幫乳牛取名字,就能夠增加產乳量的專家學者!以及最經典的貓貓是液體嗎?也都存在於搞笑諾貝爾獎的得獎研究裡!

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  2. 野外遇到熊了怎麼辦?|穿上防熊裝,再也不怕!
  3. 動物也吃重口味!?|綠頭鴨也有戀屍癖!?
  4. 用「屁」交流!|看看鲱魚怎麼用放「屁」溝通!
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 圖/歷屆得獎者授獎畫面
圖/日本展出現場照

展覽資訊

  • 展覽名稱:搞笑諾貝爾獎世界展
  • 展覽日期:2022 年 6 月 25 日(六)至 2022 年 9 月 11 日(日)
  • 展覽地點:國立臺灣科學教育館 七樓南側特展區(臺北市士林區士商路 189 號)
  • 展覽時間:平日9:00-17:00/週末、國定假日、暑假 9:00-18:00
    (閉展前 30 分鐘停止售票及入場)
  • 休展日:6/27(一)、9/5(一)
  • 主辦單位:寬宏藝術經紀股份有限公司、三貝多股份有限公司
  • 企劃單位:株式会社ドリームスタジオ(Dream Studio Company)
  • 授權單位:IMPROBABLE RESEARCH, INC.

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