IDS耦合净化技术

IDS耦合净化技术是指耦合了“I”（Internal，机内过滤净化）、“D”（Diffusion，空间弥散净化）和“S”（Surface，物表加速净化）三种净化方式来去除空气中的甲醛的综合性空气净化技术，它能处理一定面积内全空间空气中的甲醛等VOCs和SVOCs。

中文名：全空间耦合净化技术                  所属学科：物理

外文名：IDS Purification Technology      功能：净化空气中的甲醛

“IDS耦合净化技术”起源于德国，目前已经在中国数百家医学实验室成功应用，专业处理病理科/医学实验室空间中的甲醛以保护工作人员的健康（病理科在处理用福尔马林浸泡后的标本时，工作空间的甲醛挥发物浓度高达2mg/m³）。

2023年，菲兰德国研发中心和无锡研发部基于此项技术，联合发布了Natur-O除醛净化器，正式标志着IDS耦合净化技术拓展应用到民用。

IDS耦合净化技术的基本特征可概括为全空间除甲醛、快速除甲醛、能除高浓度甲醛和安全除甲醛。

1、全空间除甲醛

由于IDS耦合净化技术耦合了“I”（Internal，机内过滤净化）、“D”（Diffusion，空间弥散净化）和“S”（Surface，物表加速净化）三种净化方式，因此它能净化的范围不局限于小部分范围的空气，而是一定面积内全空间的空气。

机内过滤净化是指：当室内污染空气被净化器捕捉吸入机内，污染空气经过DBD主放电区时，高密度的低温等离子体与甲醛等目标气体产生氧化反应，迅速分解甲醛；

空间弥散净化，即利用设备释放出小离子簇，由于小离子簇的寿命长达几分钟，因此能弥散到整个房间，主动捕捉降解甲醛；

而物表加速净化，是指释放出的小离子簇覆盖到会持续挥发甲醛的物体（如家具、织物、地板等等）表面后降解甲醛。

2、快速除甲醛

IDS耦合净化技术能在短期和长期两个层面都做到快速除甲醛。

短期内，由于IDS耦合了3种净化方式，因此能做到三管齐下，除甲醛速度比单一的净化方式更快，能快速降低室内甲醛浓度。

从长期来看，以新装修的家居环境为例，新家通过半年开窗通风、炭包吸附后异味会明显减少，但装修材料内的甲醛和苯会持续地向外挥发，整体呈现半年明显减少、十年持续挥发的趋势（甲醛挥发周期受到季节温湿度、通风条件等影响^[1]），虽然甲醛浓度整体低于国标0.07mg/m³，但依然损害儿童和敏感人群的健康。

图1 甲醛挥发周期受到季节温湿度、通风条件等影响

IDS耦合净化技术可以显著缩短装修材料的甲醛挥发周期，将上述损害提前降低：在物表加速净化过程中，小离子簇覆盖在装修材料表面不断与新挥发出的甲醛产生反应，基于菲克第二定律（装修材料中的高浓度甲醛不断向空气中扩散，材料表面附近空气中甲醛浓度越低，扩散速度越快），可以加速材料甲醛的挥发速度，从而缩短周期。

3、能除高浓度甲醛

IDS耦合净化技术能处理高浓度的环境甲醛，且有成功案例： IDS被成功应用到中国600+专业实验室，专注处理病理科/实验室内的甲醛，而病理科在处理用福尔马林浸泡后的标本时，工作空间的甲醛挥发物浓度可以高达2mg/m^3，超出家装甲醛污染浓度5-10倍。

4、安全除甲醛

IDS耦合净化技术中释放的小离子簇与空气中的甲醛分子反应，分解为水跟二氧化碳，无毒无害，对人体安全可靠，与普通的吸附原理相比，避免了二次污染的风险。

适合IDS耦合净化技术处理的目标气体还包括：对二甲苯 C8H10 、环己烯 C6H10 、蒎烯 C8H18、丙酮 C3H6O 、硫化氢 H2S 、乙醇 C2H6O、乙烯 C2H4、丁烷 C4H10 、甲醇 CH4O、臭氧 O3等。

有别于活性炭吸附或者负离子电晕放电等除醛技术，IDS耦合净化技术采用Nonthermal Dielectric Barrier Discharge (DBD) Plasma 非热介质阻挡放电 (DBD) 等离子体作为处理工质，是一种在材料科学环境应用较多的净化技术，该技术具有降解空气中甲醛、苯等化学污染物的作用。

 图2 Dielectric Barrier Discharge介质阻挡放电示意图

小离子簇是IDS耦合净化技术的关键因素。与单离子相比，小离子簇的寿命更长，前者的寿命为10s，后者的寿命长达30—300s^[4]，在空气中的弥散时间可以长达几分钟，因此可以扩散到室内空间的各个角落处理甲醛分子。IDS耦合净化技术中的“D”（Diffusion，空间弥散净化）和“S”（Surface，物表加速净化）是比较关键性的净化方式，其原理是释放小离子簇到空气中，利用小离子簇主动处理空气中的甲醛。

另外，小离子簇还能沉降覆盖到物表直接与材料散发的甲醛产生反应。IDS耦合净化技术将半衰期较长的小离子簇，释放并通过布朗运动扩散到更多室内空间，这些小离子簇可以在空气中存在数分钟，从而主动中和空气中的污染物；部分小离子簇沉降到建材物体表面，按照菲克第二定律，提高dC值，加速甲醛挥发速率。

J=-D*dC/dX

以甲醛挥发场景为例：

J: 建材中甲醛的挥发速度

D: 建材的扩散系数，表面密度和内部结构不同，装修材料的D就不同

dC：建材与表面空气中，甲醛的浓度差

dX：建材表层厚度

图3 Fick和Fick第二定律

与负离子发生相比，由于负离子发生器产生的单离子电子能eV低，较难打开甲醛键能结构，而IDS耦合净化技术的小离子簇的电子能比单离子高几倍，因此可以更有效氧化分解空气中的甲醛分子。

图4 不同种类空气离子衰减曲线

目前，IDS耦合净化技术的应用范围主要涉及医学实验室内甲醛的处理和民用的空气净化器。

IDS耦合净化技术在医学实验室的应用比较成熟，目前中国已有超过600+医学实验室通过IDS耦合净化技术处理空气中的甲醛，并有多个实验动物实验室，采用IDS耦合净化技术降解空气中的氨气和硫化氢异味，用以改善动物生存质量。

在民用领域，IDS耦合净化技术主要应用于除甲醛的空气净化器。目前，基于该项技术，菲兰德国Würzburg和中国研发組推出了三款除醛净化器，分别是“Natur-OF Mini”（循环风量为320m³/h），“Natur-OF Normal”（循环风量为500m³/h）和“Natur-OF Stronger”（循环风量为600m³/h），专门针对家庭装修后的室内空间除醛净化。

基于IDS耦合净化技术能降解空气中甲醛、苯等化学污染物的作用，使用该技术除甲醛无需更换滤网，能避免活性炭等吸附的方式去除污染物而产生的滤网二次污染问题^[5]，因而该技术与民用空气净化器的使用场景非常契合。另外，IDS耦合净化技术对实验动物气味的治理，也逐步扩展到家庭宠物除味的市场，可以展望，该技术未来在家居空气改善领域应用的多种可能性。

[1]洪威.饰面人造板甲醛释放特性及甲醛治理方法研究[D].2017.

[2]Moo,Been,Chang,et al.Destruction of Formaldehyde with Dielectric Barrier Discharge Plasmas[J].Environmental Science & Technology, 1995.DOI:10.1021/es00001a023.

[3]Ye Z , Zhang Y , Li P ,et al.Feasibility of destruction of gaseous benzene with dielectric barrier discharge – ScienceDirect[J].Journal of Hazardous Materials, 2008, 156(1):356-364.DOI:10.1016/j.jhazmat.2007.12.048.

[4]Ewald Fischer,ELEKTROBIOLIIMATOLOGIE, Verlag für Medizin， P360-362.

[5]李景广，刘聪，中国室内环境与健康研究进展报告 2015-2017[M].

中国建筑工业出版社，2017:93.