Current status and prospects of air purification and disinfection technology

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摘要：随着人民生活水平的不断提高，创造仅仅具有适宜温度、湿度的舒适性空气环境已不能满足人们生活的需要，健康清洁的空气质量开始成为大众关注的热点。近年来，新型冠状病毒肆虐全球，气溶胶传播作为感染途径之一理应得到足够的重视。空气净化消毒技术对于防止细菌、病毒等病原体的扩散传播具有切实重要的意义。本文主要对多种物理类及化学类空气净化消毒技术进行详细的归纳介绍，分析这些技术在研究及应用中存在的问题，总结未来理想的空气净化消毒技术应当具备的特点。

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    

空气作为人类赖以生存的物质，通常带有细菌、病毒、真菌等病原体。这些病原体不但危害人类身体健康，也会使食物腐烂、水质变差、空气环境受到污染[1]。空气中的病原体通常以固体微粒或液体微粒为载体，附着其上以气溶胶的形式扩散传播[2]。新冠病毒肺炎作为近年来最大的疫情灾害，已导致大量人口死亡。而气溶胶传播作为感染途径的一种，应当引起人们足够的重视。空气净化消毒技术可以通过多种方式消灭病原体，减小人员密集区传播感染的风险。在疫情期间，这些技术被广泛运用于空气净化器、空气消毒机及空调设备中，为疫源地和防控区的紧急抗疫做出了不可磨灭的贡献[3-4]。本文主要对多种物理类、化学类空气净化消毒技术进行详细的归纳介绍，并指出这些技术在研究及应用中存在的问题，最后对未来理想的空气净化消毒技术应当具备的特点进行展望。

1 物理净化消毒技术

物理空气净化消毒技术主要通过物理消毒因子如机械拦截、静电吸附、电离、光波辐射、加热等方法对空气进行杀菌消毒。常用的物理消毒技术主要包括过滤、静电除尘、紫外线等技术。

1.1 过滤技术

过滤技术是将带有污染物的空气通过一定孔径的滤料，以物理截留的方式将污染物阻隔在滤料表面或孔隙中。空气过滤器根据不同的过滤效率可以细分为粗效过滤器、中效过滤器、高中效过滤器、亚高效过滤器、高效过滤器及超高效过滤器。高效空气过滤器(high efficiency particulate air filter，HEPA)是国际公认的高效滤材，其在空调、医疗设备及交通工具的空气净化中均有广泛使用，其对粒径≥0.3 μ m的颗粒净化效率高达99.97%[5]。超高效空气过滤器(ultra low penetration air filter，ULPA)的过滤效率更高，对0.1~0.2 μ m的颗粒过滤效率高达99.999%以上[6]。HEPA及ULPA不仅对颗粒污染物具有显著的净化效果，而且对于大部分细菌病毒也有一定的滤除作用。李巧红[7]将搭载HEPA的净化风扇放在居室中进行去除室内空气中真菌的实验，在开启净化风扇45 min后，真菌浓度从53 000 CFU/m3降至620 CFU/m3, 表明HEPA有滤除空气中真菌的能力。Saito等[8]针对医护人员容易被新冠患者口中呼出的病毒气溶胶感染的风险，开发了一种定向高流量吸力且带有ULPA的气溶胶提取器，通过人体模型实验，发现该提取器可以有效吸收从人体模型口部喷出的气溶胶颗粒，最大限度地降低了医护人员在进行患者呼吸道管理期间感染病毒的风险。

然而，过滤技术作为一种最基本的空气净化消毒技术只能将微粒及附着在微粒上的病原体拦截，并不具备杀灭微生物的能力。滤网使用时间久后容易滋生细菌，产生二次污染，因此需要定期更换[9]。对主要用于滤除微生物的滤网污染会更加严重，需要用化学试剂清洗。且滤网的滤除效率越高，孔隙越密，通风阻力也越大，增加了通风设备的能耗[10]。

1.2 静电除尘技术

静电除尘技术利用电极的高压放电使空气中的颗粒物带电并在集尘区被收集来达到高效除尘的目的，也因此处理了附着在微粒上的微生物。关于静电除尘如何起到杀菌的作用有许多不同的解释，包括臭氧效应、羟基自由基效应、等离子体灭菌、电穿孔原理、电介质击穿、跨膜电位击穿细胞膜、正离子浸润等[11]。大部分文献中引用的是正离子浸润的原理，即静电除尘装置的电离区产生高浓度的正离子，空气中的细菌由于带负电会被大量正离子包围，迅速达到电量饱和后在浸润作用下发生电解，释放能量。由于能量的极速释放使细菌的细胞壁受到严重破坏，大量正离子穿透细胞壁，渗入细菌细胞内部，破坏细胞膜及内部电解质使细菌死亡。胡燕燕[12]将安装在某空调系统中的静电除尘空气净化器放入模拟室中，测试其对室内细菌的净化率，结果表明空气经过6次过滤后对细菌的净化率达到了78.11%, 说明静电除尘对空气中的细菌有良好的净化效果。

静电除尘技术通过在电极丝上加高压电产生不均匀电场使微粒荷电，但通常电晕范围较小，不适合用于大面积的空气净化消毒。且长时间使用后，电极丝上黏附的灰尘会使不均匀电场减弱，导致微粒的荷电率下降，不利于集尘区的捕集。由于电极丝的高压放电，运行过程中还会产生臭氧危害人体健康，所以通常需要配合臭氧分解或吸附装置使用，或者进一步利用臭氧的强氧化性强化空气净化消毒的效果[13]。高压静电除尘和耦合催化技术(electronic static precipitator coupled catalyst，ESPCC)中利用放电极产生的臭氧对经过集成板的空气进行强化消毒，同时利用多余的臭氧激活催化板，还可以降解空气中的甲醛、甲苯等有害气体。张峻等[14]测试了一台搭载有ESPCC净化模块的空气净化器对白色葡萄球菌(Staphylococcus albus, S. albus)、自然菌及甲型流感病毒(Influenza A virus，H1N1)的杀灭效果。结果显示，空气净化器开启1 h后，对20 m3试验舱中S. albus的杀灭率为99.94%~99.96%，对75 m3密闭房间中自然菌的杀灭率为92.18%，对30 m3试验舱中H1N1的杀灭率为99.96%，表现出广谱高效的空气杀菌消毒效果。然而由于风机盘管型号及结构多样，且吊顶高度和安装空间也各不相同，因此存在安装困难或无法安装的情况，须进一步研究通用且经济的模块结构或安装方法。兰贵天等[15]提出静电除尘技术可以和加热消毒法联合运用，在静电集尘板内部嵌入电热丝，集中加热去除被吸附的微生物颗粒，以此提高集尘板表面残留微生物的杀灭率，防止产生二次污染的同时减小人员在检修过程中被病原体气溶胶感染的风险。

1.3 紫外线技术

紫外线在气相、液相和物体表面消毒中得到广泛的应用。国际照明委员会按照不同的波长区间将紫外线分为长波紫外线(UV-A, 315~400 nm)、中波紫外线(UV-B, 280~315 nm)、短波紫外线(UV-C, 200~280 nm)及真空紫外线(VUV, 100~200 nm)。其中，波长在250~280 nm范围的UV-C被称为灭活UV-C，具有杀菌消毒的功效[16]。当细菌或病毒受到紫外线照射时，其内部的DNA或RNA吸收光子能量，诱导形成胸腺嘧啶二聚体，导致复制能力丧失、遗传物质丢失、生长性或再生性细胞死亡[17]。Inagaki等[18]用波长280 nm的UV-LED灯照射新冠病毒(corona virus disease 2019，COVID-19)研究灭活效果，结果表明COVID-19在照射10 s后感染滴度下降了99.9%。不同的微生物对紫外线的敏感度不同，且随着环境温湿度的变化而变化。通常细菌和病毒对紫外线的敏感度比真菌要高，三者都须接受一定的紫外线辐射剂量才能灭活[19]。在通风空调系统中，紫外线灯管通常安装在空气处理机组或风道中以净化系统内表面及流经的空气。紫外线消毒需要适宜的温度，且湿度和含尘量不宜过高。刘明等[20]认为紫外线消毒技术与空气过滤技术配合使用能够更好地发挥对空气的消毒作用。空气过滤器可以滤除对紫外线消毒起负面作用的尘埃和对紫外线不敏感的真菌孢子，使病毒、细菌等敏感微生物接收更多的辐射剂量以达到更好的杀菌消毒效果。循环风紫外线空气消毒机就是由高强度紫外线灯和空气过滤装置组成的，其在手术室、病房这类空气含菌浓度高的场所有着广泛的应用，相比于化学喷雾消毒与单纯的紫外线照射消毒，循环风紫外线空气消毒可以实现动态消毒，并且经济高效又便捷[21-22]。相比于表面消毒，空气消毒需要更多的紫外线辐射剂量，因此在保证辐射区域足够大的同时要使空气以较慢的速度流过辐射区。

然而过量的紫外线辐射对人体有害，会损伤皮肤黏膜及眼球，使人体免疫机能下降，同时还会产生一定浓度的臭氧，刺激人体呼吸道。因此紫外线不能暴露在有人活动的空间中，这也限制了其适用范围[23]。有研究表明，远紫外线(200~230 nm)对人体友好，且能够同时作用于细菌病毒的核酸及蛋白质，有很强的杀菌消毒功效，在臭氧浓度得到有效控制的条件下可以实现人机共存。不过尚有一些学术争论点，有待更深入的研究，在替代传统汞灯源灭菌紫外灯方面有着广阔的前景[24-25]。

2 化学净化消毒技术

化学空气净化消毒技术主要通过化学消毒因子对空气进行杀菌消毒。利用各种发生器或化学反应生成强氧化性的分子及自由基与病原体组成物质发生一系列链式反应进而发挥对空气的消毒作用。常用的化学消毒技术主要包括臭氧、光催化、纳米水离子、化学消毒剂等技术。其中纳米水离子技术是近几年新兴的一种空气净化消毒技术，拥有广阔的发展空间和使用前景。

2.1 臭氧技术

臭氧是一种强氧化性的淡蓝色气体，于1840年由科学家舒贝因发现。其具有绿色高效、广谱彻底的杀菌消毒性能。臭氧最初被应用于水消毒处理，随着技术的革新发展，逐步在空气净化、医疗、食品安全等领域得到应用[26]。在实际应用中多采用臭氧发生器或臭氧消毒机产生臭氧对空气进行消毒处理。臭氧可以直接攻击微生物，使微生物中的蛋白质、氨基酸、核酸等物质被氧化而发生变性，致使微生物失活；也可以在相对湿度较高的条件下与空气中的水分子发生反应生成羟基自由基，氧化消杀细菌病毒，增强消毒效果[27]。诸多研究证实了较高的空气相对湿度有利于提升臭氧的空气杀菌消毒效果，一些学者认为细菌细胞在高湿度下吸水导致细胞膜变薄从而使臭氧分子更容易侵入细胞内部使细菌破裂死亡。也有学者认为细菌芽孢在高湿度环境下表面聚集的水分加快了臭氧与芽孢内部物质的反应，从而使杀菌效率得到提高[28-30]。房小健[31]认为，空气高湿度环境下臭氧杀菌消毒效率提高的根本原因是空气中的水蒸气与臭氧反应生成了氧化性更强的羟基自由基，即臭氧消毒技术的间接作用强化了消毒性能。然而相对湿度的增加可能使部分臭氧溶解于水中，降低臭氧浓度，进而使空气消毒效果下降。Huang等[32]研究了相对湿度对臭氧灭活空气中大肠杆菌(Escherichia coli，E. coli)效率的影响，结果表明臭氧在70%相对湿度下对大肠杆菌的灭活率相较于在50%相对湿度下有所降低，可能是臭氧在高湿度下发生了部分溶解所致。郑霞[33]在相关研究中也提出空气相对湿度过高或过低均不利于臭氧消毒作用的发挥。臭氧在空气中不稳定，容易裂解为氧气分子与氧原子，因此消毒无残留；且臭氧发生后会迅速扩散到整个消毒空间，可实现无死角消毒[34]。徐燕等[35]测试了臭氧在20 m3气雾室内的衰减速度，结果表明开启臭氧消毒机60 min后臭氧平均浓度达到18.82 mg/m3, 开窗通风30 min后，臭氧平均浓度衰减至小于0.02 mg/m3，说明臭氧消毒后残余的臭氧会很快衰减至安全浓度范围。又在无人条件下测试了臭氧消毒机对20 m3气雾室内S. albus及40 m3房间中自然菌的杀灭效果，结果表明60 min后对气雾室内S. albus的杀灭率达到99.9%~100%，对房间中自然菌的杀灭率达到90%以上，表现出良好的杀菌性能。

表 1 不同微生物减少99%所需臭氧浓度及暴露时长[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

然而实际应用中多采用高浓度臭氧对空气进行静态方式的杀菌消毒。高浓度的臭氧不仅对人体和环境有害，还会对建材及生活用品产生腐蚀，因此只能在无人的环境下使用且消毒时间较长，限制了其使用范围。此外，静态的空气消毒方式很难使室内病原体气溶胶的浓度长时间保持在安全阈值，一旦人员开始在室内流动，病原体的浓度便会迅速上升，对人体重新构成威胁。我国推行的《室内空气质量标准》(GB/T 18883-2022)及《环境空气质量标准》(GB 3095-2012)中规定臭氧二级浓度限值为0.16 mg/m3[39-40], 《家用和类似用途电器的抗菌、除菌、净化功能空调器的特殊要求》(GB-21551.6-2010)中规定具有抗菌净化功能的空调器本身产生的臭氧在出风口5 cm处的浓度不能超过0.1 mg/m3[41]。如果能使臭氧浓度保持在安全范围内，同时又具备杀菌消毒的功效，则可以实现人机共存的动态空气消毒方式。深圳清华大学研究院研究表明臭氧在安全浓度范围内仍具有较强的杀菌性能，其研制的一套中央空调臭氧空气净化系统已在国家奥林匹克体育中心运行多年，期间运行效果良好，工作状态平稳[42]。

2.2 光催化技术

光催化消毒技术是自20世纪70年代随着纳米科技的发展而逐步兴起的一项新型净化消毒技术。1998年日本科学家Fujishima带领的研究团队发现，在陶瓷、玻璃表面附着上一层TiO2透明薄膜，在光照条件下可以起到杀菌消毒、除臭及自清洁的效果，自此，国内外广大研究者开始研究光催化剂薄膜功能材料[43]。由于纳米尺度的光催化剂具有表面与界面效应、小量子尺寸及量子尺寸效应，其对病毒的亲和力与相互作用更强、更有利于光生电子-空穴对的分离且大比表面积使光吸收力得到提高，因此光催化净化消毒技术主要采用纳米级的光催化剂对室内空气进行光催化处理[44]。光催化杀菌消毒是细菌、病毒与光催化剂表面发生的一系列复杂的相互作用：病原体被吸附至光催化剂表面，在紫外线与光催化产生的活性物质双重作用下被消灭。光催化不仅可以杀死病原体，还可以降解病原体释放出的内部毒素，因此杀菌彻底，不产生二次污染[45]。朱子犁等[46]测试了一台光催化空气消毒器对20 m3气雾室内S. albus的杀灭率及70 m3密闭无人环境下对室内空气中自然菌的杀灭率，试验结果表明消毒器开启60 min和120 min后对气雾室内S. albus的杀灭率分别为99.95%及100%，开启120 min后对空气中自然菌的杀灭率为97.54%。说明该光催化空气消毒器对空气中的细菌具有良好的杀灭效果，且实验证明该消毒器的臭氧泄漏量及紫外线泄漏量均为0，可以实现动态空气消毒。闫妍等[47]构建了一种等离子体协同Ag/TiO2纳米光催化剂的空气净化消毒装置，并在试验舱内检测其对微生物和颗粒物的净化效果。结果表明该装置开启45 min后对试验舱中S. albus的消灭率达到99.9%以上，开启60 min后对舱内自然菌和H1N1的消灭率分别达到90%以上及99.9%以上，试验舱中颗粒物浓度达到了万级洁净室级别且运行期间无臭氧泄露，表明这种耦合技术对空气中的微生物气溶胶具备较高的杀菌消毒效果。

图 1 光催化空气消毒原理Fig. 1 Photocatalytic air disinfection principle diagram

然而，光催化更适用于处理低浓度的污染物，对高浓度污染物的净化效率较低[48]。且一般的光催化剂产生光催化作用需要配备紫外灯，装置较为复杂，需要一定的能耗，且容易产生臭氧危害人体健康。此外，光催化剂的吸附能力较差，很难确保和污染物或病原体的有效接触，因而也限制了其使用范围[49]。冯国会等[50]为了提高TiO2光催化剂净化空气中自然菌的效果，将TiO2负载至活性炭纤维，通过活性炭纤维良好的吸附能力强化自然菌的光催化净化效果，研究发现在20W的紫外灯照射下，120 min后自然菌的净化率达到了84.29%。

2.3 纳米水离子技术

纳米水离子技术是由日本松下电器研发的一项空气净化消毒技术，近几年被引入国内并逐步应用于各种空调产品[51]。该技术利过帕尔贴效应在尖端电极上形成凝结水，而后通过高压放电使凝结水雾化，并逐步分裂形成纳米级水离子。纳米水离子中包含了大量的活性负离子及羟基自由基。羟基自由基与空气中的微生物发生反应碰撞从而分解微生物，也可以作用于悬浮颗粒物表面，清除颗粒物表面的细菌、病毒。生成的纳米水离子不仅具备杀菌消毒的功效，对空气中的微小颗粒物也具有凝并、沉降作用，能够避免微小颗粒作为微生物载体进行传播[52]。纳米水离子技术在对空气净化的同时还可以起到调节室内湿度的作用。

使用该技术净化空气具有以下优势。

① 羟基自由基具有强氧化性，在纳米水离子包围下其寿命得到延长，可主动扩散至空气中进行净化消毒，作用范围广，杀菌效果持久。

② 纳米水离子的酸碱度对人体皮肤温和、无刺激，使用安全。

③ 纳米级水雾对空气中的悬浮颗粒物具有降尘除尘的作用。

图 2 纳米水离子生成原理Fig. 2 Principle diagram of nano water ion generation

然而该技术因为设备较为复杂，一般应用于高端机。且通过高压放电生成纳米水离子，需要合理控制放电电压，避免生成高浓度臭氧危害人体健康，张凌[53]等通过研究纳米水离子发生装置在不同放电电压下的臭氧浓度，得出在两极垂直间距为5 mm, 极板孔径为6 mm的条件下，要使臭氧浓度不超过规定限值0.107 mg/m3，放电电压需控制在6 kV及以下。此外生成纳米水离子的前提是要在放电电极上形成凝结水，这就对环境空气的温湿度有较高的要求，若环境空气干燥，则凝结水量会减少，不利于纳米水离子的生成，进而影响空气净化消毒效果。可以考虑添加自动补水装置，促进纳米水离子的持续生成，从而提高该技术的消毒实用性及持续性。赵培静等[54]研究了纳米水离子在1 m3试验舱内对2种包膜病毒(甲型流感病毒H3N2、人普通冠状病毒HCoV-229E)及非包膜病毒(鼻病毒HRV16、肠道病毒EV71)的杀灭率，试验结果表明纳米水离子作用2 h后对包膜病毒的杀灭率均在99%以上，对非包膜病毒的杀灭率均在95%以上，表现出对不同病毒良好的杀灭效果。然而该试验舱体积较小，无法真实模拟室内大空间下的空气环境，且纳米水离子发生装置单独运行，没有搭载至空气处理设备中进行实际应用效果的考量。纳米水离子技术作为一种初开发的空气净化消毒技术，在对细菌病毒杀灭效果上的科学实验数据还有所欠缺，其实际消毒效果有待在更多试验中进行考证。

2.4 化学消毒剂技术

化学消毒剂技术包括过氧乙酸熏蒸及喷雾法、汽化过氧化氢及过氧化氢干雾法、二氧化氯气体及雾化法等。由于操作简便、经济廉价、杀菌效果好等优点，化学消毒剂被广泛应用于医疗机构等病原体浓度高的场所进行全面空气消毒，主要的消毒方式有熏蒸、喷雾、汽化、气体发生法等。

2.4.1 过氧乙酸熏蒸及喷雾法

过氧乙酸是一种酸性强氧化性消毒剂，因其消毒效率高且无残留，在医疗机构中应用较多。过氧乙酸的杀菌消毒机制包括利用其强氧化性氧化破坏菌体细胞的细胞壁及细胞膜，使细胞通透性发生改变进而影响内外物质交换平衡，消灭病原体；过氧乙酸分子进入菌体内与酶系统直接作用，破坏细菌代谢及生长繁殖过程；过氧乙酸的强酸性使菌体细胞内pH发生变化，破坏细菌正常代谢或直接损伤细菌。过氧乙酸可在数秒内杀灭一般的细菌繁殖体及病毒，在数分钟内杀灭细菌芽孢，使用方便且环保。过氧乙酸熏蒸法是指用电磁炉等加热装置对过氧乙酸水溶液进行加热，使其汽化至空气中进行杀菌消毒。过氧乙酸喷雾法是指采用微粒子气溶胶喷雾器，使消毒剂溶液雾化成50 μ m以下的微小粒子悬浮于空气中，与空气中的微生物颗粒充分接触反应进而消灭空气中的病原体。谭金煜等[55]分别测试了过氧化氢气溶胶喷雾法与过氧化氢气体熏蒸法对20个病房中细菌的杀灭率，试验结果表明，两种方法作用30 min均可使病房中的细菌浓度达到合格标准，但建议优先选用气溶胶喷雾法，因为操作简单且效率高，而气体熏蒸法费时费量且刺激性强。过氧乙酸具有一定的副作用，对人体眼睛及皮肤具有刺激性，对金属具有腐蚀性，对纺织品具有氧化漂白的作用，使用时需要做好人体及设备的安全防护措施，同时其化学性质不够稳定，极易分解，通常需要现配现用。

2.4.2 汽化过氧化氢及过氧化氢干雾法

过氧化氢是一种天然存在的化学物质，在空气和水中广泛存在。其主要通过分解出氧化能力极强的氧原子对空气中的病原体进行氧化杀灭，具有快速高效、毒性弱的优点，且杀灭病原体后的分解产物为无毒无害、无刺激的水和氧气，因此不会形成二次污染。研究人员发现气态过氧化氢的杀菌消毒能力是液态过氧化氢的200倍以上，由此出现了两种不同的利用过氧化氢气体的灭菌技术，即汽化过氧化氢灭菌技术与过氧化氢干雾灭菌技术[56]。汽化过氧化氢灭菌技术主要通过闪蒸技术将高浓度的过氧化氢溶液滴加到加热的光滑金属表面，使其瞬间汽化成2~6 μ m的微粒，再喷射到环境中进行杀菌消毒。苏裕心等[57]对一种汽化过氧化氢消毒装置的空气消毒性能进行了测试，测试结果表明在28 m3试验舱内，0.5 mL/m3用量的过氧化氢溶液作用20 min对空气中S. albus的杀灭率达到99.9%，在90 m3房间内1.0 mL/m3用量的过氧化氢溶液作用60 min对空气中自然菌的杀灭率达到90.0%以上。过氧化氢干雾灭菌技术即通过电动喷雾技术或压缩空气喷雾技术将消毒剂雾化成10 μ m以下的小颗粒，而后在空气中迅速挥发水分形成所谓的干雾。干雾在空气中做布朗运动，不易沉降或聚合形成大液滴，也不会湿润物体表面造成腐蚀，且扩散性好，杀菌消毒无死角。研究结果表明干雾粒径越小，在空气中的悬浮时间越长，越容易与空气中的病原体充分接触反应达到杀菌消毒的目的。王美珠等[58]测试了一种过氧化氢干雾消毒设备对医院ICU的空气消毒效果，测试结果表明雾化量为5 mL/m3的过氧化氢消毒液持续雾化2 h，并保持作用1 h，消毒后的空气质量合格率达到100%。且消毒后各设备均运行正常，表明过氧化氢干雾不会对室内设备造成强烈的腐蚀损坏。因此在使用过氧化氢消毒剂进行空气消毒时建议使用干雾法，该法对设备的腐蚀性小，且干雾悬浮扩散性好，杀菌消毒高效无死角。然而过氧化氢对人体皮肤具有刺激性，消毒人员在使用期间需要做好安全防护措施。

2.4.3 二氧化氯气体及雾化法

二氧化氯是一种广谱高效的强氧化性杀菌消毒剂，其杀菌机制包括使菌体内的氨基酸、酶等生物分子失活；破坏细菌细胞壁及细胞膜，改变细胞通透性；抑制细菌蛋白质的合成；破坏菌体内的蛋白酶系统；直接作用于细菌DNA分子，使DNA结构形态改变，破坏细菌基因组的正常转录、翻译及表达，最终使细菌死亡。二氧化氯对病毒的灭活机制包括破坏病毒蛋白衣壳、降解RNA片段及抑制RNA分子合成[59]。二氧化氯应用于空气消毒的形式主要包括气体法和雾化法。

气体法主要通过二氧化氯气体发生器生成气态二氧化氯，扩散至空气中进行杀菌消毒，雾化法则通过雾化装置将二氧化氯消毒液雾化，喷洒至空间中进行空气杀菌消毒。贾海泉等[60]研究了气体二氧化氯在不同消毒参数及试验条件下对空气的消毒效果，试验结果表明灭菌率与气体二氧化氯的浓度及作用时间呈正相关，300 mg/L的二氧化氯气体作用4 h可完全杀灭空气中的细菌芽孢。最佳相对湿度为75%，因为随着相对湿度的提高，灭菌率有所上升，但二氧化氯容易在光滑表面结露，进而对室内物品造成腐蚀。姚宏武等[61]测试了一种便携式二氧化氯雾化消毒机的杀菌性能, 测试结果表明浓度为200 mg/L的二氧化氯消毒液，在20 m3气雾室内开机雾化消毒30 min，对S. albus的杀灭率>99.0%，在54 m3试验场所中，开机消毒60 min，对空气中自然菌的消除率>90.0%。赵紫华等[62]用100 mg/L的二氧化氯溶液分别以气体、普通喷雾、气溶胶喷雾的形式对密闭舱内的S. albus及室内空气中的自然菌进行消毒净化，试验结果表明3种消毒方式在一定条件下均能达到消毒技术规范的要求，但在消毒剂用量减小，密闭空间对外开放的条件下，气溶胶喷雾法的灭菌率更高，抑菌时间更长。二氧化氯液体消毒剂在空气消毒后容易残留，而气体二氧化氯具有扩散性好、穿透性强、无残留等优点，可短时间内扩散空间进行无死角高效消毒。然而空气湿度过高会使气体二氧化氯部分溶解，易对室内物品造成腐蚀，同时空气中二氧化氯浓度过高容易发生爆炸，而液体溶液相对更加安全，因此，需根据实际使用需求选择合适的二氧化氯消毒方式。

3 结论与展望

相较于物体表面消毒及水体消毒，空气的流动性更强，且人体时刻暴露在大气环境中，空气中的病原体与人体器官特别是呼吸道系统的接触概率更高，更容易扩散传播导致细菌病毒感染。同时，空气中包含的污染物种类繁多，病原体可以附着在多种污染物载体之上，存在形式多样，杀灭难度更高。无论是物理类还是化学类空气净化消毒技术，都存在各自的优缺点及局限性。

过滤技术可以滤除带有病原体的微粒，但无法彻底消灭病原体，一旦滤网表面温湿度适宜，容易滋生细菌，产生二次污染。可以考虑在滤网表面添加杀菌消毒物质，如银离子、生物酶等，起到原位消杀的作用。针对安装在空气处理设备中通风阻力大的问题，可以考虑采用驻极体滤网，减小通风阻力，同时也可以杀灭捕获的细菌。

静电除尘装置与多种技术联用可以在降低产生臭氧浓度的同时强化空气净化消毒效果。后续可以针对电极丝在长时间使用后荷电率下降的问题进行深入研究，如优化电极丝结构，使用新的电极材料等。

紫外线消毒技术高效便捷，但容易辐射人体且产生臭氧，远紫外线消毒技术有待更加深入的研究，以确定其在代替传统紫外灯方面的潜力。同时可以深入探讨多波长紫外线协同照射空气消毒的性能，以期在强化空气消毒效果的同时，减小对人体的辐射及臭氧浓度，并使紫外线消毒技术能够很好地适应环境温湿度的变化。

利用臭氧进行空气消毒具有快速扩散、消毒无残留的优点，在合适的相对湿度下，能够强化臭氧的消毒效果。然而高浓度的臭氧对人体有害，后续可以深入研究臭氧在安全浓度范围内对不同病原体的杀菌消毒效果，以期在实现低浓度臭氧空气消毒的同时，减小物资成本。

光催化技术绿色安全，消毒无残留，但空气中污染物种类繁多，容易黏附在光催化剂表面造成光催化剂失活进而削弱其空气消毒效果。目前大部分光催化空气净化消毒设备还依赖于紫外灯激发光催化板，设备较为复杂且成本较高，同时光催化剂对病原体的吸附能力较差，如何保证空气完全通过光催化剂表面从而高效捕获病原体是一个值得深入研究的方向。后续可以考虑开发新型的光催化剂，使其在可以利用可见光的同时增强与病毒之间的附着力，或者将催化剂附着在多孔吸附材料上，使吸附与光催化空气消毒协同作用。针对空气中污染物容易使光催化剂失活的问题，可以考虑将光催化技术与其他空气净化技术联用，在提高空气消毒效果的同时，延长催化剂的使用寿命。

纳米水离子技术作为一种新兴的空气消毒技术，还有待更多消毒试验的考证，针对其高压放电产生臭氧的问题，可以考虑优化电极材料或电极结构，设计完备的放电电压控制系统，减小或避免臭氧生成。在纳米水离子空气净化消毒设备中添加自动补水装置可以减小空气湿度对其消毒性能的制约，二者之间的有效控制配合值得深入研究。

对于各种化学消毒剂技术，选择合适的消毒方式很重要，例如过氧乙酸和二氧化氯利用气溶胶喷雾的方式消毒效果更好，而气体熏蒸法容易在环境高湿度下对室内设备造成腐蚀，且二氧化氯高浓度下存在易燃易爆的风险。在使用刺激性化学消毒剂如过氧化氢、过氧乙酸时消毒人员需做好安全防护措施，较为不便，后续可以普及多类型的化学消毒剂空气消毒机，同时搭配AI技术实现人工智能空气消毒，实时监控室内环境，减小人力物资成本。

针对以上各种技术存在的优缺点、局限性及提出的相应解决方案，笔者认为未来理想的空气净化消毒技术应当具备以下特点。

① 多种空气消毒技术协同作用，具备高效、广谱、持久的杀菌消毒能力。

② 空气消毒后不产生有毒有害的副产物，对人体及环境安全，可实现动态消毒。

③ 结构简单，方便安装于不同的空气净化设备及空调系统。

④ 具备较高的环境适应性，能适应季节及环境温湿度的变化，保证在不同环境下的空气消毒效果达到标准。

⑤ 具备自动识别及响应控制性能，能够探测到空气中病原体的浓度、环境温湿度及消毒剂的量，做到智能启停消毒设备及增补消毒剂。

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