空气负离子是一种重要的空气组成成分,在很多领域发挥重要作用。近年来,利用空气负离子除尘已经演化成为一种非常成熟有效的空气净化手段。然而,关于空气负离子除尘的绝大多数研究都集中在应用领域,鲜有专门从事理论基础研究的报道。因此,本工作在总结前人工作的基础上,着眼于空气负离子对室内环境颗粒物在微观层面上的影响,进行深入研究。内容如下:1.发现了空气负离子对挥发性有机化合物在环境颗粒物表面吸附的抑制作用。这项工作主要是关注挥发性有机化合物(VOCs)在小于2.5μm(PM2.5)的颗粒物上的化学吸附行为。检测结果表明,PM2.5颗粒表面吸附的不同种类的VOCs含量主要与其官能团有关,并且按照主要官能团中含有的羟基、羰基、醚基、以及烃基CxHy顺序依次降低,分别为分别为70.02%,21.35%,6.42%和2.21%。化学吸附机理表明,VOCs含氧官能团中氧原子的电负性越强,它们越容易吸附在硅酸盐质的PM2.5颗粒上。PM2.5的主要成分是硅酸盐,在酸化环境中容易形成硅羟基,而VOCs中强电负性的官能团可以与硅羟基形成分子间氢键,从而使VOCs吸附在PM2.5上。另外,空气负离子(NAIs)可能会削弱VOCs中含氧官能团中孤对电子的偏移能力,从而大大削弱与硅烷醇基形成氢键的可能性。因此,NAIs可以有效抑制VOCs在PM2.5表面吸附,从而显著减少PM2.5表面的VOCs的含量。2.研究了引起室内环境颗粒物发生团聚的影响因素。近年来,室内环境污染物,尤其是超细颗粒(UFPs)引起了越来越多的关注。本文通过在室内模拟黑墙现象,研究了 UFPs的发生团聚的机理及其相关影响因素。结果表明:移动电荷,即空气负离子是UFPs发生团聚的必要条件,移动电荷可以改变UFPs颗粒的物理特性,使颗粒物带有显磁性。磁性强弱决定了 UFPs发生团聚后的微观形态,包括叶片状和颗粒状。颗粒物团聚吸附的厚度与附着面的粗糙度呈正相关,换言之,粗糙度决定了可以发生团聚的UFPs的量,附着面越粗糙越容易吸附颗粒物。附着面的导电能力会影响UFPs发生团聚的位置。此外,我们系统地阐述了 UFPs发生团聚的可能机理并详细描述了发生团聚的过程。这些发现可能有助于研究新的空气净化方法,并有助于研究大气颗粒的微观机制。3.提出了一种利用三级静电除尘法快速去除室内环境中的亚细颗粒物的新方法。在这项工作中,我们提出了一种去除室内空气中亚细颗粒的可行方法并阐述了空气负离子促使亚细颗粒沉降的可能机理。为了有效去除空气动力学直径小于0.3μm的亚细颗粒,我们在实验室内模拟了家用换气通道并应用了双-反电极矩阵排布模式。双-反电极矩阵分别由连接到正负极电源上的16对碳纤维电极组成,这些电极对称分布在静电滤除铜网的两侧。通过改进通道构造将其分成三部分:负离子反应仓、静电滤除铜网、正离子反应仓。在一级静电除尘阶段,超过95%的亚细颗粒可以快速聚集使粒径变大从而可以被静电铜网滤除。没有发生团聚的极少颗粒在正离子反应仓中通过改变行进方向实现全部去除。利用该方法可以使换气通道排出的空气始终保持在优级空气指标范围内。4.提出了一种制备水合空气负离子的新方法。本文首先通过基于Lenard效应的水气碰撞法制备大量带电荷的小液滴。然后使这些小液滴在光激催化材料——松香-二氧化钛表面再次碰撞捕获紫外光激发生成的自由电子,从而提高水合空气负离子的实际有效产率。光催化材料因其具有优良的性能和低廉的成本而经常用于光解水领域。与传统的电晕放电方法相比,该方法可以使HNAIs的产率更加稳定。另外,探讨了影响HNAIs稳定性的因素。HNAIs的稳定性与分子量和相对湿度有关。HNAIs分子量越大迁移率就越低,与其他空气颗粒发生碰撞的可能性就越低,从而可以避免电荷损失而保持稳定。环境湿度越高,制备的HNAIs越稳定。这是因为在湿度较大的环境中,水分子不易从HNAIs表面逃逸从而保护电荷延长HNAIs的存活时间。