一种用二氧化硅颗粒制作的无功耗水循环空气净化窗体的制作方法
【专利说明】
[0001][技术领域:涉及一种用二氧化硅颗粒制作的无功耗水循环空气净化窗体。
[0002]【背景技术】:
公元2012年以来，空气污染日益严重，污染的空气日益影响人们的健康，如何消除或减小污染，是摆在人们面前需要解决的重要问题。解决空气污染首要问题，就是要首先了解大气污染的根源，只有根源找到了才能做到有的放矢。现在我们就来探讨一下大气污染的根源:
燃料的不完全燃烧是造成大气污染的原因之一。不完全燃烧的不是只有“燃料”，还有其他可燃材料，比如植物油类、金属、生物质、化工塑料、橡胶、药材、粮食等都具有可燃性，这些材料的不完全燃烧或爆燃，就会形成诸如炭黑、有机物小颗粒、金属氧化物颗粒、硫化物、氮化物等我们肉眼看得见的烟尘，或者是我们肉眼看不到的PM2.5颗粒，这些烟尘和PM2.5小颗粒会悬浮在大气中，人们呼吸时，这些细小颗粒经过呼吸道进入肺部，粘连肺泡、部分进入血液循环，增加人体排泄负担或直接影响人体正常生理代谢功能、进而侵蚀人们健康，因此说空气中大量烟尘或PM2.5颗粒存在会污染大气。这里涉及两个概念，一个是燃烧，一个是爆燃。我们先定义一下燃烧的概念:燃烧过程就是物质之间的化合反应，燃烧是指一种物质受热气化后与另一种物质(一般是氧气)从外到里进行化合反应叫做燃烧，气化不断燃烧则不止。比如蜡烛燃烧就是固体蜡受热融化后形成蜡油，蜡油随着灯芯的浸润作用向上流动再受热蒸发成为气体，这些气体有外到内逐渐接触空气中的氧气化合生成二氧化碳和水。所以说燃烧是指在燃料首先变成气体后，气体的外围首先接触氧气，进而在一定温度条件下产生化合反应，形成火焰。这是由于燃烧产生的高温物质会释放红外线或可见光，我们因此就会看到动荡的气体火焰。与燃烧不同的是，爆燃的概念是这样的:当氧化物质和还原物质充分混合后，比如氧气和有机气体充分混合，遇到高温(大于350° C，或撞击后局部产生高温)会迅速发生化学反应，形成爆燃或爆震，甚至会发生爆炸。爆燃的过程概念是:物体由内到外快速进行化合反应叫做爆燃，这个“内”是指以火源为中心。爆炸的概念是:固体或液体受热分解形成气体，或者固体、液体、气体之间充分混合后受热或者被撞击，达到化合反应条件，瞬时发生剧烈化学反应，形成大量气体(同样质量的液体和固体变成气体时体积会增大600-1200倍)，这时压强急剧增大，爆炸源周围空气受到压力并对爆炸源迅速膨胀的气体进行反作用力反弹，这种过程如此反复进行，进而形成冲击波，冲击波向外传递，对周围环境造成震裂或破坏，这种现象叫做爆炸。汽车发动机压缩缸内的化合反应叫做爆燃或爆震。爆燃后从压缩缸里排出来气体的叫汽车尾气。汽车尾气主要是指有机物(汽油、柴油、天然气等)在汽车发动机压缩缸内爆燃形成的二氧化碳和水气，同时还有未完全燃烧的小油滴或炭黑，这些气体夹杂着烟雾、以及PM2.5颗粒等混杂在一起一同被排到大气中，这样就造成了大气的污染。常有报导称汽车尾气对大气环境中PM2.5的贡献率大于30%,可见汽车尾气在目前大气污染的所占比例之重。这主要是近些年机动车辆迅速增加的缘故。
[0003]PM2.5指颗粒是指直径小于2.5微米即2500纳米的颗粒，而气体的半径通常小于
0.5纳米，PM2.5的颗粒直径大小是气体分子直径的5000倍，因此，PM2.5颗粒一定是指固体或液体小颗粒。而汽车尾气中的PM2.5颗粒一定是没有完全燃耗的碳颗粒或者小油滴颗粒(主要含有碳和氢，也称碳氢化合物)。造成没有完全燃烧的原因是:1)温度不够，氢键断裂与氧气反应的温度是350°至400°，而碳碳键断裂和氧气反应的温度是700° -800°，在某一时刻某一空间燃烧物质既要和氧气有接触又要达到反应所需温度，否则化合反应无法进行。因此“温度”是制约燃料是否完全燃烧的因素之一。2)燃料作为还原物质与氧化剂(氧气)的混合程度不够是导致不完全燃烧的原因之二。比如在汽车发动机内油是液体，喷油时仅仅是受压变成小油滴，小油滴还是液体，液体小油滴和气体总是难以充分混合，也就是气体分子和油类颗粒接触面还是较小，因此受热反应时难以完全发生化合反应。相反气体(比如天然气)分子和氧气混合时比较均勻，再加上合适的配比浓度比例及在一定温度条件下就可以完全反应，这也是有人认为天然气是清洁能源的原因之一。3)氧化剂和还原剂混合时的比例不恰当是制约燃料不能完全燃烧的原因之三。物质之间的配比是制约化学反应是否完全进行的重要因素。比如氢气或甲烷气体中混入一定的氧气或空气，达到一定比例受热(或者点燃)就会爆燃或爆炸，最理想的比例还是化学反应方程式中分子的摩尔比例，比如2H2+02=2H20氢气和氧气完全反应的分子数或者摩尔比或体积比比例是2:1，2:1是氢气和氧气完全化合反应的理想体积比比例，与这个比例差得越多，剩余的氧化剂或还原剂就会越多，在空气中燃烧，虽然也是按照这个比例进行的，但是一般情况下不会注重这个比例，这是由于空气是个开放的系统。只有发动机燃料和空气在内燃机内部燃烧或者燃料在火箭内燃烧时才会特别注重这个比例。同时安全指标中有个爆炸极限，这个爆炸极限也是在一定环境温度下测定的，这是因为在现实中气体处于不同的温度状态，其对应的爆燃即快速反应物质配比比例会稍有差别，因此这个爆炸极限伴随反应温度的差别会有一定幅度的变化范围。
[0004]人类活动以及地壳表面的大气运动所扰动的粉尘是造成大气污染的原因之二。大气污染的第二个根源就是粉尘或叫扬尘、灰尘、尘埃等。粉尘是伴随运动产生的，比如风尘就是风力吹动产生的，而城市上空的粉尘主要是机械(比如汽车)运动产生的，城市上空的粉尘是运动机械对城市地面沉积的微小颗粒和周围大气中的尘埃不断扰动的结果。对于机械扰动的原理，可以用溶质溶解时搅拌产生的效果来说明。比如在水杯中搅拌小米，小米会在水中均匀分布，但停止运动时，小米就会逐渐在杯子底部沉下来。大气扰动也是这个道理，粉尘(也叫扬尘)如果在大气中较长时间存在，那一定是汽车等运动机械起到了搅拌工具的作用。因此在现代化的城市，马路上拥堵的汽车成了产生大气粉尘的主要污染源头。在以前没有硬化的马路上，汽车或马车行驶过的地方，尘土飞扬，这些尘土用我们的肉眼是看得见的。而现在城市的马路上，路基早已硬化，我们几乎看不到尘土飞扬，那么是否可以说粉尘就不再存在呢？即使在干净的马路上，我们可以想象扬起的粉尘颗粒是小于2500纳米的小颗粒，虽然我们肉眼看不见，但事实总是有太多我们看不见的小颗粒被汽车扰动，或多或少，因城市不同而有所差异。证据就是:在某些城市，早晨起来在光滑的汽车表面或者窗台前会发现沉落的一层尘土，这些尘土都是来自大气中的粉尘，并且这些空气中的尘土在沉落前未曾被我们的肉眼所发现。PM2.5小颗粒沉积后变成了一层尘土，尘土是大颗粒，所以这些尘土或叫粉尘又重新跃入我们的眼帘。因此窗台前飘落的尘土证明PM2.5颗粒曾经存在过。这样，粉尘在大地表面和空气之间反复上升沉落，成为了大气污染的根源。反之，如果没有风或者没有人类和动物的快速运动或者没有机械运动，在静态环境中，这些粉尘是不会被扰动的。总结以上现象，大气污染的根源其实就是“机械扰动”。早在30年前，人们常说早晨空气好。为什么早晨空气好呢？那是因为静谧的夜晚少有人类的活动，尘埃逐渐沉降到地面，空气中尘埃的含量大幅度降低，因而早晨的空气是好的。但是人类或动物一活动，地面尘埃被搅动，上升到空气中，空气就不再“好”，简单说，空气中的尘埃含量与人类的活动息息相关，特别是近些年机动车辆的快速增加，运动量同步增大，严重扰动了地面尘埃，整天整夜不停歇的机械运动导致空气中尘埃无法降落。因此现代交通工具的存在不仅是排放尾气制造PM2.5的元凶，也是搅动地面尘埃的元凶。并且机动车辆燃烧大量化石能源，其耗氧量是人耗氧量的100倍到10000倍，是耗氧量大户以及空气污染的元凶。当然，机械扰动除了汽车外还有其他机械，但其他机械工作在工地或厂房，与汽车的空气扰动在区域上是有区别的。
[0005]水汽加雾霾是造成大气污染的原因之三。大气污染的第三个根源就是雾霾。雾霾的意思是雾加霾。雾是接近地球表面的大气中由悬浮的水滴或冰晶组成水凝结物，其中也含有部分尘埃，也就是除了含有水汽或冰晶外还含有固体小颗粒(尘埃)，其中以水汽或冰晶为主。传统的定义是水汽或冰晶的含量达到90%以上叫做雾；霾是指接近地球表面的大气中悬浮大量的尘埃或烟屑，其中也含有部分水汽。因此霾是有水汽或冰晶加固体小颗粒组成，传统上把水分的含量低于80%雾霾叫做霾，水分含量在80%到90%之间的叫做雾霾。实际上雾与霾的区别就是水汽或冰晶含量的多少。雾几乎是一种自然天气现象，而雾霾则由于含有大量的尘埃或烟尘(即PM2.5颗粒)对人体有侵害作用，PM2.5颗粒由于能随着呼吸气体进入肺泡表面，影响肺部细胞与外界的气体交换，从而影响人的代谢功能，更有甚者，部分颗粒进入肺泡，进入血液循环，除参与人体化学反应外，还增加人体血液细胞运输负担和肾的排泄负担，严重时影响人体的代谢机能。还有，尘埃中含有有机小颗粒，除了滋生细菌外还可以携载病毒，随着呼吸系统侵入人体，造成感冒、炎症、甚至造成器官功能的能逐渐衰弱或衰竭，影响人们身体健康或威胁人们生命安全。因此目前看来，雾霾，特别是霾是制造人类疾病或导致人们处于亚健康状态的病源。霾。是由粉尘和水汽产生，而雾则是有水汽产生。因此造成雾霾的主要原因是大气中水汽过多。空气中适当的水汽可以滋润空气。人们要求一定的空气湿度，利于呼吸系统的滋润，但是过多的水汽必然粘连空气中的尘埃，形成雾霾，雾霾颗粒受重力作用在低空中逐渐沉降，接近地表的浓度逐渐增大，对人体造成伤害。其中空气中水汽含量多更容易形成雾，水汽含量多增加了雾霾发生的频率，这是水汽含量多的主要危害。
[0006]温室效应是造成大气污染的原因之四。所谓温室效应是指大气环境较以前的平均气温有所上升，水汽含量有所增大。温度升高，就是指分子的平均动能升高，或者是物质的势能增加，比如100° C的水变成100° C的水蒸气是势能增加，分子动能未变化。而分子热运动是指分子的动能。势能也可以转化成动能。大气污染的第四个根源就是温度升高造成的“分子热运动”在逐年加剧。大家都知道布朗运动。布朗运动就是热分子运动。温度越高，气体分子的运动速度越大。当气体分子撞击到固体小颗粒(PM2.5颗粒)上时，小颗粒受到冲量冲击就会不停的做无规则运动，虽然无规则运动是随机的没有固定方向，但是大气存在的是广袤的地球表面空间，大气中处于快速运动状态的固体小颗粒不利于向地面沉降。因此，分子热运动也是造成大气污染的根源之一。
[0007]能源消耗量的逐年上升所引起的PM2.5颗粒释放过多、大气温度增加、大气中水汽含量增加是造成大气污染的原因之五。大气污染的第五个根源就是“能耗”。能源消耗越大，对空气的污染越大。特别是对化石能源的消耗。虽说能源消耗是人类生活的必须，但是有些能耗是不必存在的。以上几段所述的物体的不完全燃烧、粉尘的大量存在、雾霾的产生、水汽的大量存在、热分子运动、机械扰动等无不与能量消耗有关。能源是人类生产与生活的基础，离开了能源人类是要完蛋，但是过度的能源消耗会加剧人类快速完蛋，同时过度的能源消耗加剧了大气污染，所以说，能源的消耗是产生大气污染根源之中的根源。
[0008]以上看出形成大气污染的原因非常复杂，但是再复杂，也得需要有人来克服这些社会疑难杂症，这些问题是社会发展的产物，因此解决还需要回到社会层次来解决，那么究竟如何解决？为此申请人提出以下建议，即解决大气污染的所需要的社会化途径:
1.深入了解造成大气污染的每一个具体原因，找到大气污染的根源，做到有的放矢。
[0009]2.政府牵头科技界给出大气污染的理论根源的同时还要提出解决大气污染的方案方法、操作步骤及所有方案方法、操作步骤的理论依据，并给予完备的理论分析和周全的讨论议案。建议有关大气污染的讨论由权威组织牵头，挖掘