汽車空調係統用活性炭濾網除異味技術研究與應用 一、引言：汽車空氣質量問題的現狀與挑戰 隨著人們生活水平的提高和健康意識的增強，車內空氣質量問題逐漸成為消費者關注的重點。據中國生態環境部發布...
汽車空調係統用活性炭濾網除異味技術研究與應用
一、引言：汽車空氣質量問題的現狀與挑戰
隨著人們生活水平的提高和健康意識的增強，車內空氣質量問題逐漸成為消費者關注的重點。據中國生態環境部發布的《2023年中國環境狀況公報》顯示，我國城市居民平均每天在車內停留時間超過1.5小時，尤其在交通擁堵的大中型城市，這一時間更長。由於車輛內部空間封閉性強、空氣流通性差，加之新車內飾材料釋放揮發性有機物（VOCs）、外部汙染物進入車廂等因素，導致車內空氣質量存在較大隱患。
在眾多空氣淨化手段中，活性炭濾網因其高效吸附性能和廣泛適用性，被廣泛應用於汽車空調係統中，用於去除車內異味及有害氣體。本文將圍繞活性炭濾網的工作原理、產品參數、性能測試、應用場景等方麵進行深入探討，並結合國內外相關研究成果，分析其在汽車空氣淨化中的實際效果和發展前景。
二、活性炭的基本性質與工作原理
2.1 活性炭的定義與分類
活性炭是一種具有高度孔隙結構的碳質吸附材料，通常由木材、煤、椰殼等原料經過高溫炭化和活化處理製成。根據原材料的不同，活性炭可分為以下幾類：
| 分類依據 | 類型 | 特點 |
|---|---|---|
| 原料來源 | 木質活性炭 | 孔徑分布廣，適用於多種氣體吸附 |
| 煤質活性炭 | 成本低，機械強度高 | |
| 椰殼活性炭 | 微孔豐富，吸附能力強 | |
| 形態結構 | 顆粒活性炭 | 易填充，常用於濾網 |
| 粉末活性炭 | 吸附速度快，但難回收 | |
| 纖維活性炭 | 比表麵積大，適合高精度淨化 |
2.2 活性炭的吸附機理
活性炭的吸附作用主要依賴於其巨大的比表麵積（一般可達500~1500 m²/g）和豐富的微孔結構。其吸附過程主要包括物理吸附和化學吸附兩種形式：
- 物理吸附：通過範德華力將氣體分子吸附在表麵；
- 化學吸附：通過表麵官能團與氣體分子發生化學反應，形成穩定的化合物。
在汽車空調係統中，活性炭主要用於吸附苯係物、甲醛、硫化氫、氨氣等常見的揮發性有機物和惡臭氣體。
三、汽車空調係統中活性炭濾網的應用
3.1 活性炭濾網的功能定位
汽車空調濾網主要分為兩類：普通粉塵濾網（PM2.5濾網）和複合型活性炭濾網。後者不僅具備攔截顆粒物的能力，還能夠有效去除異味和有害氣體。
| 功能類型 | 主要成分 | 功能描述 |
|---|---|---|
| 粉塵濾網 | 熔噴布、無紡布 | 過濾PM2.5、花粉、灰塵等顆粒物 |
| 活性炭濾網 | 活性炭顆粒+纖維 | 吸附VOCs、異味、有害氣體 |
| 複合濾網 | 活性炭+HEPA濾層 | 同時過濾顆粒物與氣體汙染物 |
3.2 活性炭濾網的安裝位置與結構設計
活性炭濾網通常安裝在汽車空調係統的進風口或蒸發器附近，確保空氣在循環過程中充分接觸濾材。其結構設計需兼顧以下幾個方麵：
- 透氣性：保證空氣流動阻力小；
- 吸附效率：確保足夠高的活性炭含量；
- 使用壽命：防止因飽和而過早失效；
- 更換便捷性：便於用戶定期更換。
圖示如下為典型汽車空調係統中活性炭濾網的安裝位置示意圖（此處可配圖說明）。
四、活性炭濾網的主要產品參數與性能指標
為了更好地評估活性炭濾網的淨化能力，行業標準對產品的關鍵性能參數進行了明確規定。以下是目前主流產品的常見參數及其意義：
| 參數名稱 | 單位 | 典型值範圍 | 測定方法 |
|---|---|---|---|
| 活性炭含量 | g/m² | 50～200 | 稱重法 |
| 比表麵積 | m²/g | 800～1200 | BET氮氣吸附法 |
| 碘吸附值 | mg/g | 800～1200 | 碘吸附試驗 |
| 苯吸附量 | mg/g | 150～300 | 苯蒸汽吸附法 |
| 甲醛吸附率 | % | ≥90 | 恒溫恒濕箱檢測法 |
| 抗壓強度 | N | ≥10 | 壓縮測試儀測定 |
| 使用壽命 | 小時/月 | 2000小時或6個月 | 實際運行測試 |
注：以上數據參考《GB/T 12496-2019 活性炭檢測標準》以及部分廠商公開資料。
五、國內外研究進展與文獻綜述
5.1 國內研究現狀
近年來，國內學者對活性炭濾網在汽車空氣淨化中的應用進行了大量研究。例如，清華大學環境學院李明等人（2021）在《環境科學學報》發表的研究指出，采用椰殼活性炭作為濾材，在模擬實驗中對甲醛的吸附效率可達95%以上。該研究同時建議，應加強對濾網再生技術的研發，以延長其使用壽命。
此外，中國汽車工程研究院（CAERI）在《汽車安全與節能學報》中發表的報告表明，配備活性炭濾網的車型在新車使用三個月後，車內苯濃度下降幅度達70%，顯著優於未配備濾網的對照組。
5.2 國外研究進展
國際上，美國環境保護署（EPA）早在2015年就發布了關於車內空氣質量的標準指南，明確推薦使用活性炭濾網作為控製VOCs的有效手段。德國弗勞恩霍夫研究所（Fraunhofer Institute）在2020年的研究報告中指出，結合納米塗層技術的新型活性炭濾網，可在保持良好透氣性的同時提升對極性氣體分子的吸附能力。
日本豐田公司也在其2021年度環保報告中披露，新一代Prius車型采用多層複合活性炭濾網，成功將車內TVOC（總揮發性有機物）濃度控製在50 μg/m³以下，遠低於歐盟規定的100 μg/m³標準。
六、活性炭濾網的實際應用效果評估
6.1 實驗室測試數據
為了驗證活性炭濾網的實際淨化效果，多家機構開展了實驗室測試。以下為某第三方檢測機構提供的對比數據：
| 檢測項目 | 初始濃度 (μg/m³) | 經活性炭濾網處理後濃度 (μg/m³) | 去除率 (%) |
|---|---|---|---|
| 甲醛 | 120 | 6 | 95 |
| 苯 | 80 | 10 | 87.5 |
| 甲苯 | 60 | 5 | 91.7 |
| TVOC總量 | 300 | 40 | 86.7 |
| 臭氧（O₃） | 100 | 90 | 10 |
| PM2.5 | 200 | 150 | 25 |
注：測試條件為溫度25℃、濕度50%、風速1.5 m/s。
從數據可見，活性炭濾網對VOCs類汙染物有良好的去除效果，但對於臭氧和PM2.5等非極性或大顆粒汙染物效果有限，因此建議與其他濾材配合使用。
6.2 用戶反饋與市場調查
根據艾瑞谘詢（iResearch）2023年發布的《中國汽車空氣淨化器市場調研報告》，約78%的受訪者表示安裝活性炭濾網後車內異味明顯減少；65%的車主認為其對過敏症狀有一定緩解作用。
此外，問卷調查顯示，超過90%的車主希望原廠標配活性炭濾網，反映出市場對其功能的高度認可。
七、影響活性炭濾網性能的因素分析
7.1 活性炭種類與負載量
不同種類的活性炭對不同汙染物的吸附能力存在差異。例如，椰殼活性炭對苯類物質吸附效果好，而煤質活性炭更適合吸附含硫氣體。此外，活性炭的負載量越高，理論上吸附能力越強，但也可能增加空氣阻力，降低空調效率。
7.2 工作環境因素
- 溫度與濕度：高溫會降低吸附效率，高濕度則可能導致水汽競爭吸附位點；
- 空氣流速：流速過快會縮短氣體與活性炭的接觸時間，降低淨化效果；
- 汙染物濃度：初始濃度過高會導致吸附飽和加快，縮短濾網壽命。
7.3 濾網結構設計
濾網的厚度、密度、活性炭分布方式等均會影響整體性能。研究表明，采用蜂窩狀結構或分層設計的濾網，可以有效提升吸附效率和空氣流通性。
八、活性炭濾網的維護與更換周期
8.1 更換周期建議
根據中國質量認證中心（CQC）發布的《車載空氣淨化裝置使用指南》，建議活性炭濾網每6個月或行駛裏程達到1萬公裏時進行更換，具體周期應視使用環境而定。
8.2 再生技術探索
目前已有部分企業嚐試開發活性炭濾網的再生技術，如熱脫附法、紫外線照射法等，旨在延長濾網使用壽命並降低使用成本。例如，韓國LG電子在其高端車載淨化器中已引入自動再生功能，實現濾芯重複使用。
九、未來發展趨勢與技術創新方向
9.1 新型材料的應用
- 改性活性炭：通過添加金屬氧化物、矽膠等改性劑，提升對特定氣體的選擇性吸附能力；
- 納米活性炭：利用納米結構提升比表麵積和吸附速率；
- 生物基活性炭：采用玉米秸稈、竹子等可再生資源製備活性炭，符合綠色製造理念。
9.2 智能監測係統集成
未來，活性炭濾網有望與智能傳感器相結合，實時監測濾芯狀態並提醒用戶更換時間。特斯拉、蔚來等品牌已在部分車型中試裝此類智能模塊。
9.3 跨界融合創新
活性炭濾網還可與光催化、負離子發生器等技術協同工作，構建“多重淨化”體係，全麵提升車內空氣質量。
十、結論與展望（略）
參考文獻
- 李明, 張偉, 王芳. 活性炭濾網在汽車空氣淨化中的應用研究[J]. 環境科學學報, 2021, 41(4): 123-130.
- 中國汽車工程研究院. 汽車車內空氣質量評價與改善技術白皮書[R]. 北京: CAERI出版社, 2022.
- EPA. Indoor Air Quality in Vehicles: A Review of Current Knowledge and Research Needs[R]. Washington DC: U.S. Environmental Protection Agency, 2015.
- Fraunhofer Institute for Building Physics IBP. Advanced Filtration Technologies for Vehicle Cabin Air Purification[R]. Germany, 2020.
- Toyota Motor Corporation. Environmental Report 2021[R]. Japan, 2021.
- GB/T 12496-2019. 活性炭檢測方法[S]. 北京: 中國標準出版社, 2019.
- CQC. 車載空氣淨化裝置使用指南[Z]. 中國質量認證中心, 2022.
- iResearch. 中國汽車空氣淨化器市場調研報告[EB/OL]. http://www.iresearch.com.cn/, 2023.
（全文完）
