简述植物仿生型空气净化器

2021-11-28李佳倩宋志龙李潇雨

皮革制作与环保科技 2021年13期

李静，李佳倩，宋志龙，李潇雨

（山西工学院，山西吕梁 032300）

根据统计发现，我国1980年以前环境污染的主要污染物是由煤炭燃烧所产生的二氧化碳、一氧化碳等化合物。到了90年代随着生活条件越来越好，装修、家装逐渐增多，出现了甲醛等有害气体，空气质量明显出现了下降趋势，导致人们的身体状况也随之出现问题，因此环境污染成为人们尤其关注的问题。而空气净化器的诞生让这个问题有了一定的解决方式。在倡导绿色发展方式和生活方式的同时，如何提高空气净化器的功能，使之便捷高效适合大众，从而引导人们构建节约低碳的生活观，是值得探究的问题。我们现在研究的植物仿生空气净化器的创新设计理念完全符合国家倡导的绿色环保要求。

1 植物仿生型空气净化器创新设计分析

现在的净化器价格昂贵，体型笨重，自身存在污染，不易回收，这些弊端反而为空气净化器市场带来了新的机遇和挑战。通过市场调查发现，价格适中、一机多用，智能方便、移动灵活的空气净化器深受消费者的青睐。植物仿生空气净化器依照可持续发展的设计原则，从环境污染、生活方式和未来发展的角度重新对产品进行创新设计。以此来解决价格昂贵、体型笨重、不易回收等方面的弊端，实现产品的回收再循环和重新利用，为空气净化器的设计指出新的方向，使得人们普遍感受到中国科技力量[1]。

1.1 采用速生可降解的环保材料

当代空气净化器的外壳材料一般采用两类，其一为ABS和PC塑料材质；其二为镀锌钢板金属壳。外壳材料的主要作用：首先是保护内部零件结构的完整，使自身不易变形氧化腐蚀。其次是因其有可塑性，以确保美观性。塑料材质的优势是方便加工，耐磨不易生锈，但其回收降解性较差，而镀锌钢板较塑料材质不易老化更耐用，但造价相对较高，不可再生。

针对以上问题，我们采用了速生可降解可再生的环保材料，即竹木复合材料，并在其表面涂层环氧树脂以增强耐磨性和美观性以来延长使用寿命。空气净化器外形主要以圆柱形来表现产品的曲线美感，为了不缺失现代美感在上部使用了三根金属条来点缀，会给人带来舒适的视觉美感，因竹材本身拥有自然的质感和纹理，给人带来融入自然的感觉，引导人们回归自然，增强绿色消费与环保的意识。出入风口这块采用中国传统的镂空雕刻技术以增加美感和实用性，而图案赋予产品传统美学内涵[2]。

1.2 产品的内部创新

目前，家用级别的空气净化器中，没有一台设备可以同时达到节能低碳和好的净化性能。市场上的净化器主要分为两大类型：机械式和静电式。机械式的原理：产品通过内部大功率风机的运行，使空气通过若干层过滤网。为了达到最佳的净化效果，就必须增大风机的工作效率，这样不仅会产生噪音，而且会使产品成本加大，导致产品成本升高价格也升高。静电式的原理：通过强电场把颗粒物吸附到过滤网上，这样就比机械式的过滤效率低，而且会产生大量的臭氧污染环境。植物仿生技术可以依靠大自然原始的力量（植物的方法）来净化空气，在低碳节能环保的基础上既可以做到降低使用成本又可以消除噪音，还没有造成环境污染。植物仿生技术，是根据植物呼吸原理光合作用，即吸收二氧化碳呼出氧气的模式去创新一个智能空气净化器。目前，“合成生物学”仿生技术已发展到细胞信号传导与基因调控网络分子的系统水平研究，在光合作用下，类囊体膜为固定二氧化碳提供能量，我们试图将这种能力直接用于生物催化和合成生物应用。我们在以前的基础上去研发纳米生物产品，研发出的产品主要有两类：一类是针对喜欢养植物的人，可以选择种植植物款，因其在里面加了一款空气加速器，加速了植物自身的转化效率。另一款是针对没有充足时间养植物得人可直接选择植物仿生净化器[3]。

1.3 外观的设计表达

我们通过对产品形态学和有机形态学的研究，以此对产品的外观做出了“圆中有方，方中有圆”的设计，让整个产品从外观上带给人舒适的视觉效应。根据消费者的个人爱好设置了不同的图案风口，在顶部还设计了植物灯，让植物在没有阳光情况下也可以进行植物光合作用来进行运转。为了显示科技的发展，我们还在顶部设计了智能显示屏，可显示温度，空气质量等。USB插口就设置在产品盖子侧面，内部有小型储能电池，外观简约。植物仿生型净化器不仅为消费者带来健康的空气，在一定程度上还可以舒缓紧张的心情，随即带来视觉上的舒适感[4]。

1.4 检测仪分离式设计

一般净化器的设计方式是把空气检测装置置于机器内部，数值的可参考性有限。为了达到更好的检测结果，植物仿生型空气净化器将检测装置与净化机体分离，既可以根据有害气体的含量自动去净化，也可以让用户自行选择检测仪位置。我们主要采用了灰尘矩阵式感应接收器，工作原理是通过激光束以一定的入射角照射到被测表面，让产生的反射光束轨迹由矩阵式感应器接受，这样即可得到灰尘的位置，使其去自动清扫，又让净化效果达到了最佳状态。

1.5 选择合适的净化技术

合适的空气净化技术一直是空气净化器这个行业所研究的问题。自然界将复杂的生物合成和能量转换任务整合在叶绿体和线粒体等隔间内，叶绿体将光能转化成化学能，驱动二氧化碳固定。我们使用微流体技术将细胞大小的液滴封装和操作光合膜来开发出一种模拟叶绿体。这些液滴可以通过光来激发酶或酶级联，并以多重和实时方式分析它们的催化特性。无机煤向有机物的光合作用转化是一个基本的生物过程，是地球上储存的大部分能量和生物量的来源。这一过程受空间和时间的控制，并与其他细胞功能高度整合，创建一个连接自然和合成生物世界的人工光合系统。光合作用的原理启发了人工系统，这些系统利用光能控制捕获二氧化碳并将其转化为有用的化合物。我们在以前的基础上研究了如何将天然合成的生物模块混合和匹配，从而创造出具有生命体功能的高度集成系统。因此，好的净化器技术不单单考虑产品自身的需求，还要考虑实用性、受众人群、造价，社会需求等一系列问题[5]。

1.6 增设回收利用设施

植物仿生型空气净化器主要采用易降解速生材料-竹木复合材料。竹木复合材料的外观美观大方，本身保留了大自然的纹理，让人感觉更加亲近自然；而且其拥有很好的防潮效果，味道清新，有淡淡的竹子清香；并且它的硬度也很高，不易变形，结合了竹子与木板的优势，拥有较强的耐磨性。我们特意在其外表镀了一层环氧树脂增强其耐磨性和美观性，也用来延长使用寿命，这样在以后的回收中会大大降低环境污染。我们在设计的时候采用了模块化设计，就是为了方便以后单个配件的更换，为消费者节省资金。同时，在延长产品寿命的同时，还有利于产品分类回收[6]。