一體化複合空氣淨化器及空氣淨化方法與流程
2023-12-05 05:44:51
本發明屬於室內空氣淨化技術領域，具體涉及一體化複合空氣淨化器及空氣淨化方法。
背景技術：
隨著空氣品質的惡化，霧霾天氣現象出現增多，直接危害到人們的身體健康。在我國北方地區霧霾天氣呈現出日漸加重的現象，如何保證人們能生活在一個空氣品質較好的環境中，是目前亟待解決的重要問題。空氣淨化器作為淨化空氣的設備，越來越受到人們的青睞。
傳統的空氣淨化器一般分為兩類，一類是以過濾、吸附為主要處理技術的空氣淨化器，在顆粒物淨化方面主要以HEPA濾網實現，顆粒物積累之後會導致濾網風阻過大需要定期更換；在氣態汙染物淨化方面，常用活性炭吸附，其主要依賴於活性炭的吸附功能達到淨化空氣的目的，具備一定的淨化效果；另一類是以靜電除塵為主要處理技術的淨化器，這種淨化方式主要用於顆粒物淨化方面，它是利用在強電場中空氣分子被電離為正離子和電子，電子在奔向正極過程中遇到塵粒，使塵粒帶負電吸附到正極被收集的空氣淨化機，採用靜電除塵技術處理可以處理空氣中的顆粒物。
如公開號為103861416A的中國專利，其公開了一種家用空氣淨化機，包括：底板，垂直於底板的四邊，分別設有前蓋、後蓋、右側板和左側板，在前蓋、後蓋、右側板和左側板圍成的上口上設有面蓋；從後蓋向前蓋的方向依次設有抽風機、除臭氧過濾網和靜電除塵裝置，靜電除塵裝置包括集塵片支架、第一正極高壓集塵片組、負極集塵片組和第二正極高壓電離線，第一正極高壓集塵片組和負極集塵片組分別設在集塵片支架兩側，第一正極高壓集塵片組和負極集塵片組交錯堆疊間隔排布，第二正極高壓電離線設在第一正極高壓集塵片組的外側，第二正極高壓電離線的通電電壓大於第一正極高壓集塵片組的通電電壓。該淨化是採用高壓形成靜電場從而將汙染微粒吸附。
現有空氣淨化技術實際應用中也常見將靜電除塵技術、活性炭吸附技術結合形成淨化裝置的實例，但是在現有的應用實例中靜電除塵與活性炭吸附是作為前後兩個不同的處理工藝而單獨存在的，其各自有自己獨立的工藝結構及技術參數，同時靜電收塵電極的積塵清理(或清洗)與活性炭的解吸附(或再生)也是分別完成的。靜電除塵技術一般存在臭氧二次汙染的問題，雖然有部分淨化器採用正高壓放電來減少臭氧的產生，但仍難徹底消除臭氧對室內環境的影響，且收塵極板由於受空間限制，一般積塵面積較小，積塵會影響靜電除塵效果，需要定期對收塵極板進行清洗。以活性炭為VOCs吸附劑的空氣淨化技術，氣態汙染物的去除主要依賴活性炭吸附性能，活性炭吸附一定量的VOCs後其吸附性能會降低，當活性炭吸附飽和之後其吸附的VOCs會自動解吸，向空氣中逆向釋放氣態汙染物，活性炭的吸附性能一般不存在較大的差異，由於淨化器內活性炭的數量有限，因此需要在淨化器的整個生命周期內進行多次的濾膜、濾網和活性炭更換，對整個設備的結構提出了較高的要求，且增加了淨化器損壞的風險和長期使用成本。
技術實現要素：
基於背景技術中提出的上述技術問題，本發明提供了將靜電除塵技術、徑流式活性炭收塵電極、活性炭吸附技術、臭氧催化氧化技術整合為單獨的工藝結構的一體化複合空氣淨化器，並公開了相關的空氣淨化方法，大幅度減少了結構材料，降低工藝難度，淨化性能優異。
為實現上述技術目的，本發明採用的技術方案如下：
一體化複合空氣淨化器，包括呈方體結構的殼體，所述殼體的頂端安裝有穿孔出風板，所述殼體的底端安裝有進氣機構，所述殼體內安裝有淨化機構，所述進氣機構包括風機外殼和安裝於風機外殼內的渦流風機，所述風機外殼與殼體連接，所述風機外殼的底端安裝有粗濾網，所述風機外殼於粗濾網的上方安裝有入風板，所述入風板的中間位置開設有通孔，所述渦流風機位於入風板的中間位置；
所述淨化機構包括由下到上依次安裝的下活性炭固定板、活性炭保持架、氣流密封板、上活性炭固定板，所述活性炭保持架呈U形結構，所述活性炭保持架內安裝有至少兩組放電收塵模塊，所述放電收塵模塊包括兩塊活性炭極板和一塊放電極板，所述放電極板位於兩塊活性炭極板之間，所述活性炭極板的前端、後端和底端均固定在活性炭保持架上，所述放電極板的前端、後端均固定在活性炭保持架上，所述活性炭保持架的底板於放電極板相對應的位置開設有第一進風孔，所述下活性炭固定板於第一進風孔相對應的位置開設有第二進風孔，所述氣流密封板於每相鄰兩組放電收塵模塊之間間隔的位置開設有第一出風孔，所述氣流密封板的左右兩端與殼體之間留設有氣流通道，所述上活性炭固定板於第一出風孔相對應的位置、以及上活性炭固定板於氣流通道相對應的位置均開設有第二出風孔，所述上活性炭固定板與穿孔出風板之間留有空隙。
採用上述技術方案的發明，由活性炭極板和放電極板組成的放電收塵模塊可以形成電離空氣的電暈電場，並使顆粒物荷電，因活性炭的吸附性能和導電性能，既可將活性炭極板作為靜電除塵的徑流式收塵極板，同時又可以作為VOCs吸附劑。通過渦流風機將室內的空氣從第二進風孔和第一進風孔通入淨化機構中，被汙染空氣將首先經過放電極板和徑流式活性炭極板之間的區域，在這個區域內由於電暈放電導致空氣電離，使VOCs部分電離降解、強氧化性自由基生成、VOCs氧化降解、顆粒物荷電，荷電之後的顆粒物隨氣流方向垂直進入徑流式活性炭極板中，部分顆粒物將在與放電極板直接相對的端面上沉積，後續的顆粒物會進入通風孔道內通過活性炭極板收集荷電顆粒物、吸附臭氧和VOCs，臭氧與VOCs會在活性炭內部發生催化降解反應，利用靜電除塵的副產物臭氧，持續降解吸附的VOCs，確保淨化器內的活性炭對VOCs長期保持高效吸附性能，又消除了臭氧帶來的二次汙染物影響。整個淨化體系中沒有需要更換的耗材，減少了長期使用的維護成本，真正實現了對汙染物由傳統的收集轉移技術到淨化降解技術的轉變。
作為本發明的一種優選方案，所述放電極板的前端、後端相對稱的位置均固定有絕緣圓柱，所述絕緣圓柱為中空結構、且內壁設有內螺紋，所述活性炭保持架於絕緣圓柱對應的位置開設有安裝孔，所述安裝孔內穿設有平頭螺釘，所述平頭螺釘的外螺紋與內螺紋嚙合，這樣的設計，平頭螺釘穿過活性炭保持架的安裝孔與絕緣圓柱螺接，從而將放電極板安裝在活性炭保持架上，這種安裝結構安裝方便，拆卸容易。
作為本發明的一種優選方案，所述放電極板的前端、後端均固定有上下兩個絕緣圓柱，這樣的結構設計，通過上下兩個絕緣圓柱將放電極板的上下兩端與活性炭保持架固定，使得放電極板與活性炭保持架的連接更加牢固。
作為本發明的一種優選方案，所述每組放電收塵模塊中放電極板與活性炭極板之間的異極間距為20mm～60mm，這樣的設計，能夠達到更好的靜電除塵效果和收塵效果，進而提高了空氣的淨化效果。
作為本發明的一種優選方案，所述放電極板為雙面布滿電暈芒刺的金屬板結構，這樣的結構設計，電暈場放電更加顯著。
作為本發明的一種優選方案，所述放電極板上的芒刺密度為1000個/m2～3000個/m2，所述芒刺高度為異極間距的5％～50％，所述芒刺間距為異極間距的5％～500％，這樣的設計，使得靜電除塵的效果更佳，VOCs電離降解效率更高。
作為本發明的一種優選方案，所述活性炭極板是以活性炭為原料並負載具有催化性物質的收塵電極板，所述催化性物質為Mn、Co、Cu、Fe、Ni、Ag、Pd、Rh、Pt中的一種或多種，亦可是以上物質的氧化物或其他包含有上述組分的物質，這樣的設計，利用活性炭的吸附功能，並在催化性物質的催化作用下，可以對臭氧進行快速吸附解離，有效地利用了有害副產物臭氧，避免臭氧二次汙染。
作為本發明的一種優選方案，所述活性炭極板為蜂窩狀活性炭極板、纖維狀活性炭極板、海綿狀活性炭極板和採用容器加裝顆粒活性炭後形成的活性炭極板中的一種，這樣的設計，增大了活性炭極板與氣流的有效接觸面積，即增大了吸附收塵面積，有效提高了收塵率，空氣淨化效果更好。
基於上述一體化複合空氣淨化器的空氣淨化方法，包括以下步驟：
電暈放電與空氣電離：在放電極板上加上高壓，活性炭極板接地，在放電極板附近形成不均勻電暈電場，自然界中原本存在的少量帶電粒子被電場加速，加速後的帶電粒子具有非常高的能量，在運動過程中直接與氣體分子發生碰撞，在碰撞的過程中，高能電子將能量轉化給處於基態的氣體分子，基態分子得到足夠的能量會發生電離、分解，使氣體分子被電離，形成自由電子和正離子，同時產生強氧化性物質，所述強氧化性物質包括臭氧；
顆粒物荷電與VOCs氣體分子電離降解：放電極板附近充滿帶電的粒子，在電場作用下做有規則的運動過程中，遇到有中性的微粒時帶負電的粒子便附著在中性微粒上，使微粒帶電，即電場荷電，同時，帶電的粒子在熱運動過程中附著於微粒上使微粒帶負電，即擴散荷電；自由電子或強氧化性物質與VOCs氣體分子碰撞，使VOCs氣體分子內部化學鍵斷裂或均裂而解離為碎片基團或原子團；
荷電顆粒物沉積與VOCs氧化降解：荷電顆粒物相互碰撞凝集形成大粒子，在高壓放電極板的斥力作用下於活性炭極板上沉積下來；臭氧隨氣流進入活性炭極板中，在催化性物質的作用下分解成氧自由基，VOCs碎片基團和原子團被吸附在活性炭極板上，並被氧自由基氧化降解，空氣得到淨化並通過氣流通道、第一出風孔、第二出風孔由穿孔出風板排出。
作為本發明的一種優選方案，所述放電電極採取負高壓放電形式，即在放電極板上加上負高壓，既可以獲得足夠高的電暈放電電壓，又可以降低靜電除塵過程中正負極之間打火放電的機率，同時負高壓放電在電暈電極附近被加速的粒子主要是電子，電子質量遠小於帶正電的氣體分子，在電場範圍內電子將被加速到更高的速度，氣體分子的電離程度將更強，由此導致靜電除塵和空氣淨化效果更為優秀。
該空氣淨化方法通過電暈放電過程使空氣電離、顆粒物荷電、VOCs部分電離降解，通過活性炭極板收集荷電顆粒物、吸附VOCs，通過產生的強氧化性物質淨化通過電暈電場和吸附在活性炭體系內的VOCs，從而從空氣中去除汙染物，並消除二次汙染物影響。
附圖說明
本發明可以通過附圖給出的非限定性實施例進一步說明；
圖1為本發明一體化複合空氣淨化器實施例的拆卸狀態結構示意圖；
圖2為本發明一體化複合空氣淨化器實施例的爆炸結構示意圖；
圖3為本發明一體化複合空氣淨化器實施例的整體外部結構示意圖；
圖4為本發明空氣淨化方法的流程示意圖；
主要元件符號說明如下：
殼體1、穿孔出風板2、風機外殼3、渦流風機4、粗濾網5、入風板6、通孔7、下活性炭固定板8、活性炭保持架9、氣流密封板10、上活性炭固定板11、活性炭極板121、放電極板122、第一進風孔131、第二進風孔132、第一出風孔141、第二出風孔142、絕緣圓柱15、安裝孔16。
具體實施方式
為了使本領域的技術人員可以更好地理解本發明，下面結合附圖和實施例對本發明技術方案進一步說明。
實施例一
如圖1～圖3所示，本發明的一體化複合空氣淨化器，包括呈方體結構的殼體1，殼體1的頂端安裝有穿孔出風板2，殼體1的底端安裝有進氣機構，殼體1內安裝有淨化機構，進氣機構包括風機外殼3和安裝於風機外殼3內的渦流風機4，風機外殼3與殼體1連接，風機外殼3的底端安裝有粗濾網5，風機外殼3於粗濾網5的上方安裝有入風板6，入風板6的中間位置開設有通孔7，渦流風機4位於入風板6的中間位置；淨化機構包括由下到上依次安裝的下活性炭固定板8、活性炭保持架9、氣流密封板10、上活性炭固定板11，活性炭保持架9呈U形結構，活性炭保持架9內安裝有至少兩組放電收塵模塊，放電收塵模塊包括兩塊活性炭極板121和一塊放電極板122，放電極板122位於兩塊活性炭極板121之間，活性炭極板121的前端、後端和底端均固定在活性炭保持架9上，放電極板122的前端、後端均固定在活性炭保持架9上，活性炭保持架9的底板於放電極板122相對應的位置開設有第一進風孔131，下活性炭固定板8於第一進風孔131相對應的位置開設有第二進風孔132，氣流密封板10於每相鄰兩組放電收塵模塊之間間隔的位置開設有第一出風孔141，氣流密封板10的左右兩端與殼體1之間留設有氣流通道，上活性炭固定板11於第一出風孔141相對應的位置、以及上活性炭固定板11於氣流通道相對應的位置均開設有第二出風孔142，上活性炭固定板11與穿孔出風板2之間留有空隙。
放電極板122的前端、後端相對稱的位置均固定有絕緣圓柱15，絕緣圓柱15為中空結構、且內壁設有內螺紋，活性炭保持架9於絕緣圓柱15對應的位置開設有安裝孔16，安裝孔16內穿設有平頭螺釘，平頭螺釘的外螺紋與內螺紋嚙合。
在本實施例中，放電極板122的前端、後端均固定有上下兩個絕緣圓柱15。放電極板122與活性炭極板121之間的異極間距為20mm。放電極板122為雙面布滿電暈芒刺的金屬板結構。放電極板122上的芒刺密度為3000個/m2，芒刺高度為異極間距的5％，芒刺間距為異極間距的5％。活性炭極板121是以活性炭為原料並負載具有催化性物質的收塵電極板，催化性物質為Mn、Co、Cu、Fe、Ni、Ag、Pd、Rh、Pt。活性炭極板121為海綿狀活性炭極板。
實施例二
如圖1～圖3所示，本發明的一體化複合空氣淨化器，包括呈方體結構的殼體1，殼體1的頂端安裝有穿孔出風板2，殼體1的底端安裝有進氣機構，殼體1內安裝有淨化機構，進氣機構包括風機外殼3和安裝於風機外殼3內的渦流風機4，風機外殼3與殼體1連接，風機外殼3的底端安裝有粗濾網5，風機外殼3於粗濾網5的上方安裝有入風板6，入風板6的中間位置開設有通孔7，渦流風機4位於入風板6的中間位置；淨化機構包括由下到上依次安裝的下活性炭固定板8、活性炭保持架9、氣流密封板10、上活性炭固定板11，活性炭保持架9呈U形結構，活性炭保持架9內安裝有至少兩組放電收塵模塊，放電收塵模塊包括兩塊活性炭極板121和一塊放電極板122，放電極板122位於兩塊活性炭極板121之間，活性炭極板121的前端、後端和底端均固定在活性炭保持架9上，放電極板122的前端、後端均固定在活性炭保持架9上，活性炭保持架9的底板於放電極板122相對應的位置開設有第一進風孔131，下活性炭固定板8於第一進風孔131相對應的位置開設有第二進風孔132，氣流密封板10於每相鄰兩組放電收塵模塊之間間隔的位置開設有第一出風孔141，氣流密封板10的左右兩端與殼體1之間留設有氣流通道，上活性炭固定板11於第一出風孔141相對應的位置、以及上活性炭固定板11於氣流通道相對應的位置均開設有第二出風孔142，上活性炭固定板11與穿孔出風板2之間留有空隙。
放電極板122的前端、後端相對稱的位置均固定有絕緣圓柱15，絕緣圓柱15為中空結構、且內壁設有內螺紋，活性炭保持架9於絕緣圓柱15對應的位置開設有安裝孔16，安裝孔16內穿設有平頭螺釘，平頭螺釘的外螺紋與內螺紋嚙合。
在本實施例中，放電極板122的前端、後端均固定有上下兩個絕緣圓柱15。放電極板122與活性炭極板121之間的異極間距為60mm。放電極板122為雙面布滿電暈芒刺的金屬板結構。放電極板122上的芒刺密度為1000個/m2，芒刺高度為異極間距的50％，芒刺間距為異極間距的500％。活性炭極板121是以活性炭為原料並負載具有催化性物質的收塵電極板，催化性物質為Cu和Co。活性炭極板121為蜂窩狀活性炭極板。
實施例三
如圖1～圖3所示，本發明的一體化複合空氣淨化器，包括呈方體結構的殼體1，殼體1的頂端安裝有穿孔出風板2，殼體1的底端安裝有進氣機構，殼體1內安裝有淨化機構，進氣機構包括風機外殼3和安裝於風機外殼3內的渦流風機4，風機外殼3與殼體1連接，風機外殼3的底端安裝有粗濾網5，風機外殼3於粗濾網5的上方安裝有入風板6，入風板6的中間位置開設有通孔7，渦流風機4位於入風板6的中間位置；淨化機構包括由下到上依次安裝的下活性炭固定板8、活性炭保持架9、氣流密封板10、上活性炭固定板11，活性炭保持架9呈U形結構，活性炭保持架9內安裝有至少兩組放電收塵模塊，放電收塵模塊包括兩塊活性炭極板121和一塊放電極板122，放電極板122位於兩塊活性炭極板121之間，活性炭極板121的前端、後端和底端均固定在活性炭保持架9上，放電極板122的前端、後端均固定在活性炭保持架9上，活性炭保持架9的底板於放電極板122相對應的位置開設有第一進風孔131，下活性炭固定板8於第一進風孔131相對應的位置開設有第二進風孔132，氣流密封板10於每相鄰兩組放電收塵模塊之間間隔的位置開設有第一出風孔141，氣流密封板10的左右兩端與殼體1之間留設有氣流通道，上活性炭固定板11於第一出風孔141相對應的位置、以及上活性炭固定板11於氣流通道相對應的位置均開設有第二出風孔142，上活性炭固定板11與穿孔出風板2之間留有空隙。
放電極板122的前端、後端相對稱的位置均固定有絕緣圓柱15，絕緣圓柱15為中空結構、且內壁設有內螺紋，活性炭保持架9於絕緣圓柱15對應的位置開設有安裝孔16，安裝孔16內穿設有平頭螺釘，平頭螺釘的外螺紋與內螺紋嚙合。
在本實施例中，放電極板122的前端、後端均固定有上下兩個絕緣圓柱15。放電極板122與活性炭極板121之間的異極間距為40mm。放電極板122為雙面布滿電暈芒刺的金屬板結構。放電極板122上的芒刺密度為2000個/m2，芒刺高度為異極間距的30％，芒刺間距為異極間距的300％。活性炭極板121是以活性炭為原料並負載具有催化性物質的收塵電極板，催化性物質為MnO2。活性炭極板121為蜂窩狀活性炭極板。
需要說明的是，上述實施例中的放電極板122與活性炭保持架9的安裝結構可以根據具體情況考慮其它的安裝方式，只要能夠使放電極板122能夠穩固安裝在活性炭保持架11上，又能方便放電極板122與活性炭保持架9的拆卸即可；絕緣圓柱15的數量也可以根據具體情況具體考慮，比如可以設置為上中下三個。實施例一、實施二、實施例三中的區別在於放電極板122與活性炭極板121之間的異極間距尺寸、芒刺密度、芒刺高度、芒刺間距、催化性物質和活性炭極板121的結構，這些區別可以視實際情況而定，比如活性炭極板121可以選擇纖維狀活性炭極板或者採用容器加裝顆粒活性炭後形成的活性炭極板。
另外，放電收塵模塊不限於一組，在上述實施例中均為兩組，可以根據具體情況，例如空氣的汙染程度具體考慮放電收塵模塊的數量，為達到更好的淨化效果，或者適用於面積更大的淨化場所，可以在增加風扇風量之後適當增加放電收塵模塊數量。
如圖4所示，本發明還公開了利用上述一體化複合空氣淨化器進行空氣淨化的方法，包括以下過程：
電暈放電與空氣電離：在放電極板122上加上高壓，活性炭極板121接地，在放電極板122附近形成不均勻電暈電場，自然界中原本存在的少量帶電粒子被電場加速，加速後的帶電粒子具有非常高的能量，在運動過程中直接與氣體分子發生碰撞，在碰撞的過程中，高能電子將能量轉化給處於基態的氣體分子，基態分子得到足夠的能量會發生電離、分解，使氣體分子被電離，形成自由電子和正離子，同時產生強氧化性物質，所述強氧化性物質包括臭氧；
顆粒物荷電與VOCs氣體分子電離降解：放電極板122附近充滿帶電的粒子，在電場作用下做有規則的運動過程中，遇到有中性的微粒時帶負電的粒子便附著在中性微粒上，使微粒帶電，即電場荷電，同時，帶電的粒子在熱運動過程中附著於微粒上使微粒帶負電，即擴散荷電；自由電子或強氧化性物質與VOCs氣體分子碰撞，使VOCs氣體分子內部化學鍵斷裂或均裂而解離為碎片基團或原子團；
荷電顆粒物沉積與VOCs氧化降解：荷電顆粒物相互碰撞凝集形成大粒子，在負高壓放電極板122的斥力作用下於活性炭極板121上沉積下來；臭氧隨氣流進入活性炭極板中，在催化性物質的作用下分解成氧自由基，VOCs碎片基團和原子團被吸附在活性炭極板121上，並被氧自由基氧化降解，空氣得到淨化並通過氣流通道、第一出風孔141、第二出風孔142由穿孔出風板2排出。
本發明的靜電除塵優選密集負高壓放電，在放電極板122上加上負高壓，活性炭極板121接地，這樣就在電暈極附近形成不均勻電場，空氣中的少數自由電子被電場加速，和氣體分子激烈碰撞，形成碰撞電離，出現不完全放電——電暈放電。這樣在電暈極附近充滿帶負電的粒子，在電場作用下作有規則的運動過程中，遇有中性的微粒時附著在上面，使微粒帶負電，該過程即為電場荷電，電場荷電主要對於1μm以上微粒起作用。離子不僅在電場作用下運動，而且還有熱運動，離子在熱運動過程中附著於微粒而使微粒帶電，即擴散荷電。對於粒徑1μm以下，特別是0.2μm以下的微粒，擴散荷電起主要作用。但微細粒子之間由於荷電之後相互碰撞機會增多，使這些微細粒子能輕易的凝集到最大50μm程度的大粒子。根據靜電理論，在靜電場中微粒的最大荷電量為：
式中E1——電離極空間電場強度，V/cm；n——電荷的數目；e——單位荷電量，1.6×10-19C；dp——微粒直徑，cm；K——係數，k＝3ε/(ε+2)；ε——微粒的介電常數，平均可取2～3。
在電場範圍內的荷電微粒受到負極板的斥力，即靜電力的作用而在接地極板上沉積下來。所受靜電力為：
Fe＝QE2＝neE2
式中Fe——靜電力；Q——微粒所帶電量，C；E2——微粒所處位置的電場強度，V/m。
在小粒子雷諾數(Rep<1)球形微粒在氣流中受到的阻力為：
FD＝3πμdpu
當該阻力和靜電力平衡時，再考慮滑動修正，可得到微粒在電場中的運動速度ue,亦稱之為分離速度或驅進速度：
可以看出，對於既定的微粒群，在其他條件不變時，u和n/dp成正比。對於1μm以下的微粒，由於n/dp穩定，所以ue也趨向穩定，不再減小；而若注意到隨著粒徑的減小，Cunningham修正因素C將變大，則分離速度還要加大一些。而整個空間內的電場強度，直接決定微粒的荷電量及其在電場範圍內所受到的電場力，越強的靜電場，可以使微粒的驅進速度越大，反言之即意味著同等風速的條件下，越強的靜電場，對通過整個體系的空氣顆粒物淨化效率越高。
本發明採用有良好通風結構的活性炭作為徑流式收塵極板，利用活性炭極大的接觸表面，獲得遠大於常規板式收塵電極的容塵面積。進入活性炭通道的荷電微粒，由於活性炭本身是性能良好的導體，帶電微粒的電荷q周圍有導體存在時，在q的電場作用下將在導體表面上產生感應電荷，從q發出的電力線一部分終止於這些感應點。在電荷和導體之間存在一種類似庫侖力的靜電作用力，也稱之為鏡像力。較輕的帶電微粒在接近導體或介電常數較高的大物體時，將受到鏡像力作用而被吸引吸附在導體或高介電常數物體的表面上。因此，在活性炭通風通道內的帶電微粒就會被吸附到活性炭接觸表面。吸附之後，由於預馳效果，鏡像力產生的吸附會變弱。如果帶電微粒絕緣性良好，則吸附時間會越長；如果帶電微粒和吸附壁面都具有導電性，會因電荷釋放失去庫侖力；如果帶電微粒和吸附壁面間具有充分接觸而產生接觸帶電，同時又有大的範德華力作用，會使吸附更加牢固。活性炭接觸表面本身極度凹凸不平的狀態，因此帶電微粒一旦吸附之後，由於範德華力作用將難以自然脫附。在活性炭通風通道內，外部電場不存在時，帶電微粒內空間電荷密度越大，其所產生的附著力越大。
所以，靜電除塵器更適合捕集微細粒子，尤其適用於室內空氣環境中對可吸入顆粒物PM10和PM2.5的去除。
本發明採用負高壓放電，在放電極板122附近，空氣中存在的少量帶電粒子獲得足夠的能量後被加速到很高的速度，高速的電子與氣體分子在發生碰撞時，將分子外軌道上的電子撞擊出來，而形成自由電子和正離子。這些電子在後續過程中又被加速和碰撞，由於多次重複的連鎖過程而產生大量的電子和正離子，使氣體被電離，這一過程稱為雪崩效應。在這整個過程中，空氣中的O2、H2O等被電離，產生大量具有很強化學活性的粒子，如·OH、HO2·、O·、O3、O2·。
e+O2→2O·
O·+O2+M→O3+M
4e+2H2O+O2→4HO·
而空氣中的汙染物包括甲醛、甲苯、二甲苯等也會部分被高能電子電離降解。電暈放電中電子的平均能量分布在0～20eV範圍，因此當電暈放電產生的電子與VOCs氣體分子直接碰撞時，可使其內部化學鍵斷裂或均裂而解離為自由基。以甲苯為例，甲基上的C-H鍵的鍵能很低(3.5eV)，很容易發生離解反應；甲基與苯環之間的C-C的鍵能為3.8eV，也易發生離解反應；苯環上的C-H鍵能較高，4.6eV，反應較難進行；苯環上的C-C鍵能約為5.4eV，理論上來說可以打斷，但由於苯環的結構較穩定(碳原子間以大二鍵結合，相臨碳原子間存在著複雜的共軛關係)，直接靠電子的作用不易使其開環，而主要是靠形成的自由基之間再進行反應，以達到開環，直至最後降解。主要包括與O·、OH·反應，OH·與甲苯分子之間的反應先是使苯環的雙鍵打開，插入氧原子，再進一步氧化降解。電子直接碰撞可能發生的反應如下：
C6H5·CH3+e→C6H5·CH2·+H·
C6H5·CH3+e→C6H5·+CH3·
C6H5·CH3+e→C6H4·CH3·+H·
C6H5·CH3+e→C3H4·CH3+H·
C6H5·CH3+e→C3H4·+C4H3·
電子與有機物的碰撞是有機物形成自由基的重要途徑之一，可能涉及的自由基反應如下：
C6H5·CH3+O·→C6H5·CH2O+H·
C6H5·CH3+O3→C6H5·CHO2+H2O
C6H5·CH3+OH·→C6H5·H2C·+H2O
C6H5·CH3+OH·→C6H5·CH3·OH
C6H5·+H·→C4H6
CH3·+H·→CH4
C6H5·H2C·+HO2·→C6H5·CHO+H2O
C6H5·CHO+O·→C6H5·COOH
通過以上各種方式獲得的C6H5·X可進一步在強氧化性的自由基O·、OH·、HO2·的作用下氧化：
該反應的區域一般不會脫離電暈範圍以外。而O3在上述所產生的活性物質中性能相對穩定，其在空氣中的停留時間一般可達20min～50min，所以O3可以在電暈範圍內產生之後繼續隨氣流進入活性炭微孔結構內部。因此，在靜電除塵階段產生適量的O3，使其能完全氧化活性炭所吸附的VOCs，是保證活性炭能持久工作的必要條件。電子能量在2～8.4eV時，會加速O3分解反應；當電子能量大於8.4eV時，有利於臭氧生成反應，在放電區間內應儘可能控制這部分電子的含量，實現對臭氧產率的控制，在氧化降解VOCs的同時消除臭氧影響。
本發明採用大量活性炭作為收塵電極和VOCs吸附劑，可採用蜂窩狀活性炭或海綿狀活性炭或纖維狀活性炭重新燒結後的類似結構，該結構的特點是具有較大的通風面積，活性炭內部結構大孔道多，風阻小，其吸附收塵面不僅僅是與放電極板122相對的端面，還包括孔道的壁面，活性炭具有極大的比表面積，使用活性炭做吸附劑，能有效吸附室內空氣中絕大多數VOCs。活性炭對甲醛等氣態汙染物的吸附符合Freundlich等溫吸附模型，即
qe＝KfCe1/n
式中：qe為吸附平衡容量；Ce為平衡濃度；Kf和1/n為Freundlich方程常數，表徵吸附劑對吸附質的吸附性能。
該模型表面活性炭對VOCs的吸附不僅發生在活性炭吸附表面，還發生在吸附內部，平衡吸附容量主要與吸附平衡濃度有關。因此當活性炭對VOCs吸附達到平衡濃度時，不會對空氣中的VOCs繼續進行吸收，而是處於吸附與解吸相平衡的狀態。但室內的VOCs揮發是持續性的，一般家庭裝修或添置新家具後室內甲醛、甲苯、二甲苯等揮發性有機物在經過最初一段時間快速揮發之後，殘留的成分可持續揮發3～5年，同時室外空氣汙染物也會在開窗通風時進入室內環境。但隨著工作時間的持續，活性炭始終會達到吸附平衡，導致需要更換活性炭，這也是一直以來活性炭類型的空氣淨化器為人詬病的核心所在。在靜電除塵過程中，負高壓放電導致空氣電離的副產物臭氧是具有強氧化性的物質，同時也是空氣汙染物的一種。活性炭本由於其巨大的表面積，且由於製備工藝導致活性炭表面存在有自由基、含氧官能團，而且其電子性能優良，因此其本身具有催化性能。當含臭氧的氣體經過活性炭時，臭氧會被活性炭催化而分解。活性炭對VOCs和臭氧的強烈吸附會導致二者的富集，同時也在整個體系中增大了臭氧與VOCs的接觸概率。因此，以活性炭為反應媒介，可以催化臭氧迅速分解。在臭氧分解過程中產生的氧自由基將對附近的VOCs進行氧化降解，在臭氧持續的氧化作用下VOCs最終得以去除，使活性炭恢復對VOCs的吸附能力。
HCOH+O·→HCOOH
HCOOH+O·→HOCOOH→H2O+CO2
通過調節臭氧產率，使活性炭對VOCs的吸附始終處於平衡吸附容量以下，避免吸附後的VOCs解吸重新回到空氣中，從而極大的延長了淨化體系中活性炭的使用壽命。徹底解決了活性炭吸附淨化空氣需要定期更換的弊病。
在實施方式中，需要說明的是，電暈電場範圍內產生的強氧化性物質包括·OH、HO2·、O·、O3、O2·等，一般其分解速率較快，在產生的範圍內即與其他可還原物質發生反應，但O3具備一定穩定性，可以隨被淨化空氣進入後續淨化單元。因此，設置獨立的、可控的臭氧發生裝置以獲得對VOCs更為有效的去除也是實施方式之一。
另外，對被淨化的空氣增加溼度，使·OH產率增加，或對被淨化的空氣補充額外的O2，增加電暈範圍內強氧化性物質的產生，達到更佳的VOCs淨化效果，以上方法都是本發明料想到的。
為了進一步說明本發明的一體化複合空氣淨化器的淨化效果，做了兩個空氣淨化實驗：
實驗一：
採用實施例二提供的空氣淨化器，其中的活性炭極板採用4塊400*800*50的150目纖維狀活性炭極板，採用兩組高度為15mm的圓切線芒刺，芒刺列間距為15mm，芒刺行間距為35mm，活性炭極板間距為90mm。在放電極板上加21.5KV負高壓電源，在高度為3m的30m2試驗艙內測得顆粒物的CADR值在869m3/h，總烴的CADR值在627m3/h，進入靜音模式後O3濃度可以持續控制在76μg/m3以下。
實驗二：
採用實施例三提供的空氣淨化器，其中的活性炭極板採用4塊400*800*50的150目蜂窩狀活性炭極板，採用兩組高度為15mm的圓切線芒刺，芒刺列間距為15mm，芒刺行間距為35mm，活性炭極板間距為90mm。在放電極板上加32.3KV負高壓電源，在高度為3m的30m2試驗艙內測得顆粒物的CADR值在965m3/h，總烴的CADR值在776m3/h，進入靜音模式後O3濃度可以持續控制在103μg/m3以下。
CADR值是美國家電製造商協會按照嚴格的測試標準進行測試的空氣淨化器輸出潔淨空氣的比率，CADR值越高，則表示淨化器的淨化效能越高。市面上的普通空氣淨化器的顆粒物的CADR值一般在500μg/m3左右，總烴的CADR值一般在300μg/m3左右。由上述兩個實驗來看，在30m2試驗艙內使用本發明的空氣淨化器，無論是顆粒物的CADR值還是總烴的CADR值都在一個非常高的範圍值內，顆粒物的CADR值高達965m3/h，總烴的CADR值高達776m3/h，並且臭氧的處理也得到了非常好的效果，進入靜音模式後O3濃度可以持續控制在76μg/m3以下。由此表明，本發明的空氣淨化器在顆粒物的去除、VOCs的降解吸收、臭氧的催化降解方面都取得了顯著效果。
以上對本發明提供的一體化複合空氣淨化器及空氣淨化方法進行了詳細介紹。具體實施例的說明只是用於幫助理解本發明的方法及其核心思想。應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以對本發明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發明權利要求的保護範圍內。