汽车空调系统用活性炭滤网除异味技术研究与应用 一、引言：汽车空气质量问题的现状与挑战 随着人们生活水平的提高和健康意识的增强，车内空气质量问题逐渐成为消费者关注的重点。据中国生态环境部发布...
汽车空调系统用活性炭滤网除异味技术研究与应用
一、引言：汽车空气质量问题的现状与挑战
随着人们生活水平的提高和健康意识的增强，车内空气质量问题逐渐成为消费者关注的重点。据中国生态环境部发布的《2023年中国环境状况公报》显示，我国城市居民平均每天在车内停留时间超过1.5小时，尤其在交通拥堵的大中型城市，这一时间更长。由于车辆内部空间封闭性强、空气流通性差，加之新车内饰材料释放挥发性有机物（VOCs）、外部污染物进入车厢等因素，导致车内空气质量存在较大隐患。
在众多空气净化手段中，活性炭滤网因其高效吸附性能和广泛适用性，被广泛应用于汽车空调系统中，用于去除车内异味及有害气体。本文将围绕活性炭滤网的工作原理、产品参数、性能测试、应用场景等方面进行深入探讨，并结合国内外相关研究成果，分析其在汽车空气净化中的实际效果和发展前景。
二、活性炭的基本性质与工作原理
2.1 活性炭的定义与分类
活性炭是一种具有高度孔隙结构的碳质吸附材料，通常由木材、煤、椰壳等原料经过高温炭化和活化处理制成。根据原材料的不同，活性炭可分为以下几类：
| 分类依据 | 类型 | 特点 |
|---|---|---|
| 原料来源 | 木质活性炭 | 孔径分布广，适用于多种气体吸附 |
| 煤质活性炭 | 成本低，机械强度高 | |
| 椰壳活性炭 | 微孔丰富，吸附能力强 | |
| 形态结构 | 颗粒活性炭 | 易填充，常用于滤网 |
| 粉末活性炭 | 吸附速度快，但难回收 | |
| 纤维活性炭 | 比表面积大，适合高精度净化 |
2.2 活性炭的吸附机理
活性炭的吸附作用主要依赖于其巨大的比表面积（一般可达500~1500 m²/g）和丰富的微孔结构。其吸附过程主要包括物理吸附和化学吸附两种形式：
- 物理吸附：通过范德华力将气体分子吸附在表面；
- 化学吸附：通过表面官能团与气体分子发生化学反应，形成稳定的化合物。
在汽车空调系统中，活性炭主要用于吸附苯系物、甲醛、硫化氢、氨气等常见的挥发性有机物和恶臭气体。
三、汽车空调系统中活性炭滤网的应用
3.1 活性炭滤网的功能定位
汽车空调滤网主要分为两类：普通粉尘滤网（PM2.5滤网）和复合型活性炭滤网。后者不仅具备拦截颗粒物的能力，还能够有效去除异味和有害气体。
| 功能类型 | 主要成分 | 功能描述 |
|---|---|---|
| 粉尘滤网 | 熔喷布、无纺布 | 过滤PM2.5、花粉、灰尘等颗粒物 |
| 活性炭滤网 | 活性炭颗粒+纤维 | 吸附VOCs、异味、有害气体 |
| 复合滤网 | 活性炭+HEPA滤层 | 同时过滤颗粒物与气体污染物 |
3.2 活性炭滤网的安装位置与结构设计
活性炭滤网通常安装在汽车空调系统的进风口或蒸发器附近，确保空气在循环过程中充分接触滤材。其结构设计需兼顾以下几个方面：
- 透气性：保证空气流动阻力小；
- 吸附效率：确保足够高的活性炭含量；
- 使用寿命：防止因饱和而过早失效；
- 更换便捷性：便于用户定期更换。
图示如下为典型汽车空调系统中活性炭滤网的安装位置示意图（此处可配图说明）。
四、活性炭滤网的主要产品参数与性能指标
为了更好地评估活性炭滤网的净化能力，行业标准对产品的关键性能参数进行了明确规定。以下是目前主流产品的常见参数及其意义：
| 参数名称 | 单位 | 典型值范围 | 测定方法 |
|---|---|---|---|
| 活性炭含量 | g/m² | 50～200 | 称重法 |
| 比表面积 | m²/g | 800～1200 | BET氮气吸附法 |
| 碘吸附值 | mg/g | 800～1200 | 碘吸附试验 |
| 苯吸附量 | mg/g | 150～300 | 苯蒸汽吸附法 |
| 甲醛吸附率 | % | ≥90 | 恒温恒湿箱检测法 |
| 抗压强度 | N | ≥10 | 压缩测试仪测定 |
| 使用寿命 | 小时/月 | 2000小时或6个月 | 实际运行测试 |
注：以上数据参考《GB/T 12496-2019 活性炭检测标准》以及部分厂商公开资料。
五、国内外研究进展与文献综述
5.1 国内研究现状
近年来，国内学者对活性炭滤网在汽车空气净化中的应用进行了大量研究。例如，清华大学环境学院李明等人（2021）在《环境科学学报》发表的研究指出，采用椰壳活性炭作为滤材，在模拟实验中对甲醛的吸附效率可达95%以上。该研究同时建议，应加强对滤网再生技术的研发，以延长其使用寿命。
此外，中国汽车工程研究院（CAERI）在《汽车安全与节能学报》中发表的报告表明，配备活性炭滤网的车型在新车使用三个月后，车内苯浓度下降幅度达70%，显著优于未配备滤网的对照组。
5.2 国外研究进展
国际上，美国环境保护署（EPA）早在2015年就发布了关于车内空气质量的标准指南，明确推荐使用活性炭滤网作为控制VOCs的有效手段。德国弗劳恩霍夫研究所（Fraunhofer Institute）在2020年的研究报告中指出，结合纳米涂层技术的新型活性炭滤网，可在保持良好透气性的同时提升对极性气体分子的吸附能力。
日本丰田公司也在其2021年度环保报告中披露，新一代Prius车型采用多层复合活性炭滤网，成功将车内TVOC（总挥发性有机物）浓度控制在50 μg/m³以下，远低于欧盟规定的100 μg/m³标准。
六、活性炭滤网的实际应用效果评估
6.1 实验室测试数据
为了验证活性炭滤网的实际净化效果，多家机构开展了实验室测试。以下为某第三方检测机构提供的对比数据：
| 检测项目 | 初始浓度 (μg/m³) | 经活性炭滤网处理后浓度 (μg/m³) | 去除率 (%) |
|---|---|---|---|
| 甲醛 | 120 | 6 | 95 |
| 苯 | 80 | 10 | 87.5 |
| 甲苯 | 60 | 5 | 91.7 |
| TVOC总量 | 300 | 40 | 86.7 |
| 臭氧（O₃） | 100 | 90 | 10 |
| PM2.5 | 200 | 150 | 25 |
注：测试条件为温度25℃、湿度50%、风速1.5 m/s。
从数据可见，活性炭滤网对VOCs类污染物有良好的去除效果，但对于臭氧和PM2.5等非极性或大颗粒污染物效果有限，因此建议与其他滤材配合使用。
6.2 用户反馈与市场调查
根据艾瑞咨询（iResearch）2023年发布的《中国汽车空气净化器市场调研报告》，约78%的受访者表示安装活性炭滤网后车内异味明显减少；65%的车主认为其对过敏症状有一定缓解作用。
此外，问卷调查显示，超过90%的车主希望原厂标配活性炭滤网，反映出市场对其功能的高度认可。
七、影响活性炭滤网性能的因素分析
7.1 活性炭种类与负载量
不同种类的活性炭对不同污染物的吸附能力存在差异。例如，椰壳活性炭对苯类物质吸附效果好，而煤质活性炭更适合吸附含硫气体。此外，活性炭的负载量越高，理论上吸附能力越强，但也可能增加空气阻力，降低空调效率。
7.2 工作环境因素
- 温度与湿度：高温会降低吸附效率，高湿度则可能导致水汽竞争吸附位点；
- 空气流速：流速过快会缩短气体与活性炭的接触时间，降低净化效果；
- 污染物浓度：初始浓度过高会导致吸附饱和加快，缩短滤网寿命。
7.3 滤网结构设计
滤网的厚度、密度、活性炭分布方式等均会影响整体性能。研究表明，采用蜂窝状结构或分层设计的滤网，可以有效提升吸附效率和空气流通性。
八、活性炭滤网的维护与更换周期
8.1 更换周期建议
根据中国质量认证中心（CQC）发布的《车载空气净化装置使用指南》，建议活性炭滤网每6个月或行驶里程达到1万公里时进行更换，具体周期应视使用环境而定。
8.2 再生技术探索
目前已有部分企业尝试开发活性炭滤网的再生技术，如热脱附法、紫外线照射法等，旨在延长滤网使用寿命并降低使用成本。例如，韩国LG电子在其高端车载净化器中已引入自动再生功能，实现滤芯重复使用。
九、未来发展趋势与技术创新方向
9.1 新型材料的应用
- 改性活性炭：通过添加金属氧化物、硅胶等改性剂，提升对特定气体的选择性吸附能力；
- 纳米活性炭：利用纳米结构提升比表面积和吸附速率；
- 生物基活性炭：采用玉米秸秆、竹子等可再生资源制备活性炭，符合绿色制造理念。
9.2 智能监测系统集成
未来，活性炭滤网有望与智能传感器相结合，实时监测滤芯状态并提醒用户更换时间。特斯拉、蔚来等品牌已在部分车型中试装此类智能模块。
9.3 跨界融合创新
活性炭滤网还可与光催化、负离子发生器等技术协同工作，构建“多重净化”体系，全面提升车内空气质量。
十、结论与展望（略）
参考文献
- 李明, 张伟, 王芳. 活性炭滤网在汽车空气净化中的应用研究[J]. 环境科学学报, 2021, 41(4): 123-130.
- 中国汽车工程研究院. 汽车车内空气质量评价与改善技术白皮书[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. 活性炭检测方法[S]. 北京: 中国标准出版社, 2019.
- CQC. 车载空气净化装置使用指南[Z]. 中国质量认证中心, 2022.
- iResearch. 中国汽车空气净化器市场调研报告[EB/OL]. https://www.iresearch.com.cn/, 2023.
（全文完）
