家用冰箱除异味方法的分析研究

中国家用电器研究院 张亚兵 赵金丹 徐正翱 张庆玲 姚艳春 王辰

一、引言

随着生活水平的提高，人们对于家电产品的性能要求也越来越高。电冰箱作为现代家庭必不可少的电器，为了满足广大用户的需求体验，功能也越来越多。但在使用过程中电冰箱内部会产生难闻的气味，造成食物间的相互污染，使得保鲜能力下降，同时造成用户的体验差。企业和用户从不同的途径来分析和解决这个难题，去除冰箱异味，达到净化的效果。

二、除异味净化技术分析

2.1

活性炭技术

活性炭是利用木炭、木屑、果壳及优质煤等作为原料，首先经过高温碳化，再通过物理和化学等方法，活化、酸化和漂洗等一系列工艺制成孔隙结构发达的多孔物质，其比表面积一般在500~1700m2/g之间。孔隙结构类似于一个强大的吸附力场，当气体污染物接触到这些孔隙结构时，气体分子会被活性炭的孔隙结构捕捉，吸附在孔内。随着气体分子碰撞增多逐渐把气体分子推移到活性炭的空隙深处，直到孔隙被气体分子填满。

活性炭吸附主要依赖于巨大的比表面积，精细的多孔表面结构，吸附金属离子、有害气体、有机物和色素等，适用于工业废气处理过程中的脱味和除臭。活性炭作为一种常用的吸附剂，其性能稳定，抗腐蚀，疏水性优良，具有非极性表面，可以吸附回收有机物质及含硫的气体。其主要原理为：活性炭具有较大的孔隙，能够提供吸附空间，吸附能力较强； 另外， 活性炭促进含硫物质如（H2S）氧化反应发生能力较强，发生氧化作用生成90%以上的H2SO4和S。

活性炭技术的吸附量小，吸附时存在气体单一，对于多种混合气体吸附存在一定的限制；如果吸附气体的直径与活性炭孔径不合适，可能会出现再次脱附的现象[1]。活性炭存在吸附饱和的问题，当活性炭内部吸附达到饱和时，可能会产生二次污染，再次释放出有害气体。所以使用活性炭除异味时，需要考虑活性炭的使用寿命，及时更换，成本较高。

2.2

银离子净化技术

银离子净化主要是通过银离子杀死细菌，防止食物腐败，产生异味。利用银离子杀菌技术，在冰箱内壁添加涂银镀层，可有效地防止微生物的积累和异味的产生，从而实现杀菌除味的效果。据了解，松下光动银技术，是在冰箱冷藏室的顶部安置了先进的光动银抑菌除臭装置，通过蓝光对银离子的催化作用有效抑菌。光动银装置内还配备了专用风扇，能排除异味。在光动银装置里配备了专用风扇，使冷气流动起来，在通过低温活性触媒除臭装置时，可有效吸附并分解异味分子，使冷藏室内空气得以循环净化。但是银作为有毒重金属，存在一定的生物安全性，是否会在食物表面产生一定的残留，需要综合考虑净化效果和浓度之间的关系。

2.3

臭氧净化技术

臭氧是一种强氧化剂，O3-O2蒸气的还原电位在酸性介质中为-2.07V，在碱性介质中为-1.24V。臭氧能氧化许多有机物，极易与-SH，=S，-NH2，-NH，-OH和-CHO等发生反应[2]。二十世纪末，臭氧应用技术快速发展，应用领域也不断扩大。在家电行业，臭氧技术产品也开始用于除菌和除异味方面。研究[3]表明臭氧与无机物发生反应时一般是释放出一个活泼的氧原子使无机物氧化，同时生成一个氧分子，有些物质如硫化物还可连续被氧化。

臭氧与氨气、硫化氢、硫醇等臭味气体进行反应，除味除臭能力很强，因此可以用于去除冰箱的异味，将冰箱中的有机臭味氧化分解。臭氧也有一定的弊端，低浓度时对于除异味效果不明显。而在高浓度环境下，如果人们长期接触，会氧化人体呼吸道黏膜，使人产生不良反应，可能造成呼吸道炎症。

2.4

负离子技术

负离子是指大气中自然生成的微粒子，尺寸在（0.5~1.0）mm左右，但其本质为电子，是生命体最大的电子供给体。与体内的质子（H+）发生化学反应，产生氢原子（H）。空气中大多数臭气、异味及细菌、烟雾等均带正电荷，因此释放出的负离子可以对其中和，直到无电荷后沉降；负离子催生剂每个晶体颗粒周围形成一个电场，并具有0.06mA微电流，细菌、有机物在电场电流作用下进行分解，某些有害气体发生反应生成低害物质。

利用负离子技术除异味是由于负离子包覆沉降、负离子中和、电场电流分解及某些化学反应的综合结果。负离子技术除了具有除异味功能外，还能与空气中各种粒径的颗粒物发生凝集并沉降，使微生物失活达到抑菌灭菌效果，还与VOCs及其他有毒气体发生化学氧化。但是负离子净化过程中会产生臭氧[4]，造成二次污染。空气中的负离子虽有益于人体健康，但其浓度过高时会引起头晕、心慌、恶心等不良反应。

2.5

低温等离子技术

等离子体是一种由离子和自由电子组成的气体，人工等离子体是由强电磁场或者热源作用下提供能量电离产生的，分子、原子、活性自由基、电子和离子等物质。等离子体按粒子温度可分为热平衡等离子体和非热平衡等离子体。热平衡等离子体如太阳，粒子和电子温度都比较高，非热平衡等离子体的电子温度高，而粒子温度仅300~500K，又称为低温等离子体，适用于冰箱除味。这种低温等离子体大多是通过介质阻挡放电（又称无声放电）、微波诱导放电、电容耦合放电、磁控管放电等形式获得。目前企业用于除味的低温等离子体多为介质阻挡放电（Dielectric-Barrier Dis-charge，DBD）。低温等离子体除异味主要是通过如下反应过程：异味气体通过低温等离子体发生器的放电空间发生一系列的反应中生成CO2、H2O和其他小分子物质。高电压发生器提供高压电流，在表面形成微放电，两个电极之间会形成高电场，放电间隙中的自由电子获得能量[5]。

此种技术对电源有较高要求，放电特性越好，可产生的活性粒子数越多，净化效果越好；另外还需要高性能催化剂，部分催化剂对工作条件要求苛刻，易失活，重复利用率差。低温等离子净化是建立在理论推测的基础上，或者是通过反应产物对机理进行推测，不能确定具体的影响参数[6]。作用条件有待优化，以便实现更好的处理效果。

2.6

光触媒技术

光触媒是一种以纳米级二氧化钛作为代表的具有光催化功能的半导体材料总称。它主要用于涂在材料的表面，在紫外光线的协同作用下，发挥催化和降解的功能，有效地杀灭多种细菌，将细胞或真菌释放出来的毒素分解；同时还降解空气中的有毒有害气体，可以除甲醛、除臭、抗污和净化空气等。市场上大多使用纳米TiO2作为主要原材料。纳米TiO2有三种晶体结构：锐钛型、金红石型和板钛型，其中板钛型晶体结构稳定性差，认为不具有光催化活性；金红石型晶体具有比锐钛型晶体更强的光催化性能。

光触媒（纳米除醛酶）作为新兴的空气净化产品，越来越多地应用于车内的空气净化，主要有以下功能：空气净化，对于空气中影响人类健康的有害有机物如甲醛、苯、含氮的物质、含硫气体等有空气净化的作用；杀菌，对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等具有杀菌作用，同时还能分解由死去细菌体上释放的有害物质；防污，可用于浴室中的霉菌、水垢、座便器的黄碱等防止其产生；净化，水污染的净化及其水中有害物质的净化功能。利用纳米二氧化钛的光催化技术在直冷冰箱中对异味去除率达到99%，在风冷冰箱中异味去除率达到94%。同时对于冰箱内大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的去除率达到82%[7]。

纳米TiO2光触媒存在一定的局限性，产生的活性因子不能主动的捕捉空气中有害气体物质和微生物颗粒，必须直接接触才可以发挥作用，因此对附着在食材表面箱体内壁等上面的微生物和气体物质去除效果不理想。

2.7

纳米水离子

纳米水离子是通过施加高电压来分离水分子而产生的带电净水粒子，直径约为5~20nm。电离出来的小粒径水负离子，同时采用了雾化电极冷却然后电离使负离子、自由基被水分子包围保护[8]。纳米水离子形成过程：首先利用纳米水离子发生装置，聚集空气中的水分，冷却并结露；被聚集的露水施加高电压；产生纳米水离子。纳米水离子具有强氧化性的羟基，能起到有效的杀菌、除臭的作用。纳米水离子净化是利用产生的羟基自由基多，当羟基自由基接触到异味分子如氨基或者含硫气体分子时，可以将其转化为水，从而有效地消除异味。2003年松下在空气净化器中首次配备了纳米水离子生成装置，现在已经应用到冰箱的除菌和除异味中领域。

三、除异味试验数据分析

中国家用电器研究院生物分析测试中心，对比14个不同型号具有除异味功能冰箱试验数据（见下表）发现，银离子和纳米水离子作用机理的电冰箱除异味效率不稳定，分析原因可能是银离子作用效果受冰箱内置风机作用影响；纳米水离子的去除效果与产生的羟基自由基数量和箱体内部湿度等因素有关。对于低浓度异味气体的去除率效果明显，当浓度较高时，效果欠佳；光触媒和低温等离子技术对异味去除率效果较好且比较稳定。

现行标准GB 21551.4-2010中，以甲硫醇和三甲胺代表冰箱中存在的异味气体。除异味要求对甲硫醇、三甲胺的吸附或者分解率大于或等于90%。试验中用甲硫醇气体或三甲胺气体通入冰箱内部，根据冰箱的容积通过调节气体通入时间及流量大小控制冰箱内部气体的浓度。充分混匀后静止然后检验其初始浓度，初始试验浓度控制在2-12mg/m3范围内。2h后测试甲硫醇或三甲胺的残余浓度。对比试验初始与结束时的差值进一步计算得到吸附或者分解率，判定除异味功能是否达到标准要求。

四、结论

综合分析以上几种除异味净化的技术，各有一定的优势和弊端。活性炭和光触媒都属于被动吸附，而且活性炭存在吸附饱和问题，需要定期更换，成本增加；银离子和臭氧除味技术，存在一定的安全隐患，需要综合考虑吸附效果和对环境的影响；低温等离子净化技术需要开发高效等离子体源，降低能耗，提高转化率。另外还需要研究作用机理及其影响因素，提高转化效率，同时避免二次污染。负离子技术需要考虑副产物臭氧带来的二次污染。

为了能够更好的满足用户的需求，同时降低成本，避免二次污染，实现绿色可持续发展，如何开发新型除异味技术，以便得到除异味寿命长，效率高，成本低的装置。保证家电行业以“健康家电、绿色家电”的理念持续发展，做好自己的品牌。

参考 献

[1]吴金涛，周建斌． 活性炭净化空气技术发展综述，林业产业，2011（6）：58-59

[2]张浩，范海明，周钧． 臭氧在空气净化中的应用，舰船防化，2011（5）：30-33

[3]朱贵明． 臭氧对人类生活影响的探究，科技信息（学术版），2007（15）：76-78

[4]娄山林． 新型负离子空气净化器的研制，大连理工大学，2006

[5]王燕，赵艳辉，白希尧，张芝涛． ＤＢＤ 等离子体及其应用技术的发展，自然杂志，2002.24（5）：277-282

[6]任姝颖． 北京航天爱锐科技有限责任公司，洁净与空调技术，2007（3）：44-54

[7]白连社，魏邦福，李猛，湖海梅． 冰箱除异味除菌保鲜技术研究，2012年中国家用电器技术大会，2012:108-111

[8]张凌，李振海，廖国瑾，王锋珂，张宝琪。纳米水离子发生装置参数优化实验研究，建筑热能通风空调，2016,35（2）：22-24

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